高效率音频功率放大器的研制
白林景,邵光存,李岸然,常兴连,王振伟
(山东省科学院激光研究所,山东济宁 272100)
摘 要:本设计以高效率D类功率放大器为中心,输出开关管采用高速场效应管,连接成互补对称H桥式
结构,兼有输出1: 1双变单电路和输出短路保护功能,比较理想地实现了输出功率大于2w,平均效率可达到
75%的高效音功率放大器。
关键词:D类音频功率放大器; PWM调制器; H桥功率放大器
中图分类号: TN722. 1 文献标识码:A
引言
全球音频领域数字化的浪潮以及人们对音频节能环
保的要求,要求我们尽快研究开发高效、节能、数字化的音
频功率放大器。传统的音频功率放大器工作于线性放大
区,功率耗散较大,虽然采用推挽输出,仍然很难满足大功
率输出;而且需要设计复杂的补偿电路和过流,过压,过热
等保护电路。D类开关音频功率放大器的工作于PWM模
式,将音频信号与采样频率比较,经过自然采样,得到脉冲
宽度与音频信号幅度成正比例变化的PWM波,经过驱动
电路,加到MOS的栅极,控制功率器件的开关,实现放大,
放大的PWM信号送入滤波器,还原为音频信号。从而实
现大功率高效率的音频功率放大器。
系统电路
本文采用H型桥式D类功率放大电路,电路如图一
所示。
图一 音频功率放大器电路
(1) 三角波产生电路
利用NE555构成的多谐振荡器以恒流源的方式对电
容线性冲、放电产生三角波。接通电源瞬间,NE555芯片
的3脚输出高电平,二极管D2、D3 截止,D1、D4 导通, Vcc
通过T1 , T2 , R1 ,D1 对电容C1 恒流充电,当C1 上电压达到
2 /3Vcc时,NE555芯片的输出发生翻转,即3脚输出低电
平,此时,D2、D3 导通, D1、D4 截止,电容C1 通过D2 , T3 ,
T4 , R2 恒流放电,直到C1电压等于1 /3Vcc,电容又开始充
电,如此循环,电容C1上可以得到线性度良好的三角波。
为了提高带负载能力,输出通过由LM358A组成的电压跟
随器。
输出三角波频率的计算:电阻R1 上电压等于T1 的
VVbe≈ 0. 7V,故流过R1 的电流I = 0. 7V /300Ω = 2. 33
mA,忽略T1 的基极电流,则流过R1 的电流即为T2 的射
级电流,约等于T2 的集电极电流,故C1 的充电电流约为
2mA,同理, C1 的放电电流约为2mA。设充电时间为t1 ,放
电时间为t2 ,则有:
2
3
Vcc =
1
3
Vcc +
i ×t1
C
1
3
Vcc =
2
3
Vcc -
i ×t2
C
可得三角波的周期: T = t1 + t2 =
2Vcc ×C
3 ×i
故三角波频率为: f =
3 ×i
2Vcc ×C
(2)前置放大电路 前置放大电路采用低噪声、高速
运放的NE5532运算放大器,组成增益可调的同相宽带放
大电路。功放最大不失真输出时,负载上等效正弦波的电
压峰峰值为VP - P ,载波调制的调制波(正弦波)最大峰峰
— 27 —
值为VP - Pm ax ,对应的调制放大增益为AV2 =
VP - P
VP - Pm ax
,运算
放大电路中反馈电阻为R8 ,反相端电阻R7 ,则前置放大器
的增益AV1为:AV1 = 1 +
R8
R7
,通过选取调制波的峰值电压
VP - Pm ax和调整R8 的阻值,可实现整个功率放大单元的电
压增益连续可调。
(3)脉宽调制( PWM)电路 采用高速、精密的比较器
芯片,以音频信号为调制波,频率为f的三角波为载波,两
