音頻功放在各類音響設(shè)備中應(yīng)用廣泛,人們在追求功放高保真的同時(shí),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(diǎn)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(shè)備制造商常常因?yàn)槠潴w積而增大整體設(shè)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(shè)備往往運(yùn)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(shè)計(jì)入手,進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)和樣機(jī)實(shí)現(xiàn)�；诜抡婧蛯�(shí)驗(yàn)測試表明,本文所設(shè)計(jì)的D類音頻功放在保持體積較小的同時(shí)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(diǎn),并且詳細(xì)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(diào)制方式及輸出級電路,在此基礎(chǔ)上提出本文的系統(tǒng)框架,其中著重解釋Sigma Delta調(diào)制技術(shù)在D類音頻功放中的重要作用。2.設(shè)計(jì)了D類音頻功放各個(gè)構(gòu)成模塊,進(jìn)行相關(guān)仿真驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的可行性,其中包括前級放大電路、驅(qū)動電路、濾波電路和保護(hù)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(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)以使得電路性能達(dá)到最優(yōu)。輔助電路采用開關(guān)電源,為功放提供必要的供電。3.為實(shí)現(xiàn)小體積的要求,本文給D類音頻功放設(shè)計(jì)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(dá)到最優(yōu),進(jìn)行了專業(yè)的散熱處理。對樣機(jī)進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn),包括輔助電源模塊,D類音頻放大模塊以及整機(jī)性能,調(diào)試相關(guān)參數(shù)使得測試結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。所設(shè)計(jì)的D類音頻功放,空載情況下為18W,在帶8Ω負(fù)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(dá)到了專業(yè)級音頻功放的水平。進(jìn)行高溫實(shí)驗(yàn)、開關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)和掃頻實(shí)驗(yàn),所設(shè)計(jì)的D類音頻功放能正常工作,完全符合設(shè)計(jì)要求。最后,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款音質(zhì)媲美HIFI功放的小體積400W的D類音頻功放,并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了安全可靠性,達(dá)到了批量生產(chǎn)的要求。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(shí)，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(shí)，功率管工作在開模擬功放按照電路正常工作在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦信號周期內(nèi)，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(jìn)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(diǎn)，往往需要配置笨重的散熱器。下面對 A 類理進(jìn)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(dǎo)號輸入，晶體管始終處于導(dǎo)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(shè)計(jì)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(yán)重，電路性能衰退，更為嚴(yán)重時(shí)會燒毀器件。在具體設(shè)計(jì)中，為了保證電路與安全性，需要設(shè)計(jì)體積很大的散熱器，這樣就增加整個(gè)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(dǎo)通角為 180o，B 類放大器的工把 A 類放大器的靜態(tài)工作點(diǎn) 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(guān)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(dāng)三極管截止時(shí)，流過三極管零。所以在靜態(tài)時(shí)三極管不消耗功率，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)sino pV =V t出電壓的幅度，最大值為 VCC。當(dāng) NPN 管導(dǎo)通，PNP 管1sino PL LV V tiR R = =內(nèi) 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(xiàn)】

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本文編號：2822240