D類功率放大器 大學(xué)畢業(yè)論文答辯ppt

學(xué)號(hào)：170906016姓名：李信班級(jí)：095D類功率放大器原理與應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展指導(dǎo)老師：楊軍

1、在學(xué)習(xí)D類功率放大器時(shí)，當(dāng)了解到能把一個(gè)輸入信號(hào)變大！我覺得很神奇，對(duì)它的印象也非常深刻，當(dāng)論文選題時(shí)我一眼就認(rèn)準(zhǔn)了它。2、在平時(shí)的學(xué)習(xí)中通過查閱資料了解到D類功放具有效率高、體積小等特點(diǎn)。而且它解決了在小型便攜式音響設(shè)備如汽車功放、筆記本電腦音頻系統(tǒng)和專業(yè)超大功率功放場(chǎng)合的效率偏低現(xiàn)象。3、我覺得D類功放會(huì)有更好的發(fā)展前景，我想通過本次論文撰寫對(duì)D類功放有更深刻的了解。1、選題依據(jù)：2、研究的內(nèi)容：1功放的基本知識(shí)1.1功放的分類1.2功放的工作原理及特點(diǎn)概述1.3D類功率放大器的特點(diǎn)2D類功率放大器的原理圖2.1經(jīng)典D類功放2.2D類功放原理簡(jiǎn)圖3D類功放的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展3.1反饋對(duì)電路性能的改善3.2D類拓?fù)?半橋與全橋3.3無濾波器調(diào)制器 3.4應(yīng)用技術(shù)舉例4D類功率放大器的前景3、D類功放的發(fā)展歷程：在音響領(lǐng)域里人們一直堅(jiān)守著A類功放的陣地。認(rèn)為A類功放聲音最為清新透明，具有很高的保真度。但是，A類功放的低效率和高損耗卻是它無法克服的先天頑疾。B類功放雖然效率提高很多，但實(shí)際效率僅為50%左右，在小型便攜式音響設(shè)備如汽車功放、筆記本電腦音頻系統(tǒng)和專業(yè)超大功率功放場(chǎng)合，仍感效率偏低不能令人滿意。所以，效率極高的D類功放，因其符合綠色革命的潮流正受著各方面的重視。由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，原來用分立元件制作的很復(fù)雜的調(diào)制電路，現(xiàn)在無論在技術(shù)上還是在價(jià)格上均已不成問題。而且近年來數(shù)字音響技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)D類功放與數(shù)字音響有很多相通之處，進(jìn)一步顯示出D類功放的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來，優(yōu)點(diǎn)：（1）效率高，產(chǎn)生的熱量少（2）節(jié)能、數(shù)字化、體積小、質(zhì)量輕

缺點(diǎn)：失真較大（這也是剛開始沒有廣泛應(yīng)用的主要原因之一，近幾年保真度的大力研究使有所改善。）D類功放的工作原理框形圖：主要由脈沖寬度調(diào)制器、開關(guān)放大器和低通濾波器等三部分組成4、優(yōu)點(diǎn)及工作原理：低通濾波器音頻輸出開關(guān)放大器脈沖調(diào)制器音頻輸入

D類放大器工作在開關(guān)狀態(tài)下可以采用脈寬調(diào)制(PWM)模式。利用PWM能將音頻輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻開關(guān)信號(hào)。通過一個(gè)比較器將音頻信號(hào)與高頻三角波進(jìn)行比較，當(dāng)反相端電壓高于同相端電壓時(shí)，輸出為低電平;當(dāng)反相端電壓低于同相端電壓時(shí)，輸出為高電平?；赑WM的半橋式D類放大器簡(jiǎn)化框圖,它包括一個(gè)脈寬調(diào)制器，兩個(gè)輸出MOSFET，和一個(gè)用于恢復(fù)被放大的音頻信號(hào)的外部低通濾波器(LF和CF)。如圖所示，p溝道和n溝道MOSFET用作電流導(dǎo)向開關(guān)，將其輸出節(jié)點(diǎn)交替連接至VDD和地。由于輸出晶體管使輸出端在VDD或地之間切換，所以D類放大器的最終輸出是一個(gè)高頻方波。

