電子綜合設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課程名稱電子綜合設(shè)計(jì)輔導(dǎo)項(xiàng)目名稱D類功率放大器專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級C07電氣 1班姓名魏鵬鵬學(xué)號071310127指導(dǎo)老師陳庭勛時(shí)間2010年6月13日目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)二、對設(shè)計(jì)任務(wù)的分析三、 D類功率放大器設(shè)計(jì)的方案四、各功能電路的設(shè)計(jì)五、電路裝配與調(diào)試六、設(shè)計(jì)總結(jié)類功率放大器設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)高效 D 類功率放大器，供電電壓為單 18V，輸入信號幅度小于 100mV，上限截止頻率 10kHz，輸出負(fù)載阻抗 8 4。二、對設(shè)計(jì)任務(wù)的分析作為一種新型的高效率放大器，目前已有多種型號的專用 D 類功率放大集成電路推出。如 TDA7480、TDA7481、TDA7482、MAX9714

2、、MAX9712（配耳機(jī)用）等。此類電路將脈寬調(diào)制電路（ PWM）和功率放大電路集成在一起，只需外接低通濾波電路即可。此類電路具有輸出功率大，電路簡單等，特別適合于大屏幕彩電的輸出、車載立體聲系統(tǒng)、多媒體電腦功放、音響系統(tǒng)中的重低音輸出等。采用集成 D類功率放大器外，也可以采用全分立器件組合而成，電路由鋸齒波發(fā)生器、脈寬調(diào)制電路，脈沖功率放大電路、 低通濾波電路四部分組成。 此類電路制作復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，失真大。此類電路幾乎沒有什么實(shí)用價(jià)值，但作為對各類電路工作原理的學(xué)習(xí)還是可取的。鋸齒波發(fā)生器脈寬調(diào)制器脈沖功率放大低通濾波圖 2-3 D類功率放大器組成框圖D 類功率放大器的兩個(gè)關(guān)鍵電路是脈沖功

3、率放大電路和 PWM調(diào)制電路。脈沖功率放大電路一般采用橋式結(jié)構(gòu)。三、 D類功率放大器設(shè)計(jì)的方案引言： 隨著電力電子技術(shù)及器件的發(fā)展；特別是功率MOSFET、IGBT、MCT、 IPM以及單片集成脈寬調(diào)制功率放大器等新型器件的出現(xiàn)；使 PWM調(diào)制電路得到廣泛的關(guān)注、開發(fā)和應(yīng)用。單極性正弦脈寬調(diào)制 SSPWM技術(shù)利用功率器件的導(dǎo)通與關(guān)斷； 把直流電壓變成幅度相等而寬度按正弦規(guī)律變化的電壓脈沖序列； 并通過控制脈沖的寬度和和脈沖序列的周期以達(dá)到變壓變頻目的。采用 SPWM技術(shù)的電源主要優(yōu)點(diǎn)有：效率高、體積小、噪聲小、失真度小、響應(yīng)快。工作原理SSPWM 功率放大器電路主要有三角波產(chǎn)生電路，SSPWM

4、調(diào)制電路，音頻放大電路等幾部分，把功率放大電路集成于一塊電路板上。美國APEX公司結(jié)合電力電子技術(shù)和功率放大器技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)了脈寬調(diào)制功率放大器；該系列放大器將振蕩器、 PWM發(fā)生器、死區(qū)發(fā)生器、自舉驅(qū)動(dòng)器、 IGBT 和續(xù)流二級管、過流 / 過熱保護(hù)等功能部件全部集成一體；使其成為一個(gè)完整的 PWM功率放大器；使用者只需按要求提供所需的模擬調(diào)制信號；經(jīng)放大器后將輸出基波為調(diào)制信號的高頻高壓 SPWM信號序列；再經(jīng)高頻濾波后就可得到幅度和功率均放大的調(diào)制信號。若將放大器和濾波視為一個(gè)整體；其功能就等同于傳統(tǒng)線性功率放大器；但其效率卻高得多。設(shè)計(jì)總電路D三角波發(fā)生器BC6音頻放大SSPW M 調(diào)制

