基于小功率放大器的音質(zhì)效果的改進(jìn)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、hhhhh 2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書課題名稱：基于小功率放大器的音質(zhì)效果的改進(jìn)設(shè)計(jì) 所在學(xué)院 鐵道牽引與動(dòng)力學(xué)院 班 級(jí) 檢修121 姓 名 學(xué) 號(hào) 201213210119 指導(dǎo)老師 完成日期 2014-12-17 I / 48畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與答辯記錄班級(jí)學(xué)號(hào)姓名總得分課題名稱考核項(xiàng)目及分值考核內(nèi)容分值評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分設(shè)計(jì)過程20選題的應(yīng)用性、工藝性、綜合性、先進(jìn)性、和經(jīng)濟(jì)性。查閱文獻(xiàn)資料、參考書、使用工具書的能力。55432分析和解決問題方面的能力，創(chuàng)造性，獨(dú)立工作能力。55432工作態(tài)度與遵守紀(jì)律情況。1010864設(shè)計(jì)結(jié)果40文字的簡(jiǎn)潔性、通暢性，條理性與邏輯性。1010864論據(jù)正確充

2、分、分析計(jì)算準(zhǔn)確、使用公式與引用數(shù)據(jù)的正確性。1010864完成設(shè)計(jì)任務(wù)，貫徹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，圖樣、數(shù)據(jù)表格、說明書質(zhì)量。1010864設(shè)計(jì)方案比較選擇的正確合理性，設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路方面的獨(dú)到性和創(chuàng)新性。1010864答辯情況40闡述課題的設(shè)計(jì)思路、主要依據(jù)、結(jié)論、體會(huì)和改進(jìn)意見。1010864回答問題的準(zhǔn)確性、敏銳性、全面性，語(yǔ)言表達(dá)能力，邏輯條理性。3030241812指導(dǎo)老師評(píng)價(jià)指導(dǎo)教師簽名答辯記錄與答辯評(píng)價(jià)答辯教師簽名2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、 課題名稱：基于小功率語(yǔ)音放大器的音質(zhì)效果的改進(jìn)設(shè)計(jì) 二、 指導(dǎo)老師： 三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：1、課題概述話音放大器的作用是不失真地放

3、大輸入的音頻信號(hào)。由于人發(fā)出的聲音頻率在340Hz3400Hz之間，聲波在傳播中會(huì)產(chǎn)生反射、折射和干涉等現(xiàn)象，到達(dá)話筒的信號(hào)比人從聲帶中發(fā)出來的聲音要小，同時(shí)話筒是一種換能器，它將聲能轉(zhuǎn)化為電能，話筒的輸出信號(hào)一般很小，而輸出阻抗很大，則要求對(duì)話音進(jìn)行放大。由于聲音在空氣中傳播產(chǎn)生諧波失真，諧波失真是指聲音回放中增加了原信號(hào)沒有的高次諧波成分而導(dǎo)致的失真，則要在話音放大器中設(shè)計(jì)濾波器，提高輸出信號(hào)的高保真性能。此外，話筒的頻率特性、性噪比和靈敏度也直接影響著重現(xiàn)聲音的音質(zhì)。但是我們現(xiàn)在的語(yǔ)音放大器的輸出含有較多的噪音。那么如何減少噪音和不必要的干擾從而提升放大器的音質(zhì)效果是一個(gè)很有意義的課題。

4、通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅可以學(xué)會(huì)如何設(shè)計(jì)小功率語(yǔ)音放大器，更可以學(xué)會(huì)如何在此基礎(chǔ)上使放大器的性能有所提升。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：1. 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)并制作有一定輸出功率的話音放大電路，并提出其改進(jìn)方法。2 技術(shù)指標(biāo)（1） 電路采用5V單電源供電；（2） 前置放大器由兩級(jí)放大器構(gòu)成，其中放大器1的增益為20dB，放大器2的增益為 20dB，第二級(jí)放大器增益可調(diào)；（3） 帶通濾波器：通帶為300Hz3.4kHz ；（4） 輸出額定功率P>0.2W，失真度<10%；負(fù)載額定阻抗為8。 四、設(shè)計(jì)參考書模擬電子技術(shù) 高等教育出版社電力電子技術(shù) 高等教育出版社 數(shù)字電子技術(shù) 高等教育出版社電路

5、理論 高等教育出版社電工基礎(chǔ) 高等教育出版社集成放大電路的設(shè)計(jì) 高等教育出版社 五、內(nèi)容1、封面2、目錄3、內(nèi)容摘要(200-400字左右，中英文)4、引言5、正文（設(shè)計(jì)方案比較與選擇，設(shè)計(jì)方案原理、分析、論證，設(shè)計(jì)結(jié)果的說明及特點(diǎn)）6、結(jié)束語(yǔ)7、附錄(參考文獻(xiàn)、圖紙、材料清單等) 六、 設(shè)計(jì)進(jìn)程安排第1周： 資料準(zhǔn)備與借閱，了解課題思路。 第2-3周 設(shè)計(jì)要求說明及課題內(nèi)容輔導(dǎo)。第47周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成初稿。第7-10周： 第一次檢查，了解設(shè)計(jì)完成情況。第11周： 第二次檢查設(shè)計(jì)完成情況，并作好畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。 第12周： 畢業(yè)答辯與綜合成績(jī)?cè)u(píng)定。 七、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及論文要求1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)

6、答辯要求答辯前三天，每個(gè)學(xué)生應(yīng)按時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書或畢業(yè)論文、專題報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。學(xué)生答辯時(shí)，自述部分內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識(shí)、設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)試方法，鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力。2、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求文字要求說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語(yǔ)言流暢，排版合理，無錯(cuò)別字，不允許抄襲。圖紙要求按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字

