數(shù)字功放制作報告(d類功放)

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1、D類功率放大器設計報告指導老師：王全州制作者：張滿歸制作時間：2010-8-161引言一般認為，功率放大器根據(jù)其工作狀態(tài)可分為5類。即A類、AB類、B類、C類和D類。在音頻功放領域中，C類功放是用于發(fā)射電路中，不能直接采用模擬信號輸入，其余4種均可直接采用模擬音頻信號輸入，放大后將此信號用以推動揚聲器發(fā)聲。其中D類功放比較特殊，它只有兩種狀態(tài)，即通、斷。因此，它不能直接放大模擬音頻信號，而需要把模擬信號經(jīng)“脈寬調(diào)制”變換后再放大。外行曾把此種具有“開關”方式的放大，稱為“數(shù)字放大器”，事實上，這種放大器還不是真正意義的數(shù)字放大器，它僅僅使用

2、PWM調(diào)制，即用采樣器的脈寬來模擬信號幅度。這種放大器沒有量化和PCM編碼，信號是不可恢復的。傳統(tǒng)D類的PWM調(diào)制，信號精度完全依賴于脈寬精度，大功率下的脈寬精度遠遠不能滿足要求。因此必須研究真正意義的數(shù)字功放，即全（純）數(shù)字功率放大器?！　?shù)字功放是新一代高保真的功放系統(tǒng)，它將數(shù)字信號進行功率轉換后，通過濾波器直接轉換為音頻信號，沒有任何模擬放大的功率轉換過程。CD唱機（或DVD機）、DAT（數(shù)字錄音機）、PCM（脈沖編碼調(diào)制錄音機）都可作為數(shù)字音源，用光纖和同軸電纜口直接輸出到數(shù)字功放。此外，數(shù)字功放也具備模擬音頻輸入接口，可適應現(xiàn)有模

3、擬音源?！　鈱?shù)字音頻功率放大器領域進行了二三十年的研究。在20世紀60年代中期，日本研制出8bit的數(shù)字音頻功率放大器；1983年，國外提出了D類（數(shù)字）PWM功率放大器的基本結構。但是這些功放僅能實現(xiàn)低位D/A功率轉換，若要實現(xiàn)16bit、44.1KHz采樣的功率放大器。隨著數(shù)字信號處理(DSP)和音頻數(shù)字壓縮技術的結合、新型離散功率器件及其應用的發(fā)展，使開發(fā)實用化的16bit數(shù)字音頻功率放大器成為可能?！　鴥?nèi)外一些從事數(shù)字信號處理的技術人員，專門研究音頻數(shù)字編碼技術，在不損傷音頻信號質(zhì)量的情況下，盡量壓縮數(shù)據(jù)庫。經(jīng)過多次實驗，終

4、于將末級功放開關頻率由沒有壓縮數(shù)據(jù)時的約2.8GHz減至小于1MHz，從而降低了對開關功放管的要求。同時在開關功率放大部分，采用了驅(qū)動緩沖器和平衡電橋技術，實現(xiàn)了在不提高工作電壓的情況下能夠輸出較大的功率，并且設計了完善的防止開關管擊穿的保護電路。國內(nèi)外一些公司研制出的數(shù)字功放，直接從CD唱機的接口（光纖和數(shù)字同軸電纜）接受數(shù)字PCM音頻信號（模擬音頻信號必須經(jīng)過內(nèi)置的A/D轉換變成數(shù)字信號后才能進行處理），在整個信號處理和功率放大過程中，全部采用數(shù)字方式，只有在功率放大后為了推動音箱才轉化為模擬信號。1.1背景學習模電數(shù)電以來，設計過模擬

5、功放，只了解了一些理論上的概念及分析方法，加上模電部分的不確定性，所以通過此次D類功率放大電路的設計，復習模電和數(shù)電，去應用理論并加深理解，學會分析問題，解決問題，并從中學些解決問題的經(jīng)驗。我們此次實驗室以小組進行的，所以通過各組員的相互配合，相互指出不足，相互學習，培養(yǎng)我的交際能力和團隊合作精神。1.2設計名稱D類音頻功率放大電路1.3參考資料【1】《新型集成電路及其應用實例》何希才編著科學出版社2002【2】《全國大學生電子設計競賽試題精解選》陳永真等編著電子工業(yè)出版社2007年6月【3】《模擬集成電路基礎與應用》孫余凱項綺明等編著電子

6、工業(yè)出版社2006年4月【4】《全國大學生電子設計競賽培訓系列教程模擬電子線路設計》高吉祥主編電子工業(yè)出版社2007年8月2.數(shù)字功放的基本概況2.1數(shù)字功放和模擬功放的區(qū)別數(shù)字功放由于工作方式與傳統(tǒng)模擬功放完全不同，因此克服了模擬功放固有的一些缺點，并且具備了一些獨有的特點。1.過載能力與功率儲備　　數(shù)字功放電路的過載能力遠遠高于模擬功放。模擬功放電路分為A類、B類或AB類功率放大電路，正常工作時功放管工作在線性區(qū)；當過載后，功放管工作在飽和區(qū)，出現(xiàn)諧波失真，失真程度呈指數(shù)級增加，音質(zhì)迅速變壞。而數(shù)字功放在功率放大時一直處于飽和區(qū)和截止區(qū)

7、，只要功放管不損壞，失真度不會迅速增加，如下圖所示。由于數(shù)字功放采用開關放大電路，效率極高，可達75%~90%（模擬功放效率僅為30%~50%），在工作時基本不發(fā)熱。因此它沒有模擬功放的靜態(tài)電流消耗，所有能量幾乎都是為音頻輸出而儲備，加之前后無模擬放大、無負反饋的牽制，故具有更好的“動力”特性，瞬態(tài)響應好，“爆棚感”極強。2.功放的失真度比較在所做的兩次功放中可以看出，模擬功放存在推挽對管特性不一致而造成輸出波形上下不對稱的失配失真，因此在設計推挽放大電路時，對功放管的要求非常嚴格。而數(shù)字功放對開關管的配對無特殊要求，基本上不需要嚴格的挑選

8、即可使用。模擬功放幾乎全部采用負反饋電路，以保證其電聲指標，在負反饋電路中，為了抑制寄生振蕩，采用相位補償電路，從而會產(chǎn)生瞬態(tài)互調(diào)失真。數(shù)字功放在功率轉換上沒有采用任何模擬放大反