高效率d類(lèi)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)(含仿真)-畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　二〇 年 五 月 十 日</p><p>　題 目高效率D類(lèi)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　作者</p><p>　學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院</p><p>　專(zhuān)業(yè)電子信息工程</p><p>　學(xué)號(hào)</p>

2、<p>　指導(dǎo)教師</p><p><b>　　誠(chéng)信聲明</b></p><p>　　本人聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開(kāi)展工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或創(chuàng)作過(guò)的作品成果。對(duì)本文工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意

3、識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。</p><p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：</p><p>　　二○ 年 五 月 十 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，以功放電路為設(shè)計(jì)核心的電子產(chǎn)品漸漸地走進(jìn)人們的生活，耳機(jī)、音響等音頻功放類(lèi)電子產(chǎn)品被現(xiàn)代人所迅速的接

4、納和青睞，隨之音頻功率放大器得到了快速的發(fā)展。</p><p>　　本設(shè)計(jì)為高效率D類(lèi)音頻功率放大器。設(shè)計(jì)主要包括四個(gè)部分：前置增益放大電路、三角波產(chǎn)生電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和顯示電路。在輸出信號(hào)無(wú)失真的情況下測(cè)量，3db通頻帶為300∽3400Hz，最大不失真功率達(dá)到150mW，在此情況下測(cè)量的功率放大器效率明顯大于60%。設(shè)計(jì)中采用了高效率的D類(lèi)功放為設(shè)計(jì)核心，以D類(lèi)功放最新成果為設(shè)計(jì)思想，并配置5V便攜式電源供

5、電，完全符合產(chǎn)品市場(chǎng)化與用戶(hù)需求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：通頻帶；最大不失真功率；D類(lèi)功率放大器；效率</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the advent of the information age to the core of the amplifier circuit desig

6、n of electronic products gradually into people's lives, headphones, audio and other audio amplifier electronics are modern and favor the rapid acceptance, along with an audio amplifier to get rapid development.</p

7、><p>　　The system is designed is a high efficient Class-D Audio Power Amplifer.Design includes for parts: pre-gain amplifier circuit ,the triangular wave generating circuit,signal conversion circuit and display

8、 circuit.In the case of the output signal without distortion measure,3db passband of 300~3400Hz,the maximum distortion power of 150mW,the effciency measured in this case significantly greater than 60%.Design uses a high-

9、efficiency Class D amplifier design core to the latest results for the Class </p><p>　　Keywords:Passband; Class D power amplifier; Maximum power without distortion; Efficiency</p><p><b>　　

10、目 錄</b></p><p><b>　　誠(chéng)信聲明I</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　ABSTRACTIII</p><p>　　第一章 前 言1</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)背景1</p

11、><p>　　1.2 音頻功放的概述1</p><p>　　1.3 音頻功放的分類(lèi)2</p><p>　　第二章 方案論證與比較4</p><p>　　2.1 高效率功率放大器4</p><p>　　2.1.1 功率放大器的選擇4</p><p>　　2.1.2 功放核心實(shí)現(xiàn)電

12、路的選擇4</p><p>　　2.2 信號(hào)變換電路6</p><p>　　2.3 功率測(cè)量電路6</p><p>　　第三章 各模塊電路原理分析與計(jì)算8</p><p>　　3.1 調(diào)制電路8</p><p>　　3.2 高速開(kāi)關(guān)橋式電路8</p><p>　　3.3

13、三角波產(chǎn)生電路9</p><p>　　3.4 驅(qū)動(dòng)電路10</p><p>　　3.5 低通濾波器模塊電路11</p><p>　　3.6 信號(hào)變換模塊電路11</p><p>　　3.7 整體電路性能仿真12</p><p>　　第四章 系統(tǒng)仿真測(cè)試及數(shù)據(jù)分析...................

14、......................................................14</p><p>　　4.1 測(cè)試儀器14</p><p>　　4.2 測(cè)試結(jié)果14</p><p>　　4.3 結(jié)果分析15</p><p>　　4.4 改進(jìn)措施16</p><p>　　第

15、五章 電路調(diào)試...............................................................................................................17</p><p>　　5.1 不通電檢查..................................................................

16、...............................................17</p><p>　　5.2 通電檢查......................................................................................................................17</p><p&g

17、t;　　5.3 測(cè)試與調(diào)整17</p><p>　　5.4 整機(jī)聯(lián)調(diào)18</p><p>　　第六章 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得19</p><p>　　6.1 設(shè)計(jì)總結(jié)19</p><p>　　6.1.1 原理圖設(shè)計(jì)總結(jié)19</p><p>　　6.1.2 電路安裝過(guò)程總結(jié)19</p>&l

18、t;p>　　6.1.3 單元電路調(diào)試總結(jié)19</p><p>　　6.1.4 PCB設(shè)計(jì)總結(jié)19</p><p>　　6.1.5 整機(jī)調(diào)試總結(jié)19</p><p>　　6.2 設(shè)計(jì)心得20</p><p>　　參考文獻(xiàn)....................................................