7、書寫。曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。 摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展、人們生活水平的提高，音響作為一件平常的家用電器已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶。音響是什么？音響的定義究竟怎樣呢?促使你是一位音響發(fā)燒友,也許一下子也難以回答這個(gè)問題。其實(shí)，音響就是“用來擴(kuò)聲和重放或指欣賞音樂用的高品質(zhì)電子電聲裝置”。其基本組成為：音源、功放和音箱。一套音響要被人接受，首先其保真度要高，即聲音經(jīng)過加工、傳輸和重放過程中能忠實(shí)地還原音樂原有的內(nèi)容。要做到高保真，以下幾點(diǎn)必須做到：1，音源輸出信號(hào)的失真要??；2，音響設(shè)備在技術(shù)、性能方面，有很高的指標(biāo)；3，要高

8、保真聆聽，使放音環(huán)境符合聲學(xué)要求，注意音箱的擺位。傳統(tǒng)的高保真音響一般都是雙聲道設(shè)計(jì)，聽音者在規(guī)定的位置上，即使閉上眼睛也能感覺到舞臺(tái)上各個(gè)人物或樂器的位置。可見，這三部分都起著舉足輕重的作用?，F(xiàn)在我要詳細(xì)探討的就是這三大件之一功放。因此，本課程設(shè)計(jì)針對(duì)小功率放大器音效改進(jìn)的問題，進(jìn)行了認(rèn)真的分析，找出影響音效的主要因數(shù)。本文主要介紹基于LM356功放電路的設(shè)計(jì)，它在音頻應(yīng)用場(chǎng)合能提供非常低的失真度和高質(zhì)量的音色，還具有了高增益、低功耗、外接元件少等特性。在當(dāng)今社會(huì)中，經(jīng)過了幾代科學(xué)家的不斷努力和嘗試，它的技術(shù)已經(jīng)日益成熟，能讓我們近一步了解音頻功率放大器。關(guān)鍵詞：功放 音質(zhì) 失真ABSTRA

9、CTWith the development of society,the improvement of people's living standard,the sound as an ordinary household electrical appliances have already walked into thousands of households.What is the sound?The sound of the definition of what motivates you?Is an audio fancier,maybe all of a sudden it

10、 is difficult to answer this question.In fact,the sound is"used to sound reinforcement and playback or to enjoy high-quality electronic electro acoustic device for the music".Its basic composition is the sound source,power amplifier and speakers.A set of sound to be accepted,the first of i

11、ts high fidelity to,namely the sound through the processing,transmission and playback process can faithfully music original content.To achieve high fidelity,the following points must be done:1,the audio output signal distortion is small;2,audio equipment in the technology,performance,there is a high

12、 index;3,to high fidelity listen,make the playback environment to meet the acoustic requirements,pay attention to the positioning of the speakers.Hi Fi tradition are generally two channel design,listen on the specified position,even if the eyes closed can also feel the stage the various characters o

13、r the placement of instruments.Visible,the three part plays an important role.Now I want to explore in detail is the big three-one of the power amplifier.Therefore,this course is designed for small problems audio power amplifier,has carried on the earnest analysis,find out the main factor affecting

14、the sound.Based on LM356 amplifier circuit design were introduced in this paper,in audio applications it can provide a very low distortion and high sound quality,also has the high gain,low power consumption,less external components.In today's society,through the continuous efforts of several gen

15、erations of scientists and try,its technology is increasingly mature,can make us further understand the audio power amplifier.Key word：Power amplifier sound quality distortion目錄第一章緒 論11.1 功率放大器概述11.1.1功率放大器概念11.1.2工作原理11.1.3基本組成11.1.4三種工作狀態(tài)21.2 數(shù)字音頻功率放大器21.2.1數(shù)字音頻功率放大器的發(fā)展現(xiàn)狀概述21.2.2數(shù)字功放的發(fā)展歷史31.2.3數(shù)字功

16、放領(lǐng)域的新技術(shù)31.2.4數(shù)字功放是專業(yè)功放的主要發(fā)展方向31.3 模擬音頻功率放大器41.3.1模擬音頻功率放大器分類41.4 數(shù)字功放和模擬功放對(duì)比詳解5第二章工作原理72.1 系統(tǒng)概述、設(shè)計(jì)思路72.2 系統(tǒng)組成與工作原理72.2.1 LM386的工作原理72.2.2注意事項(xiàng)92.2.3 LM386功能框圖112.2.4設(shè)計(jì)電路圖122.2.5元器件明細(xì)表132.2.6調(diào)試所需的儀器設(shè)備132.2.7設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和可能出現(xiàn)的問題132.2.8 出現(xiàn)的問題及解決方案142.2.9 預(yù)期達(dá)到的性能指標(biāo)14第三章數(shù)字音頻功率放大器的改進(jìn)設(shè)計(jì)153.1 調(diào)制方式的改進(jìn)設(shè)計(jì)153.1.1傳統(tǒng)PWM調(diào)

17、制方案153.1.2改進(jìn)后的雙路反寬調(diào)制方案163.2 脈寬調(diào)制器的改進(jìn)設(shè)計(jì)183.2.1 NBDD采樣方式19第四章總結(jié)與展望21參考文獻(xiàn)23附表24第一章緒 論1.1 功率放大器概述功放的作用就是把來自音源或前級(jí)放大器的弱信號(hào)放大，推動(dòng)音箱放聲。一套良好的音響系統(tǒng)功放的作用功不可沒。功放，是各類音響器材中最大的一個(gè)家族，其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號(hào)進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號(hào)處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同1。1.1.1功率放大器概念功率放大器（英文名稱：powe

18、r amplifier），簡(jiǎn)稱“功放”，是指在給定失真率條件下，能產(chǎn)生最大功率輸出以驅(qū)動(dòng)某一負(fù)載（例如揚(yáng)聲器）的放大器。功率放大器在整個(gè)音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個(gè)系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出2。1.1.2工作原理利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l率的波，即交流信號(hào)電流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的倍，是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號(hào)注入基極，則集電極流過的電流會(huì)等于基極電流的倍，然后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來，就得到了電流（或電壓）是原先的倍的大信號(hào)，這現(xiàn)

