基于某tpa3123的D类功放的设计Word下载.docx

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姓名：

学号：

指导教师：

日期：

2012年5月

摘要

随着功率放大器科技的飞速发展，人们对它的要求越来越高。

传统的功率放大器由于效率低，很难满足人们的需要，而D类音频功率放大器较传统的功率放大器而言具有效率高，功率大的特点，因此被人们所采用。

本论文从理论上对D类音频功率放大器做了具体的分析并从设计方面仔细地阐述了它。

论文首先由各类放大器的特点看出传统的功率放大器效率低，失真严重，功率也不太理想，从而引出了高效率、大功率、低失真的D类音频功率放大器；

接着由D类音频功率放大器的用途、原理、结构讲到它的缺点以及发展的前景；

D类音频功率放大器的功率器件受一高频脉宽调制信号（PEM）的控制，使其工作在开关状态，理论上其效率可以达到100%，但其不足之出在于会产生高频干扰及噪声，但是若精心设计低通滤波器及合理的选择元器件参数，其音质噪声完全能够满足人们的需求。

最后以一个D类音频功率放大器的设计，让我们明白了D类音频功率放大器的具体应用。

关键字：

D类功率放大器；

脉宽调制；

驱动；

功率输出级；

功率放大

Anamplifierdesignbasedon

TPA3123classDamplifier

Abstract

Duringtheswiftlydevelopingofpoweramplifierscienceandtechnology,therequirementofitforpeoplebecomehigherandhigher,Becausetheefficiencyofthetraditionalpoweramplifierislow,itisnotfitforpeople＇srequirement,buttheD-typeaudioamplifierhasthehighefficiencyandthehigh-power,so,itiscontentwiththerequirementofpeople.

Inthispaper,IdescribedtheD-typeaudiopoweramplifiercarefullyfromthedesignaspecttheoretically,atfirst,itisobservedthattheefficiencyofthetraditionalofeachkindofamplifier'

scharacteristicislower,thedistortionofthetraditionalpoweramplifierisseriousandthepoweralsoisnotideal,sowedrawoutthattheefficiencypowerandlowerdistortionofD-typepoweramplifierallworkwell.ThenfromtheD-typeofaudiopoweramplifier'

suse,theprincipleandthestructuretalkaboutitsshortcomingaswellasthedevelopmentprospect;

InDinthearticleaudiofrequencypowerdevice,powerofamplifiermodulatethecontrolofthesignal（PEM）byonehigh-frequencypulsewidthoriginally,makeitworkinswitchstate,efficiencyitsintheorycanupto100%,butainsufficientoneitsisitisitcanproducehighfrequencyinterfereandnoisetolieintoappear,butifdesignthelowopenwavefilterandrationalchoicecomponentsandpartsparametermeticulously,itstonequalitynoisecanmeetpeople'

sdemands.FinallybyaDkindofaudiopoweramplifier'

sdesign,letmeunderstandDkindofaudiopoweramplifier'

sconcreteapplication.

KeyWords:

D-typepower;

amplifier;

Pulsewidthmodulation;

Impetus;

Poweroutputlevel;

Poweramplifie

第1章绪论

音响功放又称音频功率放大器，它主要由前置级、音调级、功率放大级这几部分组成。

前置级的要输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小；

音调级的作用是对输入信号进行调节，使输入信号提升和衰减；

而功率放大级则是音频放大器的主要部分，它决定了输出功率的大小，要求具有输出效率高，输出功率大的特点。

对于整个功率放大器，则是要求其失真小、噪声低，有较好的扩音效果。

近几十年来在音频领域中，A类，B类，AB类音频功率放大器（额定输出功率）一直占“统治”地位，其发展经历了这样几个过程：

所用器件从电子管，晶体管到集成电路过程；

电路组成从单管到推挽过程；

电路形式从变压器到OTL，OCL，BTL形式过程。

其最基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。

A类音频功率放大器的最高工作效率为50%，B类音频功率放大器的最高工作效率为78.5%，AB类音频功率放大器的工作效率则介于两者之间。

但是无论A类，B类还是AB类音频功率放大器，当它们的输出功率小于额定输出功率时，效率就会明显降低，播放动态的语言，音乐时平均工作效率只有30%左右。

音频功率放大器的效率低就意味着工作时有相当多的电能转化成热能，也就是说，这些类型的音频功率放大器要有足够大的散热器。

因此A类，B类，AB类音频功率放大器效率低，体积大，并不是人们理想中的音频功率放大器。

在本文中的D类音频功率放大器的功率器件受一高频脉宽调制信号（PEM）的控制，使其工作在开关状态，理论上其效率可以达到100%，但其不足之出在于会产生高频干扰及噪声，但是若精心设计低通滤波器及合理的选择元器件参数，其音质噪声完全能够满足人们的需求。

