1、放大器為音20連續(xù)可4位數(shù)字類功率放大比較類功率放大達(dá)放率缺點(diǎn)與音大器理，三PWM案噪波積分積分漂D類放大高效率音頻功率放大器電路圖原理為提高功放效率，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)高效、節(jié)能和小型化的發(fā)展趨勢，以D類功核心，以單片機(jī)89C51可編程邏輯器件（FPGA）進(jìn)行控制及時(shí)數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)I頻信號(hào)的高效率放大。系統(tǒng)最大不失真輸出功率大于1W,可實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)調(diào)，并增加了短路保護(hù)斷電功能，輸出噪聲低。系統(tǒng)可對(duì)功率進(jìn)行計(jì)算顯示，具有顯示，精度優(yōu)于5%。傳統(tǒng)的音頻功率放大器主要有A類（甲類）DBDDODDOAB（甲乙類）?？谄髟谡麄€(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)都有電流連續(xù)流過功率放大器件，它的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)的失真小

2、，缺點(diǎn)是輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍小、效率低，理想情況下其最高效率為50%.器在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)功率器件的導(dǎo)通時(shí)間為50%,它的優(yōu)點(diǎn)是在理想情況下效率可78.5%,但缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生交越失真，增加噪聲。AB類（甲乙類）功率放大器是以上兩種大器的結(jié)合，每個(gè)功率器件的導(dǎo)通時(shí)間在50%100%之間，兼有甲類失真小和乙類效高的特點(diǎn)，其工作效率介于二者之間。傳統(tǒng)音頻功率放大器效率偏低，體積偏大的頻功率放大高效、節(jié)能和小型化的發(fā)展趨勢的矛盾，催生了D類（丁類）音頻功率出現(xiàn)和發(fā)展。本系統(tǒng)即采用D類功率放大實(shí)現(xiàn)，并用單電源供電，符合現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電源小巧、便攜要求的實(shí)際需要。1系統(tǒng)方案論證與選擇1.1整體方案方案：數(shù)字方案

3、。輸入信號(hào)經(jīng)前置放大調(diào)理后，即由A/D采入單片機(jī)進(jìn)行處角波產(chǎn)生及與音頻信號(hào)的比較均由軟件部分完成，然后由單片機(jī)輸出兩路完全反向的波給入后級(jí)功率放大部分，進(jìn)行放大。此種方案硬件電路簡單，但會(huì)引入較大數(shù)字噪聲。方案：硬件電路方案。三角波產(chǎn)生及比較、PWM產(chǎn)生仍由硬件電路實(shí)現(xiàn)，此方聲較小、且幅值能做到更大，效果較好，故采用此方案。1.2三角波產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)方案：利用NE555生三角波。該電路的特點(diǎn)是采用恒流源對(duì)電容線性沖、放電產(chǎn)生三角波，波形線性度較好、頻率控制簡單，信號(hào)幅度可通過后加衰減電位器控制。方案：對(duì)方波積分產(chǎn)生三角波。積分器與比較器級(jí)聯(lián)，通過對(duì)比較器產(chǎn)生的方得到三角波，頻率與幅值控制只需調(diào)整

4、某些電阻值，控制簡單。但考慮積分電路存在移。此處采用選擇方案。1.3PWM波產(chǎn)生方案設(shè)計(jì)方案：直接比較。取偏重與輸入音頻信號(hào)信置相同，幅度略大的三角波信號(hào)與音頻信號(hào)直接比較，產(chǎn)生PWM波，后再經(jīng)反向器產(chǎn)生一路與之完全反向的PWM波信號(hào)給后級(jí)放大電路。方案：雙路比較。用兩路偏置不同的三角波信號(hào)與音頻信號(hào)的上下半部分別比較。此種方案可減少后綴H橋電路中CMOS管的開合次數(shù)，減少功率損耗，提高效率。方案：將音頻信號(hào)直接反向。在對(duì)音頻輸入信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)理后直接將其反向，再對(duì)處理后信號(hào)分別進(jìn)行三角波比較，從而產(chǎn)生兩路反向的PWM波。因方案的效率較高且對(duì)抑制共模噪聲有一定作用，故選用方案。1.4短路保護(hù)方