19、................................................................................21</p><p>　　致謝.................................................................................................................

20、..............................22</p><p>　　附錄A：PCB布線(xiàn)圖..............................................................................................................23</p><p>　　附錄B：元器件清單...........

21、.................................................................................................24</p><p><b>　　第一章 前 言</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>

22、;　　隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，以功放電路為設(shè)計(jì)核心的電子產(chǎn)品漸漸地走進(jìn)人們的生活，耳機(jī)、音響等音頻功放類(lèi)電子產(chǎn)品被現(xiàn)代人所迅速的接納和青睞，隨之音頻功率放大器得到了快速的發(fā)展。在過(guò)去十多年的功放發(fā)展進(jìn)程中，根據(jù)電路的組成、器件的變化和信號(hào)輸入輸出方式的改變可以將其劃分為以下幾個(gè)大的發(fā)展階段：電路從使用單管發(fā)展成如今流行的多管；所用的電子元器件從獨(dú)立電子管進(jìn)化為如今的集成電路；信號(hào)輸出形式從變壓器優(yōu)化到BTL、OTC等高效率輸出形式。其原理

23、實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)為模擬功放的工作過(guò)程，由于它有體積偏大、效率太低等明顯缺點(diǎn)，與音頻功率放大高效、節(jié)能和小型化的發(fā)展趨勢(shì)相矛盾，于是D類(lèi)音頻功率放大器的研究與開(kāi)發(fā)得到了人們的重視和快速發(fā)展，并很快取得了突破性進(jìn)展。我在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用了高效率的D類(lèi)功放為設(shè)計(jì)核心，以D類(lèi)功放最新成果為設(shè)計(jì)思想，并配置5V便攜式電源供電，完全符合產(chǎn)品市場(chǎng)化與用戶(hù)需求[1]。</p><p>　　1.2 音頻功放的概述</p>

24、<p>　　功率放大器從狹義上來(lái)定義就是按需求放大電路的輸出級(jí)，來(lái)達(dá)到驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目的。如耳機(jī)的發(fā)聲、音響的發(fā)聲、儀器儀表指針的偏轉(zhuǎn)等。在低頻放大電路中必須采用低頻功率放大器獲得滿(mǎn)足條件的輸出功率。同理在高頻電路中為了獲得足夠大的高頻輸出，就要采用高頻功率放大器。此設(shè)計(jì)研究的核心是D類(lèi)音頻功放，主要需要涉及的指標(biāo)或參數(shù)有：輸出功率P0、放大器效率n、總諧波失真THD、電源抑制比PS。下面對(duì)其一一進(jìn)行分析：</p>

25、;<p>　　輸出功率P0：因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中電源模塊的功放管的極限參數(shù)如Icm、Pcm等因素的限制，功率放大器就要輸出足夠大的功率P0，這樣才能讓電路各模塊及負(fù)載正常工作，所以輸出最大功率P0也將會(huì)受到限制。</p><p>　　放大器效率n：放大器的效率顧名思義就是功放的輸出信號(hào)功率P0與直流電源供給功放的功率PE之比，即n=(P0/PE)*100%。</p><p>　　總諧

26、波失真：總諧波失真是指輸出信號(hào)與輸入信號(hào)多出的額外諧波成分之比，當(dāng)然必須滿(mǎn)足一個(gè)前提，即用信號(hào)源作為輸入。</p><p>　　電源抑制比：該參數(shù)是指電源電壓的偏差耦合與輸出信號(hào)上的比值，此信號(hào)為模擬電路的輸出信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，電源抑制比越大，音頻功放輸出的音質(zhì)就越好。</p><p>　　功放的主要參數(shù)指標(biāo)為輸出功率和效率，輸出功率的大小和功放的效率值越高，功放的性能越好。然而輸出功率與功

27、放的效率值不能兼顧，是設(shè)計(jì)中需要解決的矛盾。具體來(lái)講，低頻功放的特點(diǎn)是工作效率低，相對(duì)頻帶寬度較寬。相反，高頻功放的工作頻率高，相對(duì)頻帶寬度窄，相對(duì)頻寬只有中心頻率的10%左右。由于高低頻電路存在如此明顯的差別，導(dǎo)致各自的工作狀態(tài)與負(fù)載回路也大不相同。其中，高頻功放除了上述說(shuō)的兩點(diǎn)參數(shù)指標(biāo)外，在設(shè)計(jì)中也需要注意諧波分量不能太大，否則會(huì)對(duì)其它輸出波形的分量造成不必要的干擾。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)所有設(shè)計(jì)的功放和廣播電臺(tái)的諧波輻射有幾個(gè)基本要求：對(duì)電