音頻輸入信號(hào)對(duì)輸出方波進(jìn)行脈寬調(diào)制。音頻輸入信號(hào)與內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的三角波(或鋸齒波)進(jìn)行比較，可得到PWM信號(hào)。這種調(diào)制方式通常被稱作"自然采樣"，其中三角波振蕩器作為采樣時(shí)鐘。方波的占空比與輸入信號(hào)電平成正比。沒有輸入信號(hào)時(shí)，輸出波形的占空比為50%。如上圖顯示了不同輸入信號(hào)電平下所產(chǎn)生的PWM輸出波形。假設(shè)濾波后的輸出電壓(VO_AVG)和電流(IAVG)在單個(gè)開關(guān)周期內(nèi)保持恒定。這種假設(shè)較為準(zhǔn)確，因?yàn)閒SW比音頻輸入信號(hào)的最高頻率要高得多。因此，占空比與濾波后的輸出電壓之間的關(guān)系，可通過對(duì)電感電壓和電流進(jìn)行簡(jiǎn)單的時(shí)間域分析得到。流經(jīng)電感的瞬時(shí)電流為：(Eq1)由于流入負(fù)載的平均電流(IAVG)在單個(gè)開關(guān)周期內(nèi)可以看作是恒定的，所以開關(guān)周期(TSW)開始時(shí)的電感電流必定與開關(guān)周期結(jié)束時(shí)的電感電流相同，如上圖可得

(Eq2)等式2表明，電感電壓在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的積分必定為0。利用等式2并觀察上圖給出的VL(t)波形，可以看出，各區(qū)域面積(AON和AOFF)的絕對(duì)值只有彼此相等，等式2才能成立。基于這一信息，我們可以利用開關(guān)波形占空比來表示濾波后的輸出電壓：(Eq3)

(Eq4)

(Eq5)將等式4和5代入等式3，得到以下等式：

(Eq6)

最后，得到VO的表達(dá)式：(Eq7)式中D是輸出開關(guān)波形的占空比。1、反饋對(duì)電路性能的改善閉環(huán)方案不僅可以改善器件的線性，而且使器件具備電源抑制能力。閉環(huán)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是以可能出現(xiàn)的穩(wěn)定性問題為代價(jià)的，這也是所有反饋系統(tǒng)共同面臨的問題。因此必須精心設(shè)計(jì)控制環(huán)路并進(jìn)行補(bǔ)償，確保在任何工作條件下都能保持穩(wěn)定。典型的D類放大器采用具有噪聲整形功能的反饋環(huán)路，可極大地降低由脈寬調(diào)制器、輸出級(jí)以及電源電壓偏離的非線性所引入的帶內(nèi)噪聲。2、D類拓?fù)?半橋與全橋很多D類放大器還會(huì)使用全橋輸出級(jí)。一個(gè)全橋使用兩個(gè)半橋輸出級(jí)，并以差分方式驅(qū)動(dòng)負(fù)載。這種負(fù)載連接方式通常稱為橋接負(fù)載(BTL)。全橋結(jié)構(gòu)是通過轉(zhuǎn)換負(fù)載的導(dǎo)通路徑來工作的。因此負(fù)載電流可以雙向流動(dòng)，無需負(fù)電源或隔直電容。優(yōu)點(diǎn)：采用單電源供電時(shí)輸出端不需要隔直電容。在相同的電源電壓下，輸出信號(hào)擺幅是半橋式放大器的2倍，因?yàn)樨?fù)載是差分驅(qū)動(dòng)的。在相同電源電壓下，理論上它可提供的最大輸出功率是半橋式放大器的4倍。缺點(diǎn)：所需的MOSFET開關(guān)個(gè)數(shù)是半橋式拓?fù)涞?倍。5、D類功放的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展：3、無濾波器調(diào)制器傳統(tǒng)D類放大器的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間，也可能因?yàn)V波元件的非線性而引入額外失真。幸好，很多現(xiàn)代D類放大器采用了先進(jìn)的"免濾波器"調(diào)制方案，從而省掉或至少是最大限度降低了外部濾波器要求。D類音頻功率放大器具有小尺寸、高效率的優(yōu)勢(shì)。利用D類功率放大器可以設(shè)計(jì)出更小更薄和更有效率的電子產(chǎn)品，可延長(zhǎng)便攜式產(chǎn)品電池的使用時(shí)間，因此在業(yè)界普遍得到認(rèn)可。如下兩圖：小功率中功率6、D類功率放大器的發(fā)展前景：隨著科技的發(fā)展，D類功放越來越多的被人們所應(yīng)用，D類放大器的盛行也為人們帶來了很多的便利?，F(xiàn)代D類放大器除具有AB類放大器的所有優(yōu)點(diǎn)(即良好的線性和最小的電路板空間)外，更具有高效優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，有多種D類放大器可供選用，以滿足各類應(yīng)用需求。這些應(yīng)用包括低功耗便攜式應(yīng)用(如蜂窩電話和筆記本電腦)，電池壽命、電路板空間和EMI兼容性要求在這類應(yīng)用中至關(guān)重要；還包括大功率應(yīng)用(如車載音響系統(tǒng)或平板顯示器)，最大限度降低散熱需求和發(fā)熱量在這類應(yīng)用中必不可少。對(duì)D類功放的了解越深入才可以避開一些錯(cuò)誤的判