19、象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流放大，就完成了功率放大3。1.1.3基本組成功率放大器通常由3部分組成：前置放大器、驅(qū)動(dòng)放大器、末級(jí)功率放大器。1)前置放大器起匹配作用：其輸入阻抗高（不小于10k），可以將前面的信號(hào)大部分吸收過去，輸出阻抗低（幾十以下），可以將信號(hào)大部分傳送出去。同時(shí)，它本身又是一種電流放大器，將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，并給予適當(dāng)?shù)姆糯蟆?)驅(qū)動(dòng)放大器起橋梁作用：它將前置放大器送來的電流信號(hào)作進(jìn)一步放大，將其放大成中等功率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)末級(jí)功率放大器正常工作。如果沒有驅(qū)動(dòng)放大器，末級(jí)功率放大器不可能送出大功率的聲音信號(hào)。3)末級(jí)功率放大器起關(guān)鍵作用：它將驅(qū)動(dòng)放大器送來

20、的電流信號(hào)形成大功率信號(hào)，帶動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，它的技術(shù)指標(biāo)決定了整個(gè)功率放大器的技術(shù)指標(biāo)4。1.1.4三種工作狀態(tài)功率放大器按工作狀態(tài)的不同，可分為甲類、乙類和甲乙類三種。甲類放大器的特點(diǎn)是工作點(diǎn)選在輸出特性曲線線性區(qū)的中間位置，信號(hào)電流在整個(gè)周期內(nèi)都流通，失真小但效率低，輸出功率也小。乙類放大器工作點(diǎn)選在基極電流等于零的那條輸出特性曲線上，信號(hào)電流只在半周期內(nèi)流通，效率高，輸出功率大，但失真嚴(yán)重。第三類放大器的工作點(diǎn)既不象乙類放大選得那樣低，也不象甲類那樣高，電流截止的時(shí)間小于半周期，工作性能介于甲類和乙類之間5。1.2 數(shù)字音頻功率放大器數(shù)字功放的基本電路是早已存在的D類放大器（國(guó)內(nèi)稱丁類放大

21、器）。以前，由于價(jià)格和技術(shù)上的原因，這種放大電路只是在實(shí)驗(yàn)室或高價(jià)位的測(cè)試儀器中應(yīng)用。這幾年的技術(shù)發(fā)展使數(shù)字功放的元件集成到一兩塊芯片中，價(jià)格也在不斷下降。理論證明，D類放大器的效率可達(dá)到100%。然而，迄今還沒有找到理想的開關(guān)元件，難免會(huì)產(chǎn)生一部分功率損耗，如果使用的器件不良，損耗就會(huì)更大些。但是不管怎樣，它的放大效率還是達(dá)到90%以上6。1.2.1數(shù)字音頻功率放大器的發(fā)展現(xiàn)狀概述隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路被廣泛應(yīng)用于各類電子電路中。隨著近十幾年來半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，功率放大電路也得到了飛速的發(fā)展和應(yīng)用。音頻功率放大電路是原理上最為基本、應(yīng)用上最為廣泛的功率放大電路。目前大部分音響系

22、統(tǒng)中的功放都是模擬類型，傳統(tǒng)的模擬功放按放大器的工作狀態(tài)可分為：A類、B類、AB類等形式。A類、AB類功放是音響系統(tǒng)中最為常用的功放。傳統(tǒng)類音頻放大器的一個(gè)共同缺點(diǎn)是效率很低，A類音頻放大器的理論效率是25%，實(shí)際效率大約為15-20%;B類音頻放大器的理論最大效率是78.5%;AB類音頻放大器的理論效率75%，實(shí)際效率在50-70%之間。無論A類，B類還是AB類音頻功率放大器，當(dāng)它們的輸出功率小于額定輸出功率時(shí)，效率就會(huì)明顯降低，播放動(dòng)態(tài)的語(yǔ)言、音樂時(shí)平均工作效率只有30%左右。音頻功率放大器的效率低就意味著工作時(shí)有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化成熱能，也就是說，這些類型的音頻功率放大器要有足夠大的散熱器

23、。在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)潮流走向輕薄短小之際，不僅半導(dǎo)體組件本身的封裝要小，整個(gè)模塊的尺寸也變成決定系統(tǒng)客戶接受與否的關(guān)鍵規(guī)格。全球音視頻領(lǐng)域的數(shù)字化浪潮以及人們對(duì)音視頻設(shè)備節(jié)能環(huán)保的要求，迫使人們盡快研究開發(fā)高效、節(jié)能、易于與數(shù)字化設(shè)備接口的音頻功率放大器。D類數(shù)字音頻放大器就是在這樣的背景下興起的。D類數(shù)字音頻功率放大器是一種將輸入模擬音頻信號(hào)或PCM(Pulse Code Modulation,脈沖編碼調(diào)制）數(shù)字信息變換成PWM(脈沖寬度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號(hào)，然后用PWM或PDM的脈沖信號(hào)去控制大功率開關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關(guān)放大器。由于其開關(guān)管工作于開關(guān)狀態(tài)，因

24、此具有高效率、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。目前，D類音頻功率放大器在移動(dòng)電話、平面電視、LCD顯示器以及各種以電池供電的便攜式游戲設(shè)備等消費(fèi)類電子產(chǎn)品中已獲得廣泛的應(yīng)用。在手機(jī)、PDA、MP3Player等應(yīng)用中，以D類取代AB類放大器的趨勢(shì)便已相當(dāng)明顯。數(shù)字音頻功放的概念早在20世紀(jì)60年代已被提出，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，進(jìn)展一直較慢。1983年，M.B.Sandler等學(xué)者提出了D類放大的PCM數(shù)字音頻功放的基本結(jié)構(gòu)，主要技術(shù)要點(diǎn)是如何把PCM信號(hào)變成PWM。1999年意大利POWERSOFT公司推出了數(shù)字音頻功放的商業(yè)產(chǎn)品，從此，第4代音頻功率放大器數(shù)字音頻功率放大器進(jìn)入了工程應(yīng)用領(lǐng)域，并獲得了世