28、臺(tái)功率來(lái)說(shuō)，不論輸出功率有多大，在靠近電臺(tái)的位置2000m范圍內(nèi)的諧波分量的場(chǎng)強(qiáng)不能大于70uV/m。所以，通過(guò)計(jì)算只有諧波不大于35mW的前提下才滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，否則就會(huì)對(duì)其他頻道產(chǎn)生明顯干擾；一般我們生活中所使用的廣播屬于中波傳輸，不論距離發(fā)射源多遠(yuǎn)，必須滿(mǎn)足各諧波場(chǎng)強(qiáng)與基波場(chǎng)強(qiáng)之比依次不能大于0.2%。基于以上規(guī)定和限制，現(xiàn)在的廣播信號(hào)都已經(jīng)降到了55dB以下[2]。</p><p>　　綜上所述，要想設(shè)計(jì)出

29、高效率的音頻功率放大器，必須妥善的解決功放的效率值和輸出功率的設(shè)計(jì)矛盾，給功率放大器選擇合適的工作狀態(tài)是解決這一矛盾的主要方法，不同的工作狀態(tài)決定了不同的功放效率，也由此將功放分為了下面將要介紹的幾大類(lèi)。</p><p>　　1.3 音頻功放的分類(lèi)</p><p>　　功放的分類(lèi)：傳統(tǒng)的功率放大器主要有A類(lèi)(甲類(lèi))、B類(lèi)(乙類(lèi))、AB(甲乙類(lèi))和D類(lèi)(丁類(lèi))功放。</p>&

30、lt;p>　　眾所周知，放大器工作時(shí)參數(shù)中通有電流流通角，不同的電流流通角可以區(qū)分不同的工作狀態(tài)，對(duì)應(yīng)為不同種類(lèi)的放大器為甲類(lèi)、乙類(lèi)和丙類(lèi)功放。</p><p>　　甲類(lèi)功放的電流流通角為360°，晶體管在整個(gè)周期內(nèi)均處于放大區(qū)，所以輸出信號(hào)的失真很小，常用于小信號(hào)的放大。這類(lèi)功放的缺點(diǎn)是效率很低，理想情況下的效率值才50%左右，且輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍小，不適合大多數(shù)產(chǎn)品的推廣和使用。</p&

31、gt;<p>　　乙類(lèi)功放的電流流通角為180°，晶體管在一個(gè)周期內(nèi)有一半時(shí)間處于放大區(qū)，即輸入信號(hào)只在放大區(qū)內(nèi)才導(dǎo)通，其它時(shí)間均處于截止?fàn)顟B(tài)。盡管如此，理想狀態(tài)下效率仍可達(dá)到78%左右，比甲類(lèi)功放的效率高很多，常運(yùn)用于大功率器件。此類(lèi)功放的缺點(diǎn)是存在明顯的非線(xiàn)性失真，會(huì)導(dǎo)致噪聲大，干擾輸出信號(hào)。</p><p>　　丙類(lèi)功放綜合了前兩種功放的優(yōu)點(diǎn)，將晶體管的導(dǎo)通時(shí)間控制在甲、乙類(lèi)功放之間

32、，即50%～100%，因此兼顧了提高效率和減小失真，實(shí)現(xiàn)了比甲類(lèi)功放效率高，比乙類(lèi)功放失真小。是目前相對(duì)最流行的功放之一。不過(guò)由于其工作原理依然和甲類(lèi)、乙類(lèi)功放沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，也需要采用高精度的ADC進(jìn)行輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)成本高，不利于實(shí)現(xiàn)與推廣[3]。</p><p>　　通過(guò)上面的分析比較可以看出，傳統(tǒng)的功放，即介紹的前三類(lèi)功放，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)主要包括兩個(gè)工作過(guò)程：1、輸入的數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)到模擬語(yǔ)音信號(hào)的轉(zhuǎn)換，該

33、過(guò)程是通過(guò)高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC來(lái)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的，不僅要求設(shè)計(jì)時(shí)將誤差降到最低，其生產(chǎn)成本也很高；2、利用模擬功放進(jìn)行輸入信號(hào)放大，精度要求也很高，在以前的技術(shù)水平很難達(dá)到與實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　從上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始，許多致力于功放設(shè)計(jì)的廠家便開(kāi)始開(kāi)發(fā)自己的數(shù)字音頻功放，不再使用傳統(tǒng)的模擬功放，數(shù)字功放是直接將輸入的語(yǔ)音數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)放大而不用進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這樣不僅節(jié)約了成本，更提高了功放的效率，后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷地發(fā)

