D类音频放大器介绍及设计

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1、 lA音 频 放 大 器 :l 静 态 工 作 点 高 （ 电 压 、 电 流 ）l 功 放 声 音 最 为 清 新 透 明 ， 具 有 很 高 的 保真 度 。l 效 率 低 （ 25%-50%） ；l 大 功 率 体 积 大 ， 成 本 高 ；l 适 用 ： 小 功 率 （ 耳 机 ） ， 对 音 质 要 求 极高 对 能 耗 、 成 本 要 求 不 高 的 场 所 ， lAB音 频 放 大 器 :l 静 态 工 作 点 较 低 （ 电 流 ）l 音 质 较 好 。l 效 率 较 高 （ 实 际 50%， 理 论 78.5%） ；l 大 功 率 体 积 比 较 大 ， 成 本 高 ；l 适

2、 用 ： 小 、 中 、 大 功 率 ， 对 音 质 要 求 较高 对 能 耗 、 成 本 有 一 定 要 求 的 场 所 ；l 高 质 量 的 功 放 对 功 率 管 的 线 性 要 求 较 高 ；l 在 D类 出 现 之 前 适 用 最 多 。 lD音 频 放 大 器 :l 静 态 工 作 点 几 乎 为 0（ 电 压 、 电 流 ）l 音 质 接 近 AB类 。l 效 率 高 （ 理 论 可 以 接 近 100%） ；l 大 功 率 体 积 小 ， 成 本 低 ；l 适 用 ： 中 大 功 率 ， 对 音 质 要 求 不 太 高 ，对 能 耗 、 成 本 有 严 格 要 求 的 场 所

3、；l 高 度 集 成 化 。 l D音 频 放 大 器 基 本 结 构 ， 可 分 为 三 个 部 分 ： lD音 频 放 大 器 基 本 结 构 说 明 ：l 第 一 部 分 为 调 制 器 ， 把 原 始 音 频 信 号 加上 一 定 直 流 偏 置 后 放 在 运 放 的 正 输 入 端 ，另 通 过 自 激 振 荡 生 成 一 个 三 角 形 波 加 到运 放 的 负 输 入 端 。l 第 二 部 分 就 是 D类 功 放 ， 这 是 一 个 脉 冲 控制 的 大 电 流 开 关 放 大 器 ， 把 比 较 器 输 出的 PWM信 号 变 成 高 电 压 、 大 电 流 的 大 功率

4、PWM信 号 。l 第 三 部 分 需 把 大 功 率 PWM波 形 中 的 声 音信 息 还 原 出 来 。 方 法 很 简 单 ， 只 需 要 用一 个 低 通 滤 波 器 。 使 用 LC低 通 滤 波 器 。 lD音 频 放 大 器 波 形 ： lD音 频 放 大 器 关 键 技 术 说 明 ：l 调 制 电 路 ： 要 把 20KHz以 下 的 音 频 调 制 成 PWM信 号 ， 三 角 波 的 频 率 至 少 要 达 到 200KHz。 频 率过 低 达 到 同 样 要 求 的 THD标 准 ， 对 无 源 LC低 通滤 波 器 的 元 件 要 求 就 高 。 频 率 高 ， 输

5、 出 波 形 的 锯齿 小 ， 更 加 接 近 原 波 形 ， THD小 ， 而 且 可 以 用 低数 值 、 小 体 积 和 精 度 要 求 相 对 差 一 些 的 电 感 和 电容 来 制 成 滤 波 器 ， 造 价 相 应 降 低 。 更 高 的 调 制 频率 还 会 出 现 射 频 干 扰 ， 所 以 调 制 频 率 也 不 能 高 于1MHz。l 三 角 波 形 的 形 状 、 频 率 的 准 确 性 和 时 钟 信 号 的 抖晃 都 会 影 响 到 以 后 复 原 的 信 号 与 原 信 号 不 同 而 产生 失 真 。 lD音 频 放 大 器 关 键 技 术 说 明 ：lD类 功

6、 放 设 计 考 虑 的 角 度 与 AB类 功 放 完 全不 同 。 此 时 功 放 管 的 线 性 已 没 有 太 大 意 义 ，更 重 要 的 开 关 响 应 和 饱 和 压 降 。 由 于 功 放管 处 理 的 脉 冲 频 率 是 音 频 信 号 的 几 十 倍 ，且 要 求 保 持 良 好 的 脉 冲 前 后 沿 ， 所 以 管 子的 开 关 响 应 要 好 。 另 外 ， 整 机 的 效 率 全 在于 管 子 饱 和 压 降 引 起 的 管 耗 。 所 以 ， 饱 和管 压 降 小 不 但 效 率 高 ， 功 放 管 的 散 热 结 构也 能 得 到 简 化 。 lD音 频 放 大

