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D类音频功率放大器的研究与设计

徐景  
【摘要】: 与传统音频放大器比较,D类放大器具有低功耗、高效率的特点,使其被应用到音频领域。随着D类放大器技术的不断进步,现在的D类音频功率放大器可以使失真做得很低,保证了输出的音质,从而将逐渐成为音频功放的主流。 本文中,首先分析了脉宽调制(PWM)技术及D类放大器的相关原理。阐述了占空比与输出级电源电压直接关系到最终的输出功率,同时对负反馈环路和桥接负载结构进行了研究。为了能更好的理解D类放大器,通过行为级模型对其工作原理进行了初步的分析。 然后从系统角度出发,对D类放大器的各种性能指标作了分析和确定,包括效率、输出功率、温度、功放的增益及高通/低通滤波器。由于D类音频功率放大器中最主要的模块为PWM调制器,因此将用VerilogA行为级描述语言对该系统进行功能性仿真。 在设计调制器的电路中,主要关注高性能运算放大器(可应用于前级放大器和积分器)、增益控制电路、比较器、非交叠逻辑电路等。对这些电路进行了详细的设计,并进行相应的仿真。 最后针对音频功率放大器中的Click-and-Pop问题进行了深入的探究,从分析其产生的原因入手,进而提出相应的解决方案,并对各种主要工作模式变化时的控制信号次序进行合理的安排,然后进行了相应的仿真。 本设计采用15V工艺,250KHz的开关频率,去实现输出功率为10W的D类音频功率放大器。


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