34、展，便有了此次設(shè)計(jì)的核心的丁類(lèi)功放，國(guó)際上也稱(chēng)其為D類(lèi)高效率功放。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的核心是D類(lèi)功放，D類(lèi)功放是目前所有功放設(shè)計(jì)方案中效率最高的。通過(guò)查閱相關(guān)資料，總結(jié)出了D類(lèi)功放的主要特點(diǎn)：</p><p>　　效率高，同時(shí)產(chǎn)生的熱量小，可靠性高。耗電量?jī)H為同功率模擬功放的1/3，而且電源實(shí)際使用效率高達(dá)九成。節(jié)約能源，符合環(huán)保要求；</p><p>　

35、　節(jié)能、體積小、重量輕、應(yīng)用數(shù)字化，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)；</p><p>　　動(dòng)態(tài)特性好。沒(méi)有額外的負(fù)載反饋，沒(méi)有了模擬放大信號(hào)源的影響，所以具備了更標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出特征；</p><p>　　可以直接接收數(shù)字音頻信號(hào)源輸出的音頻信號(hào)，并用模擬數(shù)字信號(hào)的方式進(jìn)行信號(hào)放大，體現(xiàn)了功率放大器與數(shù)字音源的完美結(jié)合；</p><p>　　1、失真大。同等條件D類(lèi)功放的失真比較起

36、其他幾類(lèi)功放來(lái)說(shuō)，其失真度尤為明顯，在設(shè)計(jì)中需要采取方法對(duì)其抑制；</p><p>　　2、對(duì)采樣信號(hào)的時(shí)鐘抖動(dòng)很敏感。時(shí)鐘采樣頻率的細(xì)小抖動(dòng)也會(huì)引來(lái)明顯的失真。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須注意這點(diǎn)，在提高最大不失真功率的同時(shí)將失真抑制到最低[4]。</p><p>　　第二章 方案論證與比較</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，本系統(tǒng)的組成方框圖如下圖圖2.1所示

37、。下面將按照設(shè)計(jì)原則對(duì)每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案分別進(jìn)行詳細(xì)的比較與論證。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)組成方框圖</p><p>　　2.1 高效率功率放大器</p><p>　　2.1.1 功率放大器的選擇</p><p>　　方案一：采用A類(lèi)、B類(lèi)、AB類(lèi)非高效率功率放大器。很明顯從前面的原理介紹可知，這三類(lèi)功放的效率均達(dá)不到本設(shè)計(jì)要求

38、。</p><p>　　方案二：采用D類(lèi)功率放大器。由于D類(lèi)功率放大器的工作原理是采用音頻信號(hào)的幅度性調(diào)制輸入不完整的高頻脈沖的幅度。在理想狀態(tài)下，功放管一直工作在高頻狀態(tài)，所以通過(guò)低通濾波器后的輸出音頻信號(hào)具有極高的效率，理論上可達(dá)無(wú)損耗的100%，實(shí)際效率值可以達(dá)到85%至95%，所以此方案符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.1.2 功放核心實(shí)現(xiàn)電路的選擇</p>&

39、lt;p>　　本設(shè)計(jì)的核心就是功放電路的設(shè)計(jì)，采用什么電路形式來(lái)達(dá)到題目要求的性能指標(biāo)，直接關(guān)系到設(shè)計(jì)的成敗與實(shí)現(xiàn)的價(jià)值。所以在設(shè)計(jì)中分別對(duì)其中的脈寬調(diào)制器、高速開(kāi)關(guān)電路、濾波器的選擇、開(kāi)關(guān)管的選擇進(jìn)行方案論證與比較，為最終的設(shè)計(jì)確定最佳方案。</p><p>　　A.脈寬調(diào)制器(PWM)</p><p>　　方案一：采用符合條件的脈寬調(diào)制器，也就是市場(chǎng)上常見(jiàn)的PWM集成塊，但是PW

40、M集成塊通常有電源電壓的限制，而且精度不高，難以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)提出的精度要求。</p><p>　　方案二：使用集成的三角波產(chǎn)生器和比較器組合電路，其優(yōu)點(diǎn)是各部分的實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)單明確，而且能靈活實(shí)現(xiàn)仿真與調(diào)試。而且可以在較低的電壓下工作，所以選擇此方案。具體模塊流程圖如下圖圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 脈寬調(diào)制器流程圖</p><p><b>