25、界同行的廣泛認(rèn)可，市場(chǎng)日益擴(kuò)大，數(shù)字音頻功率放大器已經(jīng)成為近年來的研究熱點(diǎn)之一7。 1.2.2數(shù)字功放的發(fā)展歷史隨著元器件的發(fā)展換代,功放也經(jīng)歷了電子管,晶體管,集成電路,場(chǎng)效應(yīng)管四個(gè)階段。制造出了上述四種放大器為主的功率放大器。電路形式上則經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的發(fā)展過程。數(shù)字功放的概念早在二十世紀(jì)六十年代就被提出,由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制,進(jìn)展較慢。1983年,M.B.Sandler等學(xué)者提出了D類放大器的PCM(脈碼調(diào)制)數(shù)字功放的基本結(jié)構(gòu),主要技術(shù)要點(diǎn)是如何把PCM的信號(hào)變成PWM(脈沖調(diào)寬信號(hào))。美國(guó)Tripass公司設(shè)計(jì)了改進(jìn)的D類數(shù)字功放。取名為T類功放。1999年意大利POWERSO

26、FT公司推出了數(shù)字功放的商業(yè)產(chǎn)品,從此,第四代音頻功率放大器,數(shù)字功放進(jìn)入了工程應(yīng)用,并獲得了世界同行的認(rèn)可,市場(chǎng)日益擴(kuò)大8。即使是在數(shù)字處理時(shí)代,也在日新月異地產(chǎn)生,應(yīng)用新的技術(shù),如AV功放從誕生到現(xiàn)在,就經(jīng)歷了杜比環(huán)繞,杜比定向邏輯,AC-3,DTS的進(jìn)程。1.2.3數(shù)字功放領(lǐng)域的新技術(shù)數(shù)字功放領(lǐng)域的新技術(shù)主要包括專業(yè)功放開關(guān)電源和H類電路功放兩種，兩種功放各有千秋，側(cè)重不同，可根據(jù)使用需要按需選擇。1）專業(yè)功放開關(guān)電源：作為一種全新的功放專用開關(guān)電源,它在現(xiàn)代高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上,解除了其大環(huán)路反饋;消除了因穩(wěn)壓需要而調(diào)整開關(guān)脈寬造成開關(guān)轉(zhuǎn)換速率突降,形成對(duì)功放大動(dòng)態(tài)瞬間輸出供電電力

27、不足的矛盾。這種新型電源具有功率密度大,體積小,重量輕,高效率,高可靠性和低噪聲,低污染的優(yōu)良品質(zhì),極大的節(jié)約了電能,降低了耗材與成本,明顯的減少了電磁干擾。有些功放再前級(jí)供電電路采用了這類電源。2） H類電路功放根據(jù)供電電源的不同,這類功放工作時(shí)可在兩個(gè)電壓上切換,低功率時(shí)選低電壓工作,高功率時(shí)選高電壓。大家常稱為二級(jí)功放(也有三級(jí)功放,如QSC4050是三級(jí)電源供電)。當(dāng)?shù)图?jí)組電壓低于某一值時(shí),即可切換到高壓組電壓供電,其中驅(qū)動(dòng)切換電路的是用LM311比較器做的,這類功放的效率比AB類高9。1.2.4數(shù)字功放是專業(yè)功放的主要發(fā)展方向在專業(yè)功放領(lǐng)域,目前廣泛應(yīng)用的人然是晶體管模擬功放。這類功

28、放技術(shù)成熟,電路穩(wěn)定,款式,檔次,種類非常多,價(jià)格優(yōu)勢(shì)大。數(shù)字功放的技術(shù)發(fā)展逐步完善,是集成了多種新技術(shù)的功放中的黑馬,夠符合專業(yè)功放的使用要求,具有大功率,高效率,智能化,網(wǎng)絡(luò)化,高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是有較大的失真度(數(shù)字功放參數(shù)標(biāo)示)。因?yàn)閮r(jià)格的因素,目前主要應(yīng)用在中高端及網(wǎng)絡(luò)音頻領(lǐng)域。純數(shù)字功放指除了音箱接口為模擬外,音頻的輸入,處理,放大都以數(shù)字形式進(jìn)行的一類功放。不同于D類工作的模擬信號(hào)功放,這類功放工作方式與傳統(tǒng)模擬功放完全不同,克服了模擬功放固有的一些缺點(diǎn),并具備了一些獨(dú)有的特點(diǎn)9。1)過載能力和功率儲(chǔ)備數(shù)字功放電路的過載能力軟軟高于模擬功放。模擬功放正常工作時(shí)功放管工作在線性區(qū)

29、,隨著過載量的增加,工作點(diǎn)進(jìn)入功放管的飽和區(qū),此時(shí)的非線性放大會(huì)產(chǎn)生大量諧波成分,諧波失真度急劇增加,音質(zhì)變壞。數(shù)字功放在功率放大時(shí)一直處于飽和區(qū)和截止區(qū),只要功放管不損壞,失真度不會(huì)迅速增加。2）高效率數(shù)字功放采用開關(guān)放大電路,效率極高,可達(dá)75%-90%(模擬功放效率僅為30%到50%),工作時(shí)基本不發(fā)熱;沒有模擬功放的靜態(tài)電流消耗,能量幾乎都轉(zhuǎn)換為音頻輸出;無前后模擬放大,負(fù)反饋電路,有更好的瞬態(tài)響應(yīng)。3)無交越失真和匹配失真數(shù)字功放對(duì)開關(guān)管的配對(duì)無特殊要求,不需要嚴(yán)格的挑選即可使用,不存在交越失真和匹配失真;模擬功放為保證其電聲指標(biāo),采用負(fù)反饋電路,為抑制寄生振蕩,采用相位補(bǔ)償電路,會(huì)