7、 器 功 率 输 出 （ 半 桥 ） 部 分 ： D音 频 放大 器 功 率输 出 （ 全桥 ） 部 分 ： lD音 频 放 大 器 关 键 技 术 说 明 ：l 与 音 质 有 很 大 关 系 的 因 数 就 是 位 于 驱 动 输 出与 负 载 之 间 的 无 源 滤 波 器 。 该 低 通 滤 波 器 工作 在 大 电 流 下 ， 负 载 就 是 音 箱 。 严 格 地 讲 ，设 计 时 应 把 音 箱 阻 抗 的 变 化 一 起 考 虑 进 去 ，但 作 为 一 个 功 放 产 品 指 定 音 箱 是 行 不 通 的 ，所 以 D类 功 放 与 音 箱 的 搭 配 中 更 有 发 烧

8、友 驰骋 的 天 地 。 实 际 证 明 ， 当 失 真 要 求 在 0.5%以下 时 ， 用 二 阶 Butterworth最 平 坦 响 应 低 通 滤波 器 就 能 达 到 要 求 。 如 要 求 更 高 则 需 用 四 阶滤 波 器 ， 这 时 成 本 和 匹 配 等 问 题 都 必 须 加 以考 虑 。 lD音 频 放 大 器 技 术 发 展 说 明 ：l 高 度 集 成 化 ；l 无 需 外 接 滤 波 器 ；l 降 低 EMI。 lD音 频 放 大 器 技术 发 展 说 明 ：l 无 需 外 接 滤 波器 ： 每 个 半 桥都 有 自 己 专 用的 比 较 器 ， 从而 可 独

9、立 控 制每 个 输 出 。 调制 器 由 差 分 音频 信 号 和 高 频锯 齿 波 驱 动 。 l 降 低 EMI设 计 ： 通 过 抖 动 或 随 机 化 D类放 大 器 的 开 关 频 率 实 现 扩 谱 调 制 。 实际 开 关 频 率 相 对 于 标 称 开 关 频 率 的 变化 范 围 可 达 到 10%， 尽 管 开 关 波 形的 各 个 周 期 会 随 机 变 化 ， 但 占 空 比 不受 影 响 ， 因 此 输 出 波 形 可 以 保 留 音 频信 息 。 l 降 低 EMI设 计 比 较 ： l 类 音 频 放 大 器 的 实 际 使 用 ：l ： 手 机 及 ； 笔 记

10、 本 ； 电 视 机 ； 以 下 ；l 以 上 一 般 采 用 外 加 功 率管 l 类 音 频 放 大 器 介 绍 ： PAM8301l 1.5W Output at 10% THD with a 8 Loadand 5V Power Supplyl Filterless, Low Quiescent Current and Low EMIl High Efficiency up to 88%l Superior Low Noisel Short Circuit Protectionl Thermal Shutdownl Few External Components to Save Spa

11、ce and Costl Tiny SOT23-6 Package l 类 音 频 放 大 器 介 绍 ： l 尺 寸 ：2.9mmX2.8mmX1.2mm l 类 音 频 放 大 器 介 绍 ： PAM8603l 3W Output at 10% THD with a 4 Load and5V Power Supplyl Filterless, Low Quiescent Current and Low EMIl Low THD+Nl 64-Step DC Volume Control from -75dB to+24dBl Superior Low Noisel Efficiency up

12、 to 89%l Short Circuit Protectionl Thermal Shutdownl Few External Components to Save the Space and Cost l 类 音 频 放 大 器 介 绍 ： PAM8603l 尺 寸 ：8.6mmX6mmX1.5mm l 类 音 频 放 大 器 介 绍 ： MAX9709l 2 x 25W Output Power in Stereo Mode(8, THD = 10%)l 1 x 50W Output Power in Mono Mode(4, THD = 10%)l High Efficiency:

13、Up to 87%l Filterless Class D Amplifierl Programmable Gain (+22dB, +25dB, +29.5dB,l +36dB)l Differential Inputs Suppress Common-Mode Noisel Shutdown and Mute Controll Low 0.1% THD+Nl Current Limit and Thermal Protection l 类 音 频 放 大 器 介 绍 ： MAX9709l 尺 寸 ：8mmX8mmX1.5mm l 类 音 频 放 大 器 介 绍 ： MAX9709 l 设

14、计 目 的 ：l 通 过 设 计 掌 握 进 一 步 类 音 频 放 大 器 工作 原 理 ；l 通 过 设 计 掌 握 元 器 件 的 使 用 方 法 ；l 通 过 设 计 掌 握 类 音 频 放 大 器 设 计 方 法 ；l 通 过 设 计 进 一 步 研 究 D类 音 频 放 大 器 性 能的 提 升 ；l 如 何 设 计 大 功 率 类 音 频 放 大 器 l 设 计 要 求 ：l 设 计 5W（ THD=10%) D类 音 频 放 大 器 设计 （ 负 载 欧 姆 ， 电 源 ） ；l 基 于 HIP4080A设 计 ;l 要 求 失 真 度 小 ； 效 率 高 ；l 所 有 需 要