41、　　B.高速開(kāi)關(guān)電路</b></p><p>　　方案一：使用推挽單端輸出方式。設(shè)計(jì)電路如下圖圖2.3所示，通過(guò)計(jì)算與測(cè)試，電路輸出載波峰峰值遠(yuǎn)達(dá)不到5V電源電壓，最大輸出功率也達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。此方案不可行。</p><p>　　圖2.3 高速開(kāi)關(guān)電路</p><p>　　方案二：選用H橋型輸出方式。使用這種方式在理想的情況下，載波的峰峰值最高可達(dá)到

42、10V，明顯的提高了輸出功率，經(jīng)計(jì)算，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求和參數(shù)指標(biāo)，所以可以選擇這種輸出電路形式。設(shè)計(jì)電路如下圖圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 H橋型輸出電路</p><p><b>　　C.濾波器的選擇</b></p><p>　　方案一：采用兩個(gè)二階低通濾波器。缺點(diǎn)：負(fù)載上的電壓得不到有效衰減，輸出信號(hào)有噪音干擾，得不到理想的

43、輸出波形。不符合設(shè)計(jì)要求，故不采用此方案。</p><p>　　方案二：采用兩個(gè)完全相同的四階低通濾波器。方案二是方案一的改進(jìn)，在20kHz頻帶的條件下使負(fù)載上的高頻載波電壓得到明顯衰減，而且噪音明顯減少，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　D.開(kāi)關(guān)管的選擇</b></p><p>　　方案一：選用晶體三極管。晶體三極管雖然能夠提供穩(wěn)

44、定的放大作用，但是卻有較大的驅(qū)動(dòng)電流的要求，并存在存儲(chǔ)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)特性不夠好，導(dǎo)致整個(gè)功放的靜態(tài)損耗及開(kāi)關(guān)過(guò)程中的損耗較大。此方案不符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　方案二：選用VMOSFET管。VMOSFET管具有很小的驅(qū)動(dòng)電流以及低導(dǎo)通電阻及良好的開(kāi)關(guān)特性，所以此方案符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.2 信號(hào)變換電路</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，

45、系統(tǒng)采用的輸出方式為浮動(dòng)輸出，所以需要信號(hào)變換電路具有雙端變單端的功能，而且增益最好為1。</p><p>　　方案一：采用數(shù)據(jù)集成放大器組成變換電路。優(yōu)點(diǎn)：精度高；缺點(diǎn)：價(jià)格貴，不符合經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)理念。</p><p>　　方案二：采用差動(dòng)式減法電路。減法電路是由簡(jiǎn)單的單運(yùn)放組成，由于其電路的設(shè)計(jì)功放要求輸出具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，所以對(duì)變換電路的輸入阻抗不高，符合本次設(shè)計(jì)要求。故采用此

46、方案。</p><p>　　2.3 功率測(cè)量電路</p><p>　　方案一：用A/D轉(zhuǎn)換器采樣音頻輸出的有效值，也就是采樣電壓瞬時(shí)值，計(jì)算出平均有效功率，原理框圖如下圖圖2.5所示。此方案的缺點(diǎn)是算法過(guò)于復(fù)雜，軟件采樣點(diǎn)多，工作量大。故不采用此方案。</p><p>　　圖2.5 A/D采樣法功率測(cè)量流程圖</p><p>　　方案二：采

47、用真有效值變換法。考慮到所設(shè)計(jì)的電路圖，功放輸出信號(hào)不是單一的頻率，所以必須采用真有效值變換值電路。原理框圖如下圖圖2.6所示。這個(gè)方案需要采用真有效值轉(zhuǎn)換芯片，進(jìn)而計(jì)算出音頻信號(hào)電壓的有效值，然后用A/D轉(zhuǎn)換器采樣該有效值，用單片機(jī)很容易便采樣計(jì)算出平均功率。相比方案一很明顯工作量小，速度快而且精度高。</p><p>　　圖2.6 真有效值變換功率測(cè)量流程圖</p><p>　　第三章

48、 各模塊電路原理分析與計(jì)算</p><p><b>　　3.1 調(diào)制電路</b></p><p>　　PWM調(diào)制電路是建立在每一個(gè)特定時(shí)間間隔能量類(lèi)似于正弦波所包含能量的概念上發(fā)展優(yōu)化而來(lái)的一種脈寬調(diào)制法，即三角波調(diào)制法。為了在整個(gè)電路的輸入端得到盡量接近于正弦波的脈寬調(diào)制波形，可以直接把正弦波在任意一個(gè)周期內(nèi)在時(shí)間上劃分成N等份，這樣每一份脈寬都是2π/N?？梢苑?/p>