路信号均加上1 /2Vcc的直流偏置电压,通过比较器进行
比较,得到幅值相同,占空比随音频幅度变化的脉冲信号。
(4)驱动电路 驱动电路由施密特触发器芯片和三
极管组成,两个三极管组成的互补对称式射极跟随器。
PWM信号经过驱动电路后,形成两个前后沿更加陡峭的
倒相脉冲,两脉冲之间有一定的死区时间,防止了桥式驱
动电路出现直通现象。
(5) H型桥式驱动电路 由场效应管组成的功率开
关管和四阶巴特沃兹LC滤波电路组成。T9、T12导通, T10、
T11截止时,负载上的电压降VM AB0 =Vcc; T10、T11导通,
T9、T12截止时,负载上的电压降VAB = - Vcc,因此,负载上
的电压降可达到2倍的电源电压。解调信号放大后经过
LC滤波送到扬声器。
(6)短路保护电路 短路(或过流)保护电路采用0. 1
过流取样电阻与扬声器串联方式, 0. 1电阻上的取样电压
经过由NE5532组成的减法放大器进行放大。电压放大
倍数为:
Av =
R19
R17
经放大后的音频信号再通过由D9、C9、R20组成的峰
值检波电路,检出幅度电平,送给电压比较器U7的“ + ”
端,U7的“—”端电平设置为5. 1v,由R22和稳压管D12组
成,比较器接成迟滞比较方式,一旦过载,即可锁定状态。
正常工作时,通过0. 1上的最大电流幅度Im =Vcc /
(R + 0. 1) , 0. 1上的最大压降为0. 1 ×Im ,经放大后输出的
电压幅值为Vim ×AV = 0. 1 ×Im ×AV ,检波后的直流电压
稍小于此值,此时比较器输出低电平, T13截止,继电器J1
不吸合,处于常闭状态,电源Vcc通过常闭触点送给功放。
一旦扬声器两端短路或输入电流过大, 0. 1上电流、电压
增大,经过电压放大、峰值检波后,大于比较器反相端电
压,则比较器翻转为高电平并自锁, T13导通,继电器吸合,
切断功放Vcc电源,功放电路得到保护。R21、C11、D10、D11
组成开机延时电路,防止开机瞬间比较器自锁,关机后C11
上的电压通过D10快速放掉,以保证再开机时C11的起始电
压为零。
讨论
D类放大器工作于开关状态,无信号输入时无电流,
而导通时,没有直流损耗。事实上由于关断时器件尚有微
小漏电流,而导通时器件并没有完全短路,尚有一定的管
压降,故存在较少直流损耗,实际效率在80% - 90% ,是
实用放大器中效率最高的。
参考文献:
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[ 3 ]李子升,吴锦铭,钟国新. 高效率音频功率放大器.
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[ 5 ]陈伟鑫. 新型实用电路精选指南. 电子工业出版社.
[ 6 ]瞿安连. 应用电子技术. 北京科学出版社, 2003.
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[ 8 ]全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选. 1994 - 1999.
[ 9 ]虎永存,现代音响技术, D类放大器的原理和电路, 1998
年第5期.
[ 10 ]无线电2004合订本第2、3期. 无线电杂志社,人民邮电
出版社.
这个是从付费论文网站上买的，真珍贵的
毕业设计教师评语
毕业设计论文写好了，教师怎么写评语呢?下面是我为大家收集的关于毕业设计教师评语集锦，欢迎大家阅读借鉴!