5、截止頻率高電平關(guān)閉功率管，低電平開通功率對管。在連接各單元電路時(shí)，電源供電采用了二級 RC濾波，分作三部分：脈沖功率電路為供電電壓最高， 預(yù)定為 18V；PWM電路的電壓由穩(wěn)壓二極管限制在 12V；前置放大電路的電壓通過 RC電路降至最低，具體電壓值沒有嚴(yán)格要求。在前置放大之后，接入了音量電位器。焊接電路1、搞清楚每一塊電路在電路板上的位置。2、遵循從左往右，從上往下的規(guī)律進(jìn)行焊接。3、先焊振蕩電路，產(chǎn)生三角波，再焊脈沖調(diào)制電路，然后是音頻放大電路等。4、先焊導(dǎo)線，二極管，電阻等小的一些器件，再焊電容，驅(qū)動(dòng)芯片等一些大的器件。四、各功能電路的設(shè)計(jì)1、三角波產(chǎn)生電路三角波產(chǎn)生電路由二個(gè)運(yùn)算放大器

6、構(gòu)建而成， 如圖 2-8 所示。為了適合單電源工作，用電阻 R1、R2 和 C1 給運(yùn)算放大器輸入端設(shè)置了中間值電位。+12VR5D17.5 kLEDR4C210k1000 P8R15IC1 BR6R3IC1A2k7262k7.5 k1NE553 23NE553 25 VR7R2C1D243.6 k三角波發(fā)生器2 k1 00F7.2 V圖 2-8方波 - 三角波產(chǎn)生電路IC1A 輸出三角波，三角波信號輸出的幅度受 R4、R5控制，即 R4、R5決定三角波的二個(gè)峰值電位高低。 IC1B 輸出方波，其幅值不能由運(yùn)算放大器自身精確控制， 特別是最高電位會(huì)受電源電壓影響， 因此加入穩(wěn)壓二極管 D2，以

7、恒定方波的最高電位。 考慮工作電壓的高低和二極管本身的溫度穩(wěn)定性，選用 7.2V 穩(wěn)壓管?？紤]運(yùn)算放大器工作條件，由 D1、R1、R2、C1 組成的電路設(shè)置基準(zhǔn)電壓 U1，為運(yùn)算放大器提供中間值的參考電位，這里設(shè)為 5.0V。 R6、C2 間屬于恒流充、放電方式。三角波的電壓幅度決定了被除數(shù)調(diào)制音頻信號的最大幅度，是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。三角波的峰值計(jì)算如下：運(yùn)算放大器 NE5532的第 5 腳、第 2 腳和第 3 腳電位被控制在 5.0V。當(dāng) IC1B 輸出高電位時(shí)，通過 R6 向電容 C2 充電， IC1A 輸出端電位下降，形成三角波的下降段。直到最低值 U-，此時(shí)必定有R57.2V UU5

8、.0V5.0 R4 R57.2R5R4R5U，即R4。取 R4=R5=10k， IC1A 輸出端最低電位 U-為 2.8V 。此電位值在運(yùn)算放大器輸出最低電位 1.3V 以上，屬于運(yùn)算放大器的線性范圍之內(nèi)。三角波的峰 - 峰值為 8.1V-2.8V=5.3V 。實(shí)際測量 IC1B 輸出三角波的動(dòng)態(tài)范圍為2.0V8.0V 。三角波電壓的一般計(jì)算式：三角波的頻率計(jì)算如下：向右的充電電流為（ UD-U1）/R6，電容的充電電壓值為（ U+-U-）。根據(jù)關(guān)系式 Q=UC 可以導(dǎo)出充電時(shí)間為U11.3 R3R4 R51.3 U1R4 R5U DR5C2U UC2R3R4R4R4t1U DU1 /R6UD