30、產(chǎn)生瞬態(tài)互調(diào)失真。4)易與揚(yáng)聲器匹配模擬功放中的功放管內(nèi)阻較大,所以在匹配不同阻值的揚(yáng)聲器時(shí),模擬功放電路的工作狀態(tài)會(huì)受到負(fù)載(揚(yáng)聲器)大小的影響。數(shù)字功放內(nèi)阻小于0.2(開關(guān)管的內(nèi)阻加慮波器內(nèi)阻),相對(duì)于負(fù)載(揚(yáng)聲器)的阻值(4-8)很小,與揚(yáng)聲器的匹配簡(jiǎn)單。此外數(shù)字功放還具有體積小(1U高度的數(shù)字功放可以做到幾千瓦輸出功率),重量輕(只有十幾公斤),聲像定位準(zhǔn)確,維修方便，生產(chǎn)調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。誰(shuí)在啊數(shù)字功放的不斷改進(jìn),成本不斷下降,其替代模擬功放大規(guī)模應(yīng)用于音響領(lǐng)域?qū)⒑芸鞎?huì)實(shí)現(xiàn)10。1.3 模擬音頻功率放大器傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器工作時(shí)，直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大，工作期間必須工作于線性放大

31、區(qū)，功率耗散較大，雖然采用推挽輸出，減小了功率器件的承受功率，但在較大功率情況下，仍然對(duì)功率器件構(gòu)成極大威脅，功率輸出受到限制。此外，模擬功率放大器還存在以下的缺點(diǎn)：1)電路復(fù)雜，成本高。常常需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的補(bǔ)償電路和過流，過壓，過熱等保護(hù)電路，體積較大，電路復(fù)雜。2)效率低，輸出功率不可能做的很大。1.3.1模擬音頻功率放大器分類1)A類放大器：A類放大器的主要特點(diǎn)是：放大器的工作點(diǎn)Q設(shè)定在負(fù)載線的中點(diǎn)附近，晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。放大器可單管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲線的線性范圍內(nèi)，所以瞬態(tài)失真和交替失真較小。電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。但效率較低，晶體管功耗大，效率的

32、理論最大值僅有25%，且有較大的非線性失真。由于效率比較低。2)B類放大器：B類放大器的主要特點(diǎn)是：放大器的靜態(tài)點(diǎn)在（VCC，0）處，當(dāng)沒有信號(hào)輸入時(shí)，輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內(nèi)，Q1導(dǎo)通Q2截止，輸出端正半周正弦波；同理，當(dāng)Vi為負(fù)半波正弦波，所以必須用兩管推挽工作。其特點(diǎn)是效率較高（78%），但是因放大器有一段工作在非線性區(qū)域內(nèi)，故其缺點(diǎn)是“交越失真”較大。即當(dāng)信號(hào)在-0.6V 0.6V之間時(shí)，Q1、Q2都無法導(dǎo)通而引起的。所以這類放大器也逐漸被設(shè)計(jì)師摒棄。3)AB類放大器：AB類放大器的主要特點(diǎn)是：晶體管的導(dǎo)通時(shí)間稍大于半周期，必須用兩管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真

33、較大，可以抵消偶次諧波失真。有效率較高，晶體管功耗較小的特點(diǎn)。1.4 數(shù)字功放和模擬功放對(duì)比詳解1)過載能力與功率儲(chǔ)備：數(shù)字功放電路的過載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬功放。模擬功放電路分為A類、B類或AB類功率放大電路，正常工作時(shí)功放管工作在線性區(qū)；當(dāng)過載后，功放管工作在飽和區(qū)，出現(xiàn)諧波失真，失真程度呈指數(shù)級(jí)增加，音質(zhì)迅速變壞。而數(shù)字功放在功率放大時(shí)一直處于飽和區(qū)和截止區(qū)，只要功放管不損壞，失真度不會(huì)迅速增加。2)交越失真和失配失真:模擬B類功放在過零失真，這是由于晶體管在小電流時(shí)的非線性特性而引起的在輸出波形正負(fù)交叉處的失真。而數(shù)字功放只工作在開關(guān)狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生交越失真。3)功放和揚(yáng)聲器的匹配:由于模擬

34、功放中的功放管內(nèi)阻較大，所以在匹配不同阻值的揚(yáng)聲器時(shí)，模擬功放電路的工作狀態(tài)會(huì)受到負(fù)載（揚(yáng)聲器）大小的影響。而數(shù)字功放內(nèi)阻不超過0.2(開關(guān)管的內(nèi)阻加濾波器內(nèi)阻)，相對(duì)于負(fù)載（揚(yáng)聲器）的阻值（48）完全可以忽略不計(jì)，因此不存在與揚(yáng)聲器的匹配問題。4)瞬態(tài)互調(diào)失真:模擬功放幾乎全部采用負(fù)反饋電路，以保證其電聲指標(biāo)，在負(fù)反饋電路中，為了抑制寄生振蕩，采用相位補(bǔ)償電路，從而會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)互調(diào)失真。數(shù)字功放在功率轉(zhuǎn)換上沒有采用任何模擬放大反饋電路，從而避免了瞬態(tài)互調(diào)失真。5)聲像定位:對(duì)模擬功放來說，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間一般都存在著相位差，而且在輸出功率不同時(shí)，相位失真亦不同。而數(shù)字功放采用數(shù)字信號(hào)放大

35、，使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位完全一致，相移為零，因此聲像定位準(zhǔn)確。6)升級(jí)換代:數(shù)字功放通過簡(jiǎn)單地更換開關(guān)放大模塊即可獲得大功率。大功率開關(guān)放大模塊成本較低，在專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊。7)生產(chǎn)調(diào)試:模擬功放存在著各級(jí)工作點(diǎn)的調(diào)試問題，不利于大批量生產(chǎn)。而數(shù)字功放大部分為數(shù)字電路，一般不需調(diào)試即可正常工作，特別適合于大規(guī)模生產(chǎn)。第二章工作原理2.1 系統(tǒng)概述、設(shè)計(jì)思路功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出概率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能小，效率盡可能高。功放常見的電路形式有OTL（Output Transformer l

36、ess）和OCL(Output Capacitor less)電路。有用集成運(yùn)算放大器和晶體管組成的功放，也有專用集成電路功放。 LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻或電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，工作電壓范圍寬,4-12V or 5-18V，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW,且外圍元件少。設(shè)計(jì)功放電路由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)三部分組成的：輸入級(jí)是由1

