D類功放原理與設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1D類功放原理與設(shè)計(jì)類功放原理與設(shè)計(jì) 能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱為能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱為功率功率放大電路放大電路，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱功放功放。 功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。率。功放電路的要求：功放電路的要求：Pomax 大大，三極管極限工作三極管極限工作 = Pomax / PV 要高要高失真要小失真要小第1頁(yè)/共27頁(yè)1.1 功率放大電路分類功率放大電路分類電路中晶體管的工作狀態(tài)電路

2、中晶體管的工作狀態(tài)（按一個(gè)周期導(dǎo)通的角度大小劃分）（按一個(gè)周期導(dǎo)通的角度大小劃分）乙類（乙類（class-B）：）： 180 甲類（甲類（class-A）：）： 360 甲乙類（甲乙類（class-AB）：）： 180 丙類（丙類（class-C）：）： 180 丁類（丁類（class-D）：）： 開(kāi)關(guān)狀態(tài)開(kāi)關(guān)狀態(tài) 第2頁(yè)/共27頁(yè)工作波形工作波形OtiC23ICA類OtiCB類OtiCAB類ICOtiCC類OtiCD類效率低 50% 。效率 78.5% 。效率 接近乙類效率 最高。第3頁(yè)/共27頁(yè)1.2 D類功率放大電路類功率放大電路 D類功放類功放是放大元件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。

3、是放大元件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。放大元件要么處于截止?fàn)顟B(tài)，要么導(dǎo)通狀態(tài)，晶體管相當(dāng)于放大元件要么處于截止?fàn)顟B(tài)，要么導(dǎo)通狀態(tài)，晶體管相當(dāng)于一個(gè)理想開(kāi)關(guān)而不消耗能量。在理想情況下，效率為一個(gè)理想開(kāi)關(guān)而不消耗能量。在理想情況下，效率為100%。D類功放的特點(diǎn)：類功放的特點(diǎn)：高效；高效；散熱小散熱小;體積??；體積??；適合大功率放大器。適合大功率放大器。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 信號(hào)失真較為嚴(yán)重。信號(hào)失真較為嚴(yán)重。圖圖1 400W D類功放模塊類功放模塊第4頁(yè)/共27頁(yè)2.1 D類功放電路結(jié)構(gòu)類功放電路結(jié)構(gòu)(1) 信號(hào)調(diào)制電路：模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈寬與信號(hào)幅度成正比的方信號(hào)調(diào)制電路：模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為

4、脈寬與信號(hào)幅度成正比的方波波(PWM)。(2) 開(kāi)關(guān)放大電路：將輸入方波進(jìn)行功率放大。開(kāi)關(guān)放大電路：將輸入方波進(jìn)行功率放大。(3) 低通濾波電路：濾除高次諧波，將放大后的信號(hào)加到負(fù)載上。低通濾波電路：濾除高次諧波，將放大后的信號(hào)加到負(fù)載上。第5頁(yè)/共27頁(yè)2.2 D類功放工作原理類功放工作原理簡(jiǎn)化的簡(jiǎn)化的D類功放電路結(jié)構(gòu)類功放電路結(jié)構(gòu)第6頁(yè)/共27頁(yè)fs=1KHz; fT=20KHz 第7頁(yè)/共27頁(yè)2.3 輸出輸出PWM信號(hào)頻譜與低通濾波器信號(hào)頻譜與低通濾波器(1) 輸出輸出PWM信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜第8頁(yè)/共27頁(yè)fc=1KHzfc=8KHz(2) 二階巴特沃斯低通濾波器二階巴特沃斯低通濾

5、波器第9頁(yè)/共27頁(yè)3.1 D類功放總體架構(gòu)類功放總體架構(gòu)第10頁(yè)/共27頁(yè)3.2 PWM調(diào)制電路調(diào)制電路三角波頻率：三角波頻率：300KHz600KHz三角波產(chǎn)生電路三角波產(chǎn)生電路:專用芯片專用芯片運(yùn)放構(gòu)成的三角波產(chǎn)生電路運(yùn)放構(gòu)成的三角波產(chǎn)生電路比較器：比較器：集成電壓比較器集成電壓比較器LM311第11頁(yè)/共27頁(yè)3.2 功率輸出電路功率輸出電路(1) 半橋功率輸出電路半橋功率輸出電路第12頁(yè)/共27頁(yè)(2) 全橋功率輸出電路全橋功率輸出電路第13頁(yè)/共27頁(yè)(3) 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的功率實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的功率MOSFETIRF540 IRF640 IRF3710第14頁(yè)/共27頁(yè)3.4 MOSFET

6、驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路 通常采用專用的驅(qū)動(dòng)芯片。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有通常采用專用的驅(qū)動(dòng)芯片。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有IR公司的驅(qū)動(dòng)芯公司的驅(qū)動(dòng)芯片，具體型號(hào)片，具體型號(hào): IR2104, IR2110, IR2111.以以IR2104為例說(shuō)明使用方法。為例說(shuō)明使用方法。第15頁(yè)/共27頁(yè)第16頁(yè)/共27頁(yè)Functional Block Diagram第17頁(yè)/共27頁(yè)Typical Connection自舉電容：鉭電解自舉電容：鉭電解充電二極管：肖特基二極管充電二極管：肖特基二極管20第18頁(yè)/共27頁(yè)3.5 輸出濾波電路設(shè)計(jì)輸出濾波電路設(shè)計(jì)輸出濾波器通常選擇二階巴特沃斯輸出濾波器通常選擇二階巴特沃斯LC低通濾波器。低通

7、濾波器。（1） 半橋半橋LC濾波器設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì)歸一化傳遞函數(shù)歸一化傳遞函數(shù)第19頁(yè)/共27頁(yè)第20頁(yè)/共27頁(yè)（2） 全橋全橋LC濾波器設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì)第21頁(yè)/共27頁(yè)給定給定RL和和fc, L 、C 參數(shù)表參數(shù)表第22頁(yè)/共27頁(yè)（3） 實(shí)際的全橋?qū)嶋H的全橋LC濾波器濾波器這兩個(gè)小電容用來(lái)濾除高頻噪聲，取值為這兩個(gè)小電容用來(lái)濾除高頻噪聲，取值為20%的的CL。第23頁(yè)/共27頁(yè)（1）（2）（3）（4）（5）第24頁(yè)/共27頁(yè) 功率功率MOS管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序誤差是輸出信號(hào)非線性失真管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序誤差是輸出信號(hào)非線性失真的主要來(lái)源。的主要來(lái)源。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間是其中最主要的因素。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間是其中最主要的因素。第25頁(yè)/共27頁(yè) 1、功率功率