49、別由此計(jì)算出在每個(gè)時(shí)間間隔中正弦波所包含的面積，在前面每個(gè)特定的時(shí)間間隔中，都可以用一個(gè)脈寬波形與之對(duì)應(yīng)的正弦波所包含的的面積成比例或者相等，可是其脈沖幅度都近似等于UΔm的矩形電壓脈沖代替的那部分正弦波模塊，這樣的N個(gè)不相等的寬度的脈沖就會(huì)組成一個(gè)和正弦波等效果的調(diào)制波形。我假設(shè)輸入信號(hào)的正弦波幅值為Um，其等效波形的幅值為UΔm，則每個(gè)等效矩形脈沖波寬度L為：</p><p>　　L = 2Um/UΔm*s

50、inβ*sin(π/N) (3.1)</p><p>　　注：β=(2πi/N) - (π/N)，i = 1,2,3,... ,N</p><p>　　由于計(jì)算過(guò)程與分析太過(guò)復(fù)雜，便不一一在此贅述。從上述表達(dá)式可分析出：在N大于20的前提下，當(dāng)載波比N固定時(shí)，脈沖寬度與分段中心角的正弦值成正比關(guān)系，輸出端產(chǎn)生的矩形脈沖的寬度等于正弦波的幅值和三角波的幅值之比。

51、所以，其基波和諧波的各個(gè)幅值表達(dá)式如式(3.2)所示：</p><p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　從上式可以很容易得出結(jié)論：脈沖寬度δi和調(diào)幅比Um/UΔm有關(guān)，但是基波幅值Uml和諧波幅值Umn又與脈沖寬度δi有關(guān)[5]。</p><p>　　3.2 高速開(kāi)關(guān)橋式電路</p><p>　　高速

52、開(kāi)關(guān)橋式電路原理圖如下圖圖3.1所示。有原理圖可知，由于整個(gè)電路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以輸出管的功率損耗極低，而且做功功率可以達(dá)到很高。經(jīng)此開(kāi)關(guān)電路調(diào)制后的信號(hào)從IN1和IN2輸入，Q1～Q4為前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，為了得到較大的驅(qū)動(dòng)電壓，在此我選擇了9012、9013對(duì)管，經(jīng)測(cè)試完全可以驅(qū)動(dòng)VMOS管和IRF540。VMOS管的優(yōu)點(diǎn)是不僅開(kāi)關(guān)速率極高，而且抗干擾能力強(qiáng)，開(kāi)啟電壓高。經(jīng)調(diào)制后的信號(hào)見(jiàn)下圖圖3.2.2所示。當(dāng)輸入電壓為負(fù)時(shí)，Vout1

53、占空比小于50%，Vout2占空比不僅略大于50%，而且其脈沖寬度隨負(fù)音頻電壓的有效值的增大而變寬。當(dāng)輸入電壓為空時(shí)，Vout1和Vout2占空比相等，都為50%，所以此時(shí)無(wú)電流通過(guò)。</p><p>　　圖3.1 高速開(kāi)關(guān)橋式電路</p><p><b>　　圖3.2 調(diào)制電路</b></p><p>　　3.3 三角波產(chǎn)生電路</p&

54、gt;<p>　　三角波產(chǎn)生電路采用精密電壓比較器LM311和滿(mǎn)幅運(yùn)放TLC4502產(chǎn)生輸入信號(hào)，既能保證可以產(chǎn)生良好的線(xiàn)性三角波信號(hào)輸入，也可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的拓展部分中對(duì)功放在低電壓下也能正常工作的要求。其次載波頻率的設(shè)定除了要考慮抽樣定理以外，也要考慮電路功能的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算，選擇四階Butterworth LC濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且選用頻率為160KHz的載波，可使輸出端對(duì)載波頻率的衰減達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以我選擇在設(shè)計(jì)中

55、將載波頻率設(shè)為160KHz。下面是三角波電路設(shè)計(jì)中一些電路參數(shù)的計(jì)算：</p><p>　　在設(shè)定電源電壓為5V的情況下，將比較器的3腳與運(yùn)算放大器的5腳相連，同時(shí)為了穩(wěn)定的輸出和方便計(jì)算，設(shè)定R8為2.5V，設(shè)輸出的對(duì)稱(chēng)三角波幅度為1V，Vp-p=2V。選定R10為100K，并且忽略不計(jì)比較器在高電平時(shí)電阻的壓降，則有R9的求解過(guò)程如下所示：</p><p>　?。?

