论文总字数：12696字

摘 要

伴随着不断到来的信息化时代，输出功率大同时发热少的要求已经不能被传统的模拟线性放大器满足。以功放电路为设计核心的电子产品渐渐地走进人们的生活，耳机、音响等音频功放类电子产品备受现代人的青睐，音频功放随之得到了迅速发展。本文准备设计出一款高效率的D类音频功率放大器。该系统主要包括以下部分：前级放大电路、滤波电路、脉冲宽度调制电路、功率放大电路等。利用三角波和需要进行放大的音频信号两者间进行比较获得所需的PWM波，通过H桥实现功放，再经过低通滤波后输出，最后进行功率测量。经测量，3dB通频带为20Hz-20kHz的情况下，输出正弦信号无明显失真，D类功率放大器的效率达到了81.53％，远远高于其他功放。设计中采用了高效率的D类功放为设计核心，以最新研究成果为设计思想，完全符合市场化与用户需求。

关键词:D类功放，脉冲宽度调制电路，功率放大电路，H桥，效率

Abstract:With the ever-increasing information age, the requirement of large output power and low heat generation has not been satisfied by conventional analog linear amplifiers. Electronic products with the power amplifier circuit as the core of design have gradually entered people"s lives, and audio amplifiers such as headphones and audio have been favored by modern people, and audio amplifiers have been rapidly developed. This article is ready to design a high-efficiency Class D audio power amplifier. The system mainly includes the following parts: pre-amplifier circuit, filter circuit, pulse width modulation circuit, power amplifier circuit and so on. Using the triangular wave and the audio signal that needs to be amplified, the desired PWM wave is obtained, the power amplifier is implemented through the H-bridge, the low-pass filter is output, and finally the power measurement is performed. After measurement, when the 3dB passband is 20Hz-20kHz,the output sinusoidal signal has no obvious distortion, and the efficiency of the Class D power amplifier reaches 81.53%,which is much higher than other amplifiers. In the design, a high-efficiency Class-D amplifier is adopted as the design core, and the latest research results are used as design ideas, which are fully in line with marketization and user requirements.

Key words: class D amplifier, pulse width modulation circuit, power amplifier circuit, H-bridge circuit, efficiency

目录

1 绪论 1

1.1 设计背景 1

1.2 音频功率放大电路的分类 1

1.2.1 A类功率放大电路 2

1.2.2 B类功率放大电路 2

1.2.3 AB类功率放大电路 3

1.2.4 C类功率放大电路 4

1.2.5 D类功率放大电路 4

1.3 本文主要研究内容 5

2 系统设计 5

2.1 系统总体框架 5

2.2 方案的论证与选择 6

2.2.1 功率放大器的选择 6

2.2.2 功放电路的选择 6

3 硬件设计与分析 7

3.1 前级放大电路 7

3.2 PWM调制电路 8

3.2.1 PWM技术简介 8

3.2.2 PWM调制电路的谐波分析 9

3.2.3 载波的选择和信号的产生 10

3.3 比较电路 10

3.4 功率放大电路 11

3.5 LC低通滤波电路 11

4 仿真与分析 12

4.1 前级放大电路 12

4.2 三角波产生电路 13

4.3 比较电路 14

4.4 功率放大电路 16

5 实物测试与数据分析 16

5.1 测试仪器 17

5.2 数据与分析 17

5.2.1 通频带测试及波形失真度 17

5.2.2 最大不失真功率测试 17

5.2.3 效率测试 17

结论 19

参考文献 20

致谢 21

附录1 22

实物图 22

附录2 23

完整电路仿真图 23

1 绪论

1.1 设计背景

伴随着不断到来的信息化时代，输出功率大同时发热少的要求已经不能被传统的模拟线性放大器满足。功率放大电路越来越广泛的应用到相关电子设备中，包括生活中普遍使用的耳机以及音响等功放设备，逐渐获得人们的认可，反过来，音频功放的快速发展也获得了极大的推动。

需要特别说明的是，A、B以及AB类功率放大电路在整个功放领域中具有非常重要的作用，其整个发展历史主要包括如下几个阶段：电子管、晶体管以及集成电路；之前功放电路采用的是变压器输出方式，后来经过逐步发展，逐渐产生了OTL、OCL、BTL等不同类型的结构电路。但由于这类模拟音频功率放大器有大体积、低效率和其他明显的缺点，与音频功率放大效率高、节能以及体积小的要求直接产生一定的冲突，基于以上原因，一种新型的D类功放出现了，该结构的工作效率非常高，一经推出便获得了各专家学者的广泛研究，现在已经获得了关键性突破和进步。因此它需要具备高效和易于与其他数字化设备连接的特点。而D类音频功率放大器正是符合要求的一种以PWM为工作方式的功放。于是近些年，D类音频功率放大器一直是国内国外研究和开发的重点对象，并且取得了突破性的进展。它的评估模块及技术不断地被著名的研究机构及公司等试验性地向市场提供了。这一技术一经问世即刻展现出其高效节能和数字化的显著优点，吸引了各行业人士的特别关注，现如今此项前沿的技术正在以迅雷不及掩耳之势发展，前景一派光明。

于是，我在这次的毕业设计中选择了高效率的D类功放为设计主旨，采用D类功放为整个系统的设计方案，能够极大满足用户产品的实际要求和市场发展^【1】。

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