37、00uF的耦合電容及100k的電位器組成的，它具有隔直、調(diào)節(jié)音量及增益的作用；中間級(jí)是由集成運(yùn)放LM386以及由R1、RV4、C2等組成的可調(diào)增益放大電路；輸出級(jí)是由低通濾波器及揚(yáng)聲器組成的，其中L1為高頻扼流圈；由于該電路為雙聲道功率放大器，所以下部分電路與上部分電路完全對(duì)稱，故電路原理同上11。2.2 系統(tǒng)組成與工作原理2.2.1 LM386的工作原理LM386內(nèi)部電路原理圖如圖2.1所示。與通用型集成運(yùn)放相類似，它是一個(gè)三級(jí)放大電路。圖2.1 LM386的工作原理12第一級(jí)為差分放大電路，T1和T2、T3和T4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T

38、2的有源負(fù)載；T3和T4信號(hào)從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。 第二級(jí)為共射放大電路，T7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。第三級(jí)中的T8和T9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管T10構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。二極管D1和D2為輸出級(jí)提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。 電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成

39、反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個(gè)電路具有穩(wěn)定的電壓增益。LM386是一個(gè)單電源供電的音頻功放，為美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品，采用8引線雙列直插封裝和貼片式。圖2.2 LM386音頻功率放大器的引腳排列13LM386的外形和引腳的排列如圖2.2和2.3所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10F。LM386的電源電壓4-12V或5-18V(LM386N-4)；靜態(tài)消耗電流為4mA；電壓增益為20-200dB；在1、8腳開路時(shí)，帶寬為300KHz；輸入阻抗為50K；音頻功率0

40、.5W。盡管LM386的應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會(huì)帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會(huì)產(chǎn)生非常討厭的噪聲14。2.2.2注意事項(xiàng)1)通過接在1腳、8腳間的電容（1腳接電容+極）來改變?cè)鲆?，斷開時(shí)增益為20dB。因此用不到大的增益，電容就不要接了，不光省了成本，還會(huì)帶來好處-噪音減少，何樂而不為？2)PCB設(shè)計(jì)時(shí)，所有外圍元件盡可能靠近LM386；地線盡可能粗一些；輸入音頻信號(hào)通路盡可能平行走線，輸出亦如此。這是死理，不用多說了吧。3)選好調(diào)節(jié)音量的電位器。質(zhì)量太差的不要，否則受害的是耳朵；阻值不要太大，10K最合適

41、，太大也會(huì)影響音質(zhì)，轉(zhuǎn)那么多圈圈，不煩那！4)盡可能采用雙音頻輸入/輸出。好處是：“”、“”輸出端可以很好地抵消共模信號(hào)，故能有效抑制共模噪聲。5)第7腳（BYPASS）的旁路電容不可少！實(shí)際應(yīng)用時(shí)，BYPASS端必須外接一個(gè)電解電容到地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。增大這個(gè)電容的容值，減緩直流基準(zhǔn)電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。在器件上電、掉電時(shí)的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳變所致，這個(gè)電容可千萬別省?。?)減少輸出耦合電容。此電容的作用有二：隔直 + 耦合。隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會(huì)損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號(hào)。它與揚(yáng)

42、聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波器。減小該電容值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會(huì)使截止頻率（fc1/(2*RL*Cout)）提高。分別測(cè)試，發(fā)現(xiàn)10uF/4.7uF最為合適，這是我的經(jīng)驗(yàn)值。7)電源的處理，也很關(guān)鍵。如果系統(tǒng)中有多組電源，太好了！由于電壓不同、負(fù)載不同以及并聯(lián)的去耦電容不同，每組電源的上升、下降時(shí)間必有差異。非?？尚械姆椒ǎ簩⑸想?、掉電時(shí)間短的電源放到+12V處，選擇上升相對(duì)較慢的電源作為L(zhǎng)M386的Vs，但不要低于4V，效果確實(shí)不錯(cuò)15！圖2.3 LM386引腳圖表2.1 LM386集成電路的引腳、功能及數(shù)據(jù)引腳號(hào)功能說明在路電阻紅筆測(cè)量黑筆測(cè)量1增益調(diào)整元件134

43、2負(fù)反饋端003音頻信號(hào)輸入端114接地線端005音頻信號(hào)輸出端236電源電壓輸入端237旁路元件連續(xù)端1248增益調(diào)整元件244引腳2：反相輸入端；引腳3：同相輸入端；引腳4：接地端；引腳5：輸出端；引腳6：工作電源引入端；引腳1與8：電壓增益設(shè)定端；引腳7與地之間串接旁路電容，旁路電容容值一般取10F16。2.2.3 LM386功能框圖 圖2.3 LM386功能框圖LM386集成功放屬于直接耦合的多級(jí)放大器結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)三級(jí)放大電路。2.2.4設(shè)計(jì)電路圖圖2.4 LM386多級(jí)放大設(shè)計(jì)電路圖(此圖由于展示頁(yè)面過小固另附于附表)如圖2.4，LM386多級(jí)放大設(shè)計(jì)電路圖，該電路是由輸入級(jí)、中間

44、級(jí)和輸出級(jí)三部分組成的。輸入級(jí)是由100Fm的耦合電容及100Wk的電位器組成的，它具有隔直、調(diào)節(jié)音量及增益的作用。中間級(jí)是由集成運(yùn)放LM386以及由R2、R7、C1等組成的放大電路。其工作原理如下：輸入信號(hào)通過C1耦合，由反相輸入端輸入運(yùn)放，需要大增益時(shí)，將開關(guān)J1閉合，集成運(yùn)放5輸出端經(jīng)過R2反饋到反相端，形成電壓并聯(lián)反饋。根據(jù)反相比例運(yùn)算關(guān)系可知，當(dāng)R1滑點(diǎn)在中點(diǎn)時(shí)，放大倍數(shù)約為-50。當(dāng)R2滑點(diǎn)在底端，運(yùn)算放大器的輸入端被短路，對(duì)低頻信號(hào)來說負(fù)反饋增強(qiáng)，增益下降，反之亦然。同時(shí)滑動(dòng)R1時(shí)還可調(diào)節(jié)輸入電壓，當(dāng)R1滑點(diǎn)在底端時(shí)，輸入電壓為零，此時(shí)增益也最小；當(dāng)R2滑點(diǎn)在頂端時(shí)，輸入電壓為輸