56、 (3.3)</p><p>　　經(jīng)過(guò)計(jì)算，除去小部分壓降損耗，取R9為39KΩ。</p><p>　　在理論值計(jì)算時(shí)選定的穩(wěn)定工作頻率為f=160KHz，設(shè)定R6+R7=19KΩ，電容恒流放電或是充電穩(wěn)定電流為：</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　則電容兩端的最大電壓值可

57、設(shè)定為：</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　上述表達(dá)式中，VC4的最大值為2V，T1為半周期，很容易有：</p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　在上式(3.6)中，取C4=220pF，R7=10KΩ，R6為20kΩ可調(diào)電位器，目的是讓其

58、振蕩頻率f在150KHz有較大的調(diào)節(jié)范圍。</p><p><b>　　3.4 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)需要和前面開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì)原理可知，開(kāi)關(guān)電路中的功率開(kāi)關(guān)管相比輸入電路具有非常大的功率，所以需要在比較器的后端加入驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)此模塊我的設(shè)計(jì)思路大致是這樣的：首先驅(qū)動(dòng)電路必須具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，才能為開(kāi)關(guān)管電容進(jìn)行快速的充放電，從而達(dá)到功率開(kāi)關(guān)管

59、的目的。在實(shí)際使用和生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)N、P型的功率開(kāi)關(guān)管出現(xiàn)同時(shí)開(kāi)啟的不正常狀況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電源通過(guò)串聯(lián)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管直接短路而且不會(huì)經(jīng)過(guò)負(fù)載。這是因?yàn)橛捎诒容^器輸出PWM的脈沖信號(hào)前后沿會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏差以及開(kāi)關(guān)管柵極電容和溝道存儲(chǔ)電荷的存在，這種情況會(huì)非常危險(xiǎn)，這就相當(dāng)于于在兩個(gè)管子上形成VDD大小的電源電壓，此開(kāi)關(guān)管的電阻非常小，加之電壓相對(duì)比較大，短路時(shí)流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流就會(huì)很大，一般會(huì)造成能量的無(wú)效耗損，而且嚴(yán)重的情況下會(huì)很容易燒毀

60、功率管。為了避免此等情況的發(fā)生，因此也有必要通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路在輸出脈沖信號(hào)中加入一小段死區(qū)時(shí)間，即在該段時(shí)間內(nèi)，N、P型開(kāi)關(guān)管會(huì)同時(shí)關(guān)斷[7]。</p><p>　　通過(guò)對(duì)實(shí)際電路的設(shè)計(jì)與仿真分析后，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路引入的死區(qū)時(shí)間會(huì)有明顯影響D類(lèi)音頻功放的諧波失真的情況，而且隨著死區(qū)時(shí)間的增加，諧波失真的問(wèn)題就會(huì)更嚴(yán)重。所以在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，對(duì)死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)短的設(shè)置要仔細(xì)，既要保證不會(huì)造成能量過(guò)多的無(wú)效耗損，也要盡量縮短死區(qū)

61、時(shí)間，以改善D類(lèi)音頻功放的最大不失真效率。</p><p>　　經(jīng)過(guò)分析，符合本設(shè)計(jì)的要求條件的驅(qū)動(dòng)電路必須要具備以下兩種功能：一是要具備電路保護(hù)的功能，當(dāng)整個(gè)功放電路輸出出現(xiàn)過(guò)流或者是過(guò)溫等緊急情況時(shí)，要能安全的封鎖兩路脈沖信號(hào)的輸出，以達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)的功能，二是能夠在兩路輸出脈沖波之間形成合適的死區(qū)時(shí)間。</p><p>　　該驅(qū)動(dòng)電路包含了上下兩路電路。其中，輸入信號(hào)為輸出的PWM脈沖

62、信號(hào)，PWM1用來(lái)驅(qū)動(dòng)N型功率開(kāi)關(guān)管，PWM2用來(lái)驅(qū)動(dòng)P型功率開(kāi)關(guān)管。EN為高電平有效的使能控制模塊的輸出信號(hào)，默認(rèn)值為低電平。當(dāng)整個(gè)電路出現(xiàn)過(guò)流過(guò)溫等突發(fā)情況時(shí)，EN輸出高電平，從而斷開(kāi)全橋功率開(kāi)關(guān)電路。</p><p>　　該驅(qū)動(dòng)電路的工作原理：當(dāng)PWM信號(hào)從低電平變化為高電平時(shí)，首先是PWM1變?yōu)榈碗娖剑瑪嚅_(kāi)NMOS開(kāi)關(guān)管，然后才是PWM2再變?yōu)榈碗娖?，打開(kāi)PMOS開(kāi)關(guān)管，進(jìn)入正常工作狀態(tài)；反之當(dāng)PWM從高

