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双模式控制的防失真D类音频功率放大器

樊卫东  
【摘要】:音频功率放大器是音响系统中必不可少的设备之一,其主要作用是把来自信号源的微弱的电信号进行放大,从而驱动扬声器发声,其在便携式电子产品、家庭影院和车载音响等电子设备中具有非常广泛的应用。本文主要研究的是D类音频功率放大器,与其它传统的音频功率放大器相比,D类音频功放具有高效率和小体积等优点,这些优点使其在移动便携式产品上的应用范围远远超过了其它传统的音频功率放大器。本文首先简要讲述了音频功率放大器的发展历程及其基础理论知识,主要包括线性音频功率放大器和开关音频功率放大器的原理及其典型电路结构。然后着重研究了D类音频功率放大器的两个设计要点,分别为双模式系统和防失真系统。本文的主要研究工作如下:1.在研究了D类音频功率放大器的工作原理及其设计方法的基础上,通过大量的实验和分析,设计出D类音频功率放大器中所含有的各种功能模块电路,包括前置运算放大器、积分器、振荡器、脉宽调制系统、输出系统、温度和电流保护电路等。2.在D类音频功率放大器各模块电路实现的基础上,提出了一种分为硬件控制和软件控制的双模式控制系统。硬件控制模式,通过电压控制将输入电压的大小与标准电压进行比较,使系统进入不同的工作模式。软件控制模式,通过一连串的脉冲或矩形波进行控制,脉冲或矩形波的个数决定系统工作模式。3.为了改善D类音频放大器的总谐波失真,分析了信号处理与滤波器有关知识,提出了一种自动改变增益系统。当系统检测到输出波形失真时,会根据波形失真的程度,自动调整环路增益,使输出信号保持良好的状态。芯片电路采用华润上华科技有限公司(CSMC)0.35um的CMOS工艺实现,并对设计的电路进行了模块和整体的仿真验证与版图设计。验证结果表明,本文设计的双模式控制的防失真D类音频功率放大器在硬件控制和软件控制两种模式下都能够很好地调整输出信号的失真,芯片完全符合设计要求。


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