音頻功放在各類音響設備中應用廣泛,人們在追求功放高保真的同時,也希望有更高的效率和更大的輸出功率。D類音頻功放因其體積小、效率高、功耗低等優(yōu)點逐漸取代傳統(tǒng)模擬音頻功放。目前,市場上的D類音頻功放有一些不足之處:大功率的D類音頻功放體積較大,設備制造商常常因為其體積而增大整體設備的外形;而體積較小的D類音頻功放功率等級往往不能滿足要求,且該類設備往往運用于有空間限制的場景。因此,本文針對該問題展開研究和討論,從D類音頻功放的原理開始分析,從模塊化設計入手,進行PCB設計和樣機實現(xiàn)。基于仿真和實驗測試表明,本文所設計的D類音頻功放在保持體積較小的同時具有較大輸出功率,是一款“可握在手里”的數(shù)百瓦高保真D類音頻功放。本文主要工作如下:1.比較了幾種傳統(tǒng)音頻功放和D類音頻功放的優(yōu)缺點,并且詳細描述了D類音頻功放的工作原理。闡述了幾種D類音頻功放的調制方式及輸出級電路,在此基礎上提出本文的系統(tǒng)框架,其中著重解釋Sigma Delta調制技術在D類音頻功放中的重要作用。2.設計了D類音頻功放各個構成模塊,進行相關仿真驗證電路設計的可行性,其中包括前級放大電路、驅動電路、濾波電路和保護電路等。一方面,選擇合適的控制芯片和功率元件;另一方面對電路的參數(shù)進行詳細設計以使得電路性能達到最優(yōu)。輔助電路采用開關電源,為功放提供必要的供電。3.為實現(xiàn)小體積的要求,本文給D類音頻功放設計了四層PCB電路板,并優(yōu)化PCB的布局和走線,使功放體積和音效都達到最優(yōu),進行了專業(yè)的散熱處理。對樣機進行測試實驗,包括輔助電源模塊,D類音頻放大模塊以及整機性能,調試相關參數(shù)使得測試結果達到最優(yōu)。所設計的D類音頻功放,空載情況下為18W,在帶8Ω負載的情況下,最大輸功率為404W,電壓放大倍數(shù)為36.8倍,增益為31dB,THD+N小于0.03%,聲音保真度完全達到了專業(yè)級音頻功放的水平。進行高溫實驗、開關機實驗和掃頻實驗,所設計的D類音頻功放能正常工作,完全符合設計要求。最后,本文設計并實現(xiàn)了一款音質媲美HIFI功放的小體積400W的D類音頻功放,并用實驗驗證了安全可靠性,達到了批量生產(chǎn)的要求。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN912.2
【部分圖文】：

放按照其功率管的工作方式主要分為模擬功放和數(shù)字功放兩大類功率放大器，在正常工作時，功率管工作在放大區(qū)；數(shù)字功放就，是一種非線性功率放大器，在正常工作時，功率管工作在開模擬功放按照電路正常工作在一個標準正弦信號周期內，功率管 A 類、B 類、AB 類三種主要類型[8]。模擬功放由于功率管工作在的音頻信號進行線性放大，放大后的音頻信號具有很高的保真度損耗和低效率的缺點，往往需要配置笨重的散熱器。下面對 A 類理進行簡單介紹，著重分析其工作效率。功放放也稱為甲類放大器，是最簡單的放大器。它的輸出晶體管導號輸入，晶體管始終處于導通狀態(tài)并消耗功率。下面通過基本共大器的效率和工作原理[9]。

第二章 D 類音頻功放的原理ηmax=25%說明即使我們設計出一款完美的 A 類音頻功放，其效率也不會超過 2的 75%能量會以熱能的形式散發(fā)出去，大量的熱積累會使得 A 類功放的電路嚴重，電路性能衰退，更為嚴重時會燒毀器件。在具體設計中，為了保證電路與安全性，需要設計體積很大的散熱器，這樣就增加整個電路的制作成本。2 B 類功放B 類放大器也稱為乙類放大器。其輸出晶體管導通角為 180o，B 類放大器的工把 A 類放大器的靜態(tài)工作點 Q 往下移，使得在輸入信號為零的情況下，晶體于開啟電壓，晶體管關斷，輸出功率為零[10]。

圖 2-3 B 類功放交越失真情況下 B 類功放的效率。當三極管截止時，流過三極管零。所以在靜態(tài)時三極管不消耗功率，當三極管導通時sino pV =V t出電壓的幅度，最大值為 VCC。當 NPN 管導通，PNP 管1sino PL LV V tiR R = =內 NPN 消耗的功率為：NPN 1 CE1P = i v1sinCE CC o CC Pv = V v = V V t

【參考文獻】

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本文編號：2822240