15、 安 装 插 座 ；l 由 于 深 圳 大 学 没 有 失 真 度 仪 只 能 利 用 示波 器 大 致 测 量 基 础 技 术 指 标 l 设 计 要 求 ：l 本 设 计 采 用 CD4069组 成 的 标 准 基 准 三 角 波 ；l 本 设 计 采 用 CA5470比 较 放 大 、 反 馈 ；l 本 设 计 采 用 HIP4080A将 这 两 个 输 入 信 号 进 行脉 宽 调 制 成 脉 冲 波 ， 即 让 脉 冲 波 的 宽 度 受 音 频信 号 波 幅 度 调 制 PWM信 号 ；l 本 设 计 采 用 4只 功 率 管 Tr1 Tr4， 4只 管 互相 独 立 交 替 工

16、作 ；l 本 设 计 采 用 4级 巴 特 奥 兹 低 通 滤 波 器 ， 截 止 频率 30KHZ,滤 去 高 频 ， 完 成 D/A转 换 后 ， 送 到 扬声 器 发 声 (实 验 为 欧 姆 20W水 泥 电 阻 ） 。 l 设 计 过 程 要 求 ：l 设 计 电 路 图 （ 不 限 制 CAD软 件 ， 建 议 使 用PADS2007） ；l 设 计 PCB文 件 （ 不 限 制 CAD软 件 ， 建 议 使 用PADS2007） ；l 提 供 表 ；l 制 作 PCB板 （ 必 须 将 各 自 的 学 号 做 上 去 ） ；l 安 装 调 试 ；l 老 师 测 试 验 收 ；l

17、上 交 设 计 调 试 分 析 报 告 BOM表 ： HIP4080A音 频 放 大 器 主 要 元 件 清 单1 3 C1,C19,C26 1UF/X7R/25V/C0805 SMT2 1 C2 47PF/NPO/100V/C0805 SMT3 2 C3,C4 1NF/X7R/50V/C0805 SMT4 4 C5,C7,C8,C27 0.22UF/X7R/25V/C0805 SMT5 1 C6 100UF/电 解 /25V/20%/直 插 直 插6 10 C9,C10,C12,C13,C15,C17,C20,C22,C23,C25 0.1UF/X7R/50V/C0805 SMT7 4 C1

18、1,C14,C16,C18 4.7UF/X7R/25V/C0805 SMT8 1 C21 330PF/X7R/50V/C0805 SMT9 1 C24 10UF/X5R/25V/C1210 SMT10 1 C378 2200UF/电 解 /25V/20%/直 插 直 插11 2 D1,D2 1N4002/DO-41 直 插12 2 FB1,FB2 PBY201209T-600Y-S/60欧 姆/3A/L0805 SMT13 2 L1,L3 SSL0804T-150M-S/15uH/3A/SMT SMT14 2 备 用 SSL0804T-1R5M-S/1.5uH/3A/SMT SMT15 2 L

19、2,L4 SSL0804T-100M-S/10uH/3A/SMT SMT16 1 R1 100K/5%/R0805 SMT17 2 R2,R19 3.3K/1%/R0805 SMT18 1 R3 10K/5%/R0805 SMT BOM表 ： 19 1 R4 1K/5%/R0805 SMT20 7 R5,R7,R8,R9,R10,R11，R6 4.64K/1%/R0805 SMT21 4 R12,R13,R14,R15 10/5%/R0805 SMT22 2 R16,R17 20K/5%/R0805 SMT23 1 R18 6.8K/5%/R0805 SMT24 1 R20 0-10K/5%/

20、R0805（ 学 生 自 己 考 虑 ， 不 用 采购 ） SMT25 2 R21,R22 200K/5%/R0805 SMT26 1 R23 3.9/5%/2W/直 插 SMT27 4 TR1,TR2,TR3,TR4 SI2306DS/SOT23-3 SMT28 1 U1 HIP4080A/DIP20（ 同 时 IC插 座 也 需 要 采 购 ） 直 插29 1 U2 CD4069UBCN/DIP14（ 同 时 IC插 座 也 需 要 采购 ） 直 插30 1 U3 CA5470E/DIP14（ 同 时 IC插 座 也 需 要 采 购 ） 直 插31 1 U4 LM7806/TO-220 直

21、 插32 1 PCB1 单 面 PCB， 自 己 设 计 制 作 或 使 用 万 能 板 特 别 说 明 ： 关 于 SMT电 阻 及 SMT电 容 也 可 以 采 用 直 插 ， 建 议 为 SMT l 成 绩 认 定 :l 设 计 报 告 及 制 作 样 机 两 个 部 分 ;l 设 计 报 告 要 求 :设 计 原 理 ,设 计 电 路 ,元 件 清 单 ,制 作 过 程 ,性 能 结 果 及 分 析 ;l 样 机 制 作 :可 以 自 己 设 计 PCB或 使 用 万 能 板 制作 .自 己 制 作 PCB需 要 提 供 PCB文 件 ,并 且 PCB上 有 自 己 的 学 号 . l 发 挥 部 分 ：l 所 有 和 外 部 连 接 的 设 计 (包 含 外 壳 )；l 如 何 提 高 功 率 ；l 如 何 减 小 EMI；l 如 何 设 计 MIC的 连 接 ；l 如 何 改 进 振 荡 器 的 设 计 ；l 电 源 设 计 如 何 优 化 ；l 如 何 设 计 接 近 产 品 化