45、入音頻交流電壓，且此時(shí)增益也最大。（此時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)R7使運(yùn)放固有增益最大，約為200） 當(dāng)僅需要小增益時(shí)，將開關(guān)J1斷開，靠運(yùn)放固有放大增益放大，在LM386的1腳和8腳之間有一只外接可變電阻和電容，可調(diào)節(jié)可變電阻將電壓增益調(diào)為任意值，直至200（反向放大）。同時(shí)滑動(dòng)R1還可調(diào)節(jié)輸入電壓，當(dāng)R2滑點(diǎn)在底端時(shí)，輸入電壓為零，音量也為零；當(dāng)R2滑點(diǎn)在頂端時(shí)，輸入電壓為輸入音頻交流電壓。輸出級(jí)是由低通濾波器及揚(yáng)聲器組成的，其中L1為高頻扼流圈。當(dāng)高頻噪聲被L1扼制，通過R3及C11流入地線。低音頻信號(hào)通過L1、C3后，流經(jīng)揚(yáng)聲器放出音樂。由于該電路為雙聲道功率放大器，所以下部分電路與上部分電路

46、完全對(duì)稱，故電路原理同上17。2.2.5元器件明細(xì)表表2.2 元器件明細(xì)表元器件名稱參數(shù)備注C1100uF電解電容×2C2200uF電解電容×3C310uF電解電容×4C410uF×1C547nF×2R1270k×2R210×2R310可變電阻器L11mH×2電源適配器220V交流到9V直流×1LM386×2開關(guān)×32.2.6調(diào)試所需的儀器設(shè)備儀表工具：萬用表、手機(jī)、示波器、電烙鐵、proteus仿真。2.2.7設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和可能出現(xiàn)的問題設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于使用兩種增益對(duì)音頻信號(hào)就行放大，當(dāng)

47、需要小增益時(shí)，可斷開反饋電阻上的開關(guān)J2、J3（與R3相鄰的開關(guān)），用LM386本身的放大增益進(jìn)行放大，若需要大增益放大時(shí)，將LM386增益調(diào)至最大，同時(shí)將J2、J3閉合，滑動(dòng)音量調(diào)節(jié)鈕即可大范圍調(diào)節(jié)輸入電壓及增益。第二個(gè)難點(diǎn)在于輸出級(jí)，用高頻扼流圈阻止高頻信號(hào)通過，流入地線。可能出現(xiàn)噪聲問題：盡管LM386的應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會(huì)帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會(huì)產(chǎn)生非常討厭的噪聲。因此需要注意以下幾點(diǎn)：1)在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，所有外圍元件盡可能靠近LM386。2)同時(shí)地線盡可能粗一些；輸入音頻信號(hào)通路盡可能平

48、行走線，輸出亦如此。3)另外選好調(diào)節(jié)音量的電位器也可以降噪，質(zhì)量要稍微好點(diǎn)的，阻值10KW最合適，太大也會(huì)影響音質(zhì)。4)需要加裝第7腳（BYPASS）的旁路電容。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，BYPASS端必須外接一個(gè)電解電容到地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。在器件上電、掉電時(shí)的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳變所致，因此增大這個(gè)電容的容值，可減緩直流基準(zhǔn)電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。5)仿真時(shí)輸入幅度不能太大，否則輸出波形易失真，范圍調(diào)制20mV200mV。2.2.8 出現(xiàn)的問題及解決方案1)調(diào)節(jié)不管用，經(jīng)老師知道后知道是可變電阻懸空未接地，重新接地后，問題解決，音量大小

49、調(diào)節(jié)很正常。2)焊工要提高，布線有些飛線，得到經(jīng)驗(yàn)后明白布線要橫直適宜。3)在輸出接口以及電源接口上有待提高，插接不是很方便。2.2.9 預(yù)期達(dá)到的性能指標(biāo)1）輸出功率在8負(fù)載上輸出每路不少于0.5W的不失真功率，其相對(duì)應(yīng)的音樂功率為1W。2）頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)反映功率放大器對(duì)音頻信號(hào)各頻率分量的放大能力，功率放大器的頻響范圍應(yīng)不底于人耳的聽覺頻率范圍，因而在理想情況下，主聲道音頻功率放大器的工作頻率范圍為20-20kHz。國(guó)際規(guī)定一般音頻功放的頻率范圍是40-16 kHz±1.5dB18。第三章數(shù)字音頻功率放大器的改進(jìn)設(shè)計(jì)與模擬功放器相比，效率高是數(shù)字功放器的最大優(yōu)勢(shì)。但由

50、于數(shù)字功放器采用的是全新的放大體制，失真度指標(biāo)不如模擬功放器。數(shù)字功放器目前普遍采用的結(jié)構(gòu)形式，受脈寬調(diào)制方式和輸出級(jí)開關(guān)放大器存在損耗的主要影響，實(shí)際效率大多約為85%，失真度約為0.5。隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技水平日新月異的變化，我們追求性能指標(biāo)更佳的高品質(zhì)音響的愿望始終不會(huì)停步，因此繼續(xù)研發(fā)功率更大、效率更高和保真度更佳的高效數(shù)字功率放大器勢(shì)在必行。本文在研究了數(shù)字音頻功放器的基礎(chǔ)上，對(duì)部分電路進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，下面將詳細(xì)介紹和分析改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。3.1 調(diào)制方式的改進(jìn)設(shè)計(jì)D類數(shù)字功放器的后級(jí)開關(guān)放大電路必須依靠PWM信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，目前數(shù)字功放器大多采用兩路信號(hào)驅(qū)動(dòng)的BTL的驅(qū)動(dòng)形式，對(duì)于