5、案設(shè)計(jì)方案：電流互感器法。用電流互感器感應(yīng)出通過負(fù)載電阻的電流，在對(duì)此電流進(jìn)行處理，以判斷電路過不過流。方案：采樣電阻法。將一小值電阻串入電路中采出系統(tǒng)流過負(fù)載的電流，以判斷電路過不過流。該方案實(shí)現(xiàn)簡單，且接入小值電阻對(duì)此系統(tǒng)影響很小，故采用此方案。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示為系統(tǒng)的整體實(shí)現(xiàn)框圖，系統(tǒng)由高效率功率放大、信號(hào)變換電路、過流保護(hù)及功率測量4個(gè)主要模塊組成。其中最核心的高效率功率放大器又由前置放大、三角波產(chǎn)生電路、比較器電路、驅(qū)動(dòng)電路、H橋互補(bǔ)對(duì)稱放大5部分構(gòu)成。輸入音頻信號(hào)經(jīng)過前置放大電路進(jìn)行放大調(diào)理后，分上下部與兩路三角波信號(hào)進(jìn)行比較，得到兩路相互對(duì)應(yīng)的PWM波；即對(duì)

6、音頻信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制，而后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路增加其信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，再給入H橋模塊，利用占空比的變化控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，實(shí)現(xiàn)功率放大，之后再對(duì)負(fù)載上的輸出進(jìn)行低通濾波濾出原音頻信號(hào)。在負(fù)載上將信號(hào)給入信號(hào)變化電路，將雙端信號(hào)轉(zhuǎn)化為單端信號(hào)，經(jīng)一截止頻率為20kHZ的RC濾波器后接測試儀表測試。同時(shí)在此處將單端信號(hào)真有ODDO,經(jīng)AD采樣后送入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行功率計(jì)算及顯示。系統(tǒng)還有過流保護(hù)功能，0DH采樣電阻與負(fù)載串聯(lián)，采出流過負(fù)載的電流值，經(jīng)放大比較后，用繼電器控制功率放大部分的供電，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。系統(tǒng)最大不失真輸出功率大于等于1W,可實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)120連續(xù)可調(diào)，因采用D類放大方案，可達(dá)到

7、較高的效率，輸出噪聲很小，功率顯示誤差很小。31m用區(qū)*療)-M(VvF圖1聲系統(tǒng)整體框圖主要功能電路設(shè)計(jì)逬7D3.1前置放大模塊前置放大電路采用高效率、軌對(duì)軌、低噪聲運(yùn)放芯片構(gòu)成同相寬帶放大電路。信號(hào)輸入端串聯(lián)電容達(dá)到隔直耦合作用。同時(shí)因單電源供電，在運(yùn)放同向端給偏置。設(shè)置反饋電阻為電位器，可動(dòng)態(tài)改變放大器的增益120倍增益連續(xù)可調(diào)。3.2三角波產(chǎn)生電路三角波產(chǎn)生電路如圖所示。采用芯片構(gòu)成三角波電路，通過恒流源對(duì)電容1實(shí)現(xiàn)線性充放電從而獲得三角波。開始工作時(shí)，芯片號(hào)腳為高電平，二極管導(dǎo)通,截止，從而1導(dǎo)通，截止，由121構(gòu)成的恒流源通過1對(duì)1線性充電，當(dāng)充電使1兩端電壓達(dá)到時(shí)，號(hào)腳輸出電平發(fā)

8、生反轉(zhuǎn)，變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)1、23導(dǎo)通狀態(tài)也完全相反，由下方34構(gòu)成的恒流源通過對(duì)1線性放電，當(dāng)放電使1兩端電壓達(dá)1時(shí)，號(hào)腳又反轉(zhuǎn)為高電平，如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)周期三角波信號(hào)產(chǎn)生。由1兩端引出輸出，即可得到線性度良好的三角波信號(hào)，后接一級(jí)同相跟隨器已達(dá)到前后級(jí)隔離的目的。1采用漏電流低、響應(yīng)速度快的聚苯乙烯電容，保證較好性能。川寸朝_川寸寸8riJKu勺丄-suaojjCKESE1COMLIfOrOfllbflllEieCEKDI3CHYKCECMDKE22P丿M5H8OJSuapj5卩K0百TOE圖2三角波產(chǎn)生電路三角波頻率、幅值計(jì)算如下：記通過電阻、2的充放電電流為此處（其中為三極管的導(dǎo)通電壓