蔡凌云同学的论文《数字调频发射机的设计》，较好地完成了任务书所规定地研究任务。论文主要采用数字信号处理(DSP)和直接数字频率合成(DDS)技术，实现了数字调频发射机的设计。本设计由两位同学完成，该生主要负责数字调频发射机的数字调频调制模块部分的设计，设计基本合理。毕业论文撰写基本符合规范要求，论文基本上达到了本科毕业论文的要求，同意该生参加学位论文答辩。
张佳富同学的论文《高频功率放大器及其设计》，基本地完成了任务书所规定地研究任务。论文对高频功率放大器的发展以及应用做了介绍，设计了基本合理的高频功率放大器电路。外语资料翻译尚可，论文格式基本规范，论述基本准确，基本达到了预期的要求，符合学士学位论文答辩的要求。
同意该同学参加毕业论文答辩。
张佳富同学的论文《高频功率放大器及其设计》，基本地完成了任务书所规定地研究任务。论文对高频功率放大器的发展以及应用做了介绍，设计了基本合理的高频功率放大器电路，设计基本合理。毕业论文撰写基本符合规范要求，论文基本上达到了本科毕业论文的要求，同意该生参加学位论文答辩。
答辩小组通过对佳富同学的.论文《高频功率放大器及其设计》的审核,认为该论文选题具有一定的研究价值,高频功率放大器电路的设计基本合理。作者具有一定的阅读参考资料的能力，基本完成了毕业论文任务书所规定的内容，答辩时能较比较正确地回答问题。
经答辩小组讨论，答辩成绩定为中等。
李薇同学的论文《数字调频发射机的设计》，较好地完成了任务书所规定地研究任务。论文主要采用数字信号处理(DSP)和直接数字频率合成(DDS)技术，实现了数字调频发射机的设计。本设计由两位同学完成，该生主要负责系统在DSP方面的设计。外语资料翻译尚可，论文格式基本规范，论述基本准确，达到了预期的要求，符合学士学位论文答辩的要求。
同意该同学参加毕业论文答辩。
宋治桦同学的论文《射频功率放大器》，完成了任务书所规定地设计任务。论文通过图例和对比进行分析，阐述了射频功放的基本理论;在研究了射频功放的工作状态、负载和调谐等外部特性的基础上设计了一种射频功率放大器。外语资料翻译尚可，论文格式基本规范，论述基本准确，达到了预期的要求，符合学士学位论文答辩的要求。
同意该同学参加毕业论文答辩。
宋治桦同学的论文《射频功率放大器》选题具有一定的实际意义，基本上完成了规定的任务，在研究了射频功放的工作状态、负载和调谐等外部特性的基础上设计了一种射频功率放大器，设计基本合理。毕业论文撰写符合规范要求，论文达到了本科毕业论文的要求。
同意该生参加学位论文答辩。
答辩小组通过对宋治桦同学的论文《射频功率放大器》的审核,认为该论文选题具有一定的研究价值,作者具有一定的阅读参考资料的能力，认为完成了毕业论文任务书所规定的内容，答辩时能较比较正确地回答问题。
经答辩小组讨论，答辩成绩定为中等。
邹元杰同学的论文《基于单片机STCCLED点阵显示》，很好地完成任务书规定的设计任务。系统以STCC单片机为主控芯片，利用温度测量，实时时钟芯片和数据存储技术并配合软件，实现了温度的测量、时间、数据掉电不丢失等功能，最终很好地完成了规定任务。该生对研究的问题能较深刻分析，反映出作者很好地掌握了有关基础理论与专业知识，实际动手能力强，论文撰写规范，符合学位论文答辩要求。
同意该同学参加毕业论文答辩。
1) 30kHz高频开关电源变压器的设计
2) 48V50A开关电源整流模块主电路设计
3) 12232液晶显示程序
4) A题直流稳定电源
5) ISD2560芯片在汽车报站器的应用
6) ISD2560语音芯片在排队机系统中的应用
7) LC振荡器制作方案
8) MCS51单片机应用系统设计
9) RCC电路间歇振荡的研究
10) RCC电路间歇振荡现象的研究
11) UC3842应用于电压反馈电路中的探讨
12) UC3843 是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流变换器应用而设计
13) UC3843A的内部等效电路框图
14) VHDL基本语法单元
15) 八路抢答器
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17) 波形发生器（A题）
18) 采用CoolSET-ICE2B265的30瓦开关电源设计
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20) 出租车计费器设计与实现
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23) 单片机游戏设计
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26) 电压 控 制 LC 振 荡 器
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38) 基于CPLD／FPGA的出租车计费
39) 基于CPLD／FPGA的出租车计费器
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47) 开关电源EMC设计
48) 开关电源保护电路的研究
49) 开关电源测试参考
50) 开关电源冲击电流控制