51、兩路信號(hào)的選取方案值得研究。3.1.1傳統(tǒng)PWM調(diào)制方案?jìng)鹘y(tǒng)的全橋數(shù)字音頻功放器結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，輸入音頻信號(hào)經(jīng)放大器放大后，在比較器里對(duì)高頻三角波進(jìn)行調(diào)制，從而形成占空比與音頻輸入信號(hào)幅度成正比變化的PWM信號(hào)并且分成相位相反的兩路信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)兩路半橋開關(guān)電路。當(dāng)音頻信號(hào)輸入為零時(shí)，各信號(hào)的波形如圖3-2所示，我們觀察到此時(shí)的輸出信號(hào)OUT 1和OUT2的電壓變化為0到VDD之間，差分后的全橋輸出的電壓變化為+VDD到一VDD之間，全橋輸出的是占空比為50%的方波信號(hào)，該信號(hào)電壓即使經(jīng)過低通濾波器濾波后仍會(huì)在負(fù)載揚(yáng)聲器兩端產(chǎn)生較大的峰值電流，造成一定的靜態(tài)功耗，使得放大器的效率下降。這種調(diào)

52、制方案對(duì)濾波器的要求十分嚴(yán)格，必須使用較理想且尺寸大的低通濾波器來濾除紋波電流，這無疑會(huì)加大制作成本和系統(tǒng)體積。圖3-1 傳統(tǒng)數(shù)字音頻功率放大器結(jié)構(gòu)圖3-2 傳統(tǒng)PWM調(diào)制方案的輸出信號(hào)波形3.1.2改進(jìn)后的雙路反寬調(diào)制方案采用傳統(tǒng)調(diào)制方案的D類音頻功放器具有靜態(tài)功耗大的缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字功放器則采用的是雙路反寬調(diào)制方案，該調(diào)制方案結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，用兩個(gè)單獨(dú)的比較器分別產(chǎn)生兩個(gè)半橋開關(guān)放大電路所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，比較器的反相輸入端都接高頻三角波，而同相輸入端則不同，它們分別接電壓放大器的正負(fù)極，這兩級(jí)輸出的兩路音頻信號(hào)相位相同。當(dāng)音頻信號(hào)輸入為零時(shí)，各信號(hào)波形如圖3-4所示，我們觀察到此時(shí)的

53、輸出信號(hào)OUT1與OUT2都為同相方波信號(hào)且占空比均為50%(因很難做到完全同相，所以會(huì)存在一定的相移)，差分后的全橋輸出電壓幾乎為零，經(jīng)低通濾波器后此時(shí)的揚(yáng)聲器負(fù)載電流極小，從而極大地降低了輸入信號(hào)為零時(shí)的靜態(tài)功耗。當(dāng)音頻輸入信號(hào)為正時(shí)，各信號(hào)波形如圖3-5所示，我們觀察到此時(shí)輸出信號(hào)OUTl和OUT2的波形有變化，前者的占空比大于50%，而后者的占空比則小于50%;當(dāng)音頻輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)兩輸出信號(hào)情況則相反，各信號(hào)波形如圖3-6所示。這兩種情況差分后的全橋輸出電壓在大部分的時(shí)間內(nèi)仍然為零，我們觀察波形看到輸出電壓脈沖相當(dāng)窄且幅值在0到VDD之間而不是0到2VDD之間變化。像這種當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)

54、，如果其中一路PWM輸出脈沖的占空比變大的話，則另一路PWM輸出脈沖的占空比一定會(huì)變小，亦即這兩路PWM信號(hào)脈寬總是此消彼長(zhǎng)、反向變化，雙路反寬度信號(hào)指的就是這兩路信號(hào)，這種調(diào)制方式稱為雙路反寬調(diào)制。與傳統(tǒng)調(diào)制方案相比，該調(diào)制方案極大地減小了開關(guān)電流和紋波電流，抑制了靜態(tài)功耗，提高了效率。如果應(yīng)用在輸出功率較大的放大器中時(shí)，因開關(guān)電流和紋波電流會(huì)增加，這時(shí)我們也只需要配一個(gè)尺寸小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的低通濾波器即可，從而極大地降低了制作成本和減少了系統(tǒng)體積19。圖3-3 改進(jìn)的數(shù)字音頻功率放大器結(jié)構(gòu)圖3-4 零信號(hào)輸入時(shí)的輸出信號(hào)波形圖3-5 正信號(hào)輸入時(shí)的輸出信號(hào)波形圖3-6 負(fù)信號(hào)輸入時(shí)的輸出信號(hào)波形

55、3.2 脈寬調(diào)制器的改進(jìn)設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制按采樣方式的不同，主要分為NPWM脈寬調(diào)制(自然采樣法)與UPWM脈寬調(diào)制(歸一化采樣法)兩大類。最近又出現(xiàn)了一種新的LPWM脈寬調(diào)制(混合采樣法)，它實(shí)質(zhì)上是綜合了NPWM和UPWM的一種采樣方式。NPWM是直接把模擬音頻信號(hào)送到比較器與三角載波信號(hào)比較，然后進(jìn)行采樣;UPWM則不同，它是先對(duì)模擬音頻信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換形成PCM編碼信號(hào)，再把PCM信號(hào)送到比較器與三角載波信號(hào)進(jìn)行比較采樣。UPWM是數(shù)字功放器目前應(yīng)用最廣的一種脈寬調(diào)制方式。LPWM采用的是混合采樣法，即把UPWM采樣方式插入到NPWM采樣當(dāng)中。UPWM采樣方式的缺點(diǎn)是音頻信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生誤差，造成轉(zhuǎn)換后形成的數(shù)字信號(hào)PCM不能百分之百地反映原始模擬信號(hào)，另外還需采取內(nèi)插方式對(duì)采樣后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。而NP WM采樣方式因模擬音頻信號(hào)與三角載波比較之前不用A/D轉(zhuǎn)換，所以它比另外兩種采樣方式的失真度指標(biāo)更佳。表3-1 NPWM調(diào)制方式的分類采樣方式邊沿電平縮寫自然采樣脈寬調(diào)制NPWM單邊二電平NADS三電平MBDS雙邊二電平NADD三