9、），則有TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark24一%狂（1百護(hù)：4口站；皿）乂（丫（3）Vx=（33AGG-I3/5c）xQ（I）三角波周期頻率為此電路經(jīng)實(shí)測產(chǎn)生三角波頻率為2（會(huì)與計(jì)算值有所偏差，因?yàn)槿龢O管導(dǎo)通壓降不嚴(yán)格為）。雙路比較器電路（波產(chǎn)生電路）雙路比較器電路采用低功耗、可單電源工作的雙路比較器芯片構(gòu)成。此處為提高系統(tǒng)效率，減少后級(jí)橋中管不必要的開合，用兩路偏置不同的三角波分別與音頻信號(hào)的上半部和下半部進(jìn)行比較，產(chǎn)生兩路相互對(duì)應(yīng)的波信號(hào)給后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行處理，雙路比較波形圖如圖3所示。此處值得注意的是將上半部比較處理為音頻信號(hào)接比較器的負(fù)向端、三角波信

10、號(hào)接正向端；下半部比較則相反，這樣形成相互對(duì)應(yīng)，在音頻信號(hào)的半部形成相應(yīng)波時(shí)，另半部為低電平，可保征后級(jí)橋中的管沒有不必要的開合，以減少系統(tǒng)功率損耗。利用電位器將上半部比較三角波偏置調(diào)至3下半部比較三角波偏置調(diào)至還需注意，三角波信號(hào)應(yīng)比需比較范圍內(nèi)的音頻信號(hào)幅度稍大一些，且偏置調(diào)節(jié)要較準(zhǔn)確，以防音頻信號(hào)某些點(diǎn)比較不到，后續(xù)濾波還原原信號(hào)時(shí)產(chǎn)生失真。34H橋互補(bǔ)對(duì)稱爺H橋互補(bǔ)對(duì)稱電I0A圖口四階巴特沃斯濾波路如圖4采用低導(dǎo)通電阻、影響小的場效應(yīng)對(duì)管力輸出$分利用電源電壓，浮5和4組成互補(bǔ)推挽放大電路。i動(dòng)輸出載波峰峰值量大可達(dá)有效地提高了輸出功率。對(duì)稱輸出方式圖4H橋互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路經(jīng)H轎互補(bǔ)對(duì)

11、稱電路放大后的兩路信號(hào)分別通過一四階巴特沃斯濾波器低通濾波，從點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。3.6功率測量及顯示電路(有效值檢波及AD轉(zhuǎn)換電路)而濾去高頻載波，得出放大后的音頻信號(hào)加在8Q負(fù)載兩端。濾波器上線截止頻率約為20點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。3.6功率測量及顯示電路(有效值檢波及AD轉(zhuǎn)換電路)kHZ,頻帶內(nèi)特性平坦，效果較好。注意此處應(yīng)選擇大功率電感，否則會(huì)

12、對(duì)信號(hào)幅值有削減作用，不能達(dá)到較高功率。3.5短路保護(hù)模塊短路保護(hù)電路如圖5.將一0.D小電阻接入系統(tǒng)中，與8Q負(fù)載電阻串聯(lián)，通過對(duì)采樣電壓進(jìn)行放而后再與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較從而控效部分的供斷作用。放大采用芯片NE5532成減法放大器，放大的同時(shí)可將電阻兩變?yōu)閱味诵欧糯笃鞣糯蟊稊?shù)為：點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。3.6功率測量及顯示電路(有效值檢波及AD轉(zhuǎn)換電路)點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算

13、出顯示誤差，結(jié)果見表所示。3.6功率測量及顯示電路(有效值檢波及AD轉(zhuǎn)換電路)O)模塊的電源，才能重新進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。D2、D3、R6、C2組成開機(jī)延時(shí)電路，在斷電C2通過D2快速放電，防止開始瞬間的殘余電壓對(duì)3號(hào)腳影響，防止比較器在非狀態(tài)下進(jìn)入自鎖狀態(tài)，使保護(hù)模塊不能發(fā)揮正常作用。J0+QKOfCZZH卜IO-QKU:2Q0KUQ_-T5JH4K3噸7豐cjiooruSph書L(?TOK(3JOKUjTW5H90J3II【)1m3aGOQiH5+T5W)K5-pWwenTOOFU山也曲圖5短路保護(hù)電路7n=5經(jīng)過放大后的信號(hào)經(jīng)過由D1、C1、R5組成的峰值檢波部分，檢出信號(hào)幅度值送至比較器與設(shè)