本文中具体论述了一种基于晶体管的D类音频功率放大器的设计组成与实现方法。

全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频节能环保的要求，迫使人们尽快研究开发高效，节能，数字化的音频功率放大器。

它应该具有工作效率高，便于与其他数字设备相连接的特点。

模拟功率放大器通过采用优质的元件，复杂的补偿电路，深负反馈，使失真变的很小，但大功率和高效率一直没有很好的解决。

D类音频功率放大器是PWM型功率放大器，它工作于开关状态下，符合上述的要求。

传统的音频功率放大器工作时，直接对模拟信号进行放大，工作期间必须工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，减小了功率器件的承受功率，但在较大功率情况下，仍然对功率器件构成极大威胁，功率输出受到限制。

此外，模拟功率放大器还存在以下的缺点：

电路复杂，成本高。

常常需要设计复杂的补偿电路和过流，过压，过热等保护电路，体积较大，电路复杂。

效率低，输出功率不可能做的很大。

D类开关音频功率放大器的工作基于PWM模式：

将音频信号与采样频率比较，经过自然采样，得到脉冲宽度与音频信号幅度成正比例变化的PWM波，然后经过驱动电路，加到功率MOS的栅极，控制功率器件的开关，实现放大，将放大的PWM信号送入滤波器，则还原为音频信号。

D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100%，实际的运用也可达80%以上。

功率器件的耗散功率小，产生热量少，可以大大减小散热器的尺寸，连续输出功率很容易达到数百瓦。

功率MOS有自我保护电路，可以大大简化保护电路，而且不会引入非线形失真。

对于高电感的扬声设备，在设计电路的时候，是可以省去低通滤波器（LPF），这样可以大大的节省体积和花费。

而且有更高的保真度，这一点，在国外的5VD类音频功率放大器中已经得到了运用，如：

TEXAS公司的TPA2002D2。

近几年，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展，几家著名的研究机构及公司已经试验性地向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。

这一技术一经问世立即显示出其高效，节能，数字化的显著特点，引起了科研，教学，电子工业，商业界的特别关注。

不久的将来，D类音频功率放大器必然取代传统的模拟音频功率放大器。

进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。

从作通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。

陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。

所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；

另一个特点就是它们都是电池供电的。

都希望能够有较长的使用寿命。

就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。

它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。

高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。

因为，功率越大，效率也就越重要。

而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。

在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。

这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。

D类放大器在这些设备中也扮演了极重要的角色。

第2章功率放大器介绍

2.1功率放大器简介

在音响系统中功率放大器的作用是放大音源器材输出的信号，使信号有足够的功率去推动音响发声。

功率放大器工作于大电流和高电压的状态，因此在制作、安装和调试功率放大器的过程中，每一个环节都直接影响着功率放大器的正常工作以及重放声音的质量等。

前置放大器和功率放大器，前置放大器承担控制任务为主，对各种节目源信号进行选择和处理，对微弱信号将其放大到0.5—1V，进行各种音质控制，以美化音色。

功率放大器，承担放大义务，是将前置放大器输出的音频信号进行功率放大，以推动扬声器发声。

有电压放大和电流放大之分，要宏亮而不失真。

2.2放大器的技术指标

（1）额定功率

音响放大器输出失真度小于某一数值（γ＜1%）的最大功率成为额定功率，表达式：

U0为负载两端的最大不失真电压，RL为额定负载阻抗。

（2）测量条件

信号发生器输出频率为1KHz，电压Ui=20mV的正弦信号。

功率放大器的输出端接额定负载电阻RL（代替扬声器），输入端接Ui，逐渐增大输入电压Ui，直到Uo的波形刚好不出现失真，此时对应的输出电压为最大输出电压。

测量后应迅速减小Ui，以免损坏功率放大器。

（3）频率响应

放大器的电压增益相对于中音频f0（1KHz）的电压增益下降3dB时所对应的低音