9、 U1 /R6U1R3R4R51.3 2U1UD C21.3R4t1R32.4R6C2U DU1 /R6向左的充電電流約為U1/（ R3+ R6），反充電時(shí)間為U UC2U1 1.3 R3R4 R51.3 2U1 U D C2R3R41.06 R3 R6 C2t2R6U1/ R3U1/ R3R6三角波周期為 Tt1t 2 3.46 R6 C2 1.06R3 C2 。若要使三角波頻率達(dá)到 50kHz，取R3=2k， C2=1000P，則 R6=5.2k。實(shí)際 R6取為 5.1 k，實(shí)測頻率為 39kHz。頻率遠(yuǎn)比理論值低，并非元件誤差引起，而是運(yùn)算放大器 NE5532電壓翻轉(zhuǎn)的滯后效應(yīng)造成振蕩周

10、期變大。每半周期滯后 2s。三角波的頂角呈現(xiàn)弧形是方波輸出中的電壓變化率不夠快所至。以上可見，這一電路的元件參數(shù)確定方法是：根據(jù)穩(wěn)壓管供電電流的需要，確定R3參數(shù)；根據(jù)三角波輸出幅值的需要確定R4、R5參數(shù)；根據(jù)三角波頻率確定R6、C5參數(shù)。2、SSPWM調(diào)制電路負(fù)極性調(diào)制方案另一種設(shè)計(jì)方案是將輸入至比較器反相端的三角波平均電位置于基準(zhǔn)電位以下， 而將輸入至比較器同相端的三角波平均電位置于基準(zhǔn)電位以上。 造成調(diào)制信號 ( 正弦波 ) 的電壓增大時(shí)，低電平寬度也隨之增大。按高電平寬度計(jì)算占空比約定，這一種調(diào)制稱為負(fù)極性調(diào)制方案。理想情況下調(diào)制特點(diǎn)如圖 2-13 曲線所示。三角波電平低于調(diào)制信號電

11、平時(shí)，輸出高電平，而三角波電平高于調(diào)制信號電平時(shí)，輸出低電平。12VR7R1 1RES210kIC4 B675R910kR1 0LM39 310k反相位R88RES2IC3 B6RW273IC4A51210kNE553 2LM39 34同相位調(diào)制信號輸入5 VSSPWM 調(diào)制圖 2-13負(fù)極性 SSPWM電路這種設(shè)計(jì)方案同樣可以輸出調(diào)制信號，只是極性相反而已。但各路基準(zhǔn)電壓設(shè)置不一致時(shí)，結(jié)果就不一樣了。反相位調(diào)制情況下，當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電位相重疊時(shí)會(huì)在調(diào)制信號過零點(diǎn)同時(shí)輸出低電平（有負(fù)脈沖輸出） ，如圖 2-14a 所示，體現(xiàn)為無交越失真；當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電位相分離時(shí)，會(huì)在調(diào)制信號

12、過零點(diǎn)附近同時(shí)輸出高電平（無負(fù)脈沖輸出），如圖 2-12b 所示，體現(xiàn)為有交越失真。a同相脈沖輸出，無交越失真b有交越失真圖 2-14調(diào)制電位對交越失真的影響同相調(diào)制體現(xiàn)為移相脈沖輸出。當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電位相重疊時(shí)，會(huì)在調(diào)制信號過零點(diǎn)同時(shí)輸出低電平（有負(fù)脈沖輸出） ，如圖 2-15a 所示，體現(xiàn)為無交越失真；當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電位相分離時(shí)，會(huì)在調(diào)制信號過零點(diǎn)附近同時(shí)輸出高電平（無負(fù)脈沖輸出），如圖 2-15b 所示，體現(xiàn)為有交越失真。a參差脈沖輸出，無交越失真b有交越失真圖 2-15調(diào)制電位對交越失真的影響總之，當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電位相重疊時(shí)，均體現(xiàn)為無交越失真；當(dāng)基準(zhǔn)電壓相分離時(shí)，均體現(xiàn)為交越失真。為了不失真，各路基準(zhǔn)電壓設(shè)置時(shí)寧可相重疊，不可相分離。為了使激勵(lì)電路輸出的激勵(lì)脈沖相位參差，應(yīng)該采用同相位調(diào)制方式。3、音頻前置放大電路當(dāng)輸入音頻信號幅度較小時(shí)，需要先進(jìn)行放大。實(shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為前置放大電路。前置放大器輸出的最大音頻