14、定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。比較器選用低功耗、響應(yīng)速度較快的雙路比較芯片LM393.比較器負(fù)端用穩(wěn)壓管D6及C3、R7設(shè)置為5.1,比較器接成遲滯比較方式，一旦過流，即可自鎖。此時(shí)比較器輸出的高電平使三極管T1通，繼電器的地控制端與地聯(lián)通，繼電器，切斷功放部分的供電，達(dá)到保護(hù)目的。因比較器自鎖，所以在解決過流問題后，關(guān)斷功率測量電路采用真有效值檢波芯片6檢出信號(hào)真有效值，再經(jīng)位串行接口、采樣率芯片采樣后邀至內(nèi)由程序進(jìn)行處理，計(jì)算出功率并顯示。如圖6所示。I壯+1iW|AI/-AI#十50FU3OKUCgT功率測量及顯VDSiseeTd卞rrrCYA囲？cmbT,ii:訃訃HprXlM1Di)?DIu

15、n：OLLSGfiCOKiwc:BICMDOfll：Q迺區(qū)川佗”弋電路輸入綴用PAA60構(gòu)成一射極跟隨器已達(dá)到隔離前后級(jí)的作用。改變平均電容的值可設(shè)定平均時(shí)間常數(shù)，并決定低頻準(zhǔn)確度、輸出波紋的大小和穩(wěn)定時(shí)間。交流波紋分量可以用點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。3.6功率測量及顯示電路(有效值檢波及AD轉(zhuǎn)換電路)點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表所示。3.6功率測量及顯示電路(有效值檢

16、波及AD轉(zhuǎn)換電路)增大此電容的值來減少，但這樣會(huì)使建立時(shí)間增大，所以選擇用后接一個(gè)二階有源低通濾波進(jìn)8行6模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由器的方法來減少輸出的紋波。得出真有效值后直接給入處理，計(jì)算出系統(tǒng)的輸出功率并進(jìn)行顯示。4系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求，要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功率的測量和顯示功能，硬件上采用位通過編程實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)圭要完成對(duì)的控制、采入數(shù)據(jù)、計(jì)算功率和送顯示的功能。而（采用公司的系列的6）則作為一個(gè)總線控制器，對(duì)液晶和與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換進(jìn)行管理。采用語言在的環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)。5測試方法和結(jié)果5.1測試儀器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器型號(hào)：數(shù)字示波器型號(hào)：troTnDiS1x00雙2通,道，6直流電源型號(hào)：穩(wěn)壓穩(wěn)流型四位

17、半數(shù)字多用表型號(hào)：.2測試方案及結(jié)果分折）功率顯示誤差測量用信號(hào)源給出輸入音頻信號(hào)，示波器在單端輸出測試4）過流保護(hù)測量用與測通頻帶相同的方法給出給出輸入信號(hào)，用示波器觀察輸出信3.6功率測量及顯示電路(有效值檢波及AD轉(zhuǎn)換電路)2）噪聲用Agilent信號(hào)源給出輸入音頻信叮保證信號(hào)頻率20kHz以下），用0.1M電容進(jìn)行輸入端對(duì)地交流短路，用示波器在輸出端測量噪聲大小。此時(shí)測得噪聲為2.96mV.3）效率測量用直流電源對(duì)功放電路單獨(dú)供電，以便測試效率。供電電壓+5V.用與測通頻帶相同的方法給出給出輸入信號(hào)，用示波器觀察輸出信號(hào)幅值，調(diào)整輸出為200mW及500mW,將四位半數(shù)字多用表串入放大器電路中，測出電路電流I.據(jù)式計(jì)算出功率放大器效率，結(jié)果見表2所示。表1放大電路通頻帶性能測試數(shù)據(jù)表I10()8W【IQ()00I0(M)gI0000()AOS。衛(wèi)寸mdiW2(X)2衛(wèi)寸機(jī)）了（）讒30寸寸3072（門讖303323Id3Q寸乜連101亍2寸JOO82()lA8寸（Y231F3寸。連從表中數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)功率顯示模塊具訐：丨|4位數(shù)字顯示，精度優(yōu)于5%,且誤差較小。加宰表2功率放大電路效率測試數(shù)據(jù)表200【2QAOQ寸讒SOOdl寸22寸孑誡連揮汗即圭叫衣P（iftPWT7皿黠丹球趺W小探壺從表中可以