63、電平變化為低電平時(shí)，首先是PWM2先變?yōu)榈碗娖?，關(guān)閉NMOS開(kāi)關(guān)功率管，然后才是PWM1變?yōu)榈碗娖?，開(kāi)啟PMOS開(kāi)關(guān)功率管。在實(shí)時(shí)測(cè)量設(shè)計(jì)中，根據(jù)需要通過(guò)改變電容C1、C2的值、m1～m6的尺寸以及反相器U5、U6、U9的參數(shù)以達(dá)到調(diào)整死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)短的目的。</p><p>　　3.5 低通濾波器模塊電路</p><p>　　低通濾波模塊電路圖如下圖圖3.3所示。四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)入

64、感性負(fù)載，將其分成兩組，成對(duì)輪流導(dǎo)通，其中一對(duì)導(dǎo)通時(shí)另外一對(duì)就必然截止。在設(shè)計(jì)中我使用了兩個(gè)完全相同的四階Butterworth 濾波器，利用Butterworth 濾波器高頻衰減快的特點(diǎn)，能夠避免兩對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管處于同時(shí)截止或是導(dǎo)通狀態(tài)，電路的設(shè)計(jì)保證了任何一對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的截止不會(huì)和另外一對(duì)的導(dǎo)通時(shí)間相重疊，受調(diào)制后輸出的方波能夠使開(kāi)關(guān)管盡可能快的改變現(xiàn)有狀態(tài)，大大縮短了其工作在線(xiàn)性工作區(qū)的時(shí)間，使效率得到明顯提高。通過(guò)軟件仿真與理論值的計(jì)

65、算，最后確定C1=1uF，C2=0.48uF，L1=22uH，L2=47uH。</p><p>　　圖3.3 低通濾波器模塊電路</p><p>　　3.6 信號(hào)變換模塊電路</p><p>　　信號(hào)變換模塊電路圖如下圖圖3.5所示。根據(jù)設(shè)計(jì)需要的要求此模塊電路將雙端轉(zhuǎn)換為單端輸出，所以采用運(yùn)放OP07就可以滿(mǎn)足20K的帶寬要求。R1=R2=R3=R4=22kΩ，R

66、5=796Ω即可，令增益為1。由于此模塊的工作原理比較簡(jiǎn)單，便不在此贅述。</p><p>　　圖3.5 信號(hào)變換模塊電路</p><p>　　3.7 整體電路性能仿真</p><p>　　最后，對(duì)整體電路進(jìn)行分析。首先是對(duì)系統(tǒng)的瞬態(tài)輸入分析，在這個(gè)設(shè)計(jì)中是采用了一個(gè)正弦波信號(hào)進(jìn)行模擬輸入仿真，在仿真時(shí)選用D類(lèi)音頻功放的輸入VINN幅值是0.5V、頻率為1KHz的

67、正弦波信號(hào)，VINP為1V，增益為12dB的直流信號(hào)，其中負(fù)載值為8Ohm。其具體設(shè)計(jì)完成后的整個(gè)原理圖如下圖圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 D類(lèi)功率放大器整體設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　考慮到此設(shè)計(jì)電路是由數(shù)?；旌辖M成的電路，將其設(shè)計(jì)成實(shí)物時(shí)就需要把數(shù)字電路和模擬電路集成到同一塊芯片上，為了使數(shù)字電路產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)噪聲通過(guò)可能的各種途徑對(duì)模擬電路的不良影響降低到最小，所以

68、設(shè)計(jì)過(guò)程中需要采取有效的隔離措施。設(shè)計(jì)中我將電路中的模擬地和數(shù)字地分隔開(kāi)，并將模擬區(qū)域與數(shù)字區(qū)域用隔離環(huán)相隔開(kāi)，使其保持足夠的距離。其次對(duì)于敏感的模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)屏蔽，防止受到周?chē)h(huán)境或其它信號(hào)的干擾，對(duì)于一些敏感的輸入信號(hào)不僅要注意避免周邊環(huán)境的干擾還要盡可能的注意匹配相應(yīng)的輸出信號(hào)端口，所以都要進(jìn)行屏蔽。對(duì)于一些不穩(wěn)定或是頻繁變化的數(shù)字信號(hào)，在布線(xiàn)區(qū)域內(nèi)將其隔開(kāi)，防止干擾周?chē)挠杏眯盘?hào)。同時(shí)需要注意的是在沒(méi)有器件的位置和走線(xiàn)比較稀疏

69、的地方多打接觸孔，并且與地連接。這樣做的好處是減少干擾的同時(shí)手機(jī)電路中的噪聲電流，起到穩(wěn)定襯底電位的作用。</p><p>　　由上述的分析可以看到電路布局的合理性與最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著密不可分的聯(lián)系，只有合理的布局才會(huì)將系統(tǒng)干擾與測(cè)試誤差降至最低?？紤]到實(shí)際板子的大小和元器件的大小和數(shù)量，本設(shè)計(jì)的最終整體模塊布局如下圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 D類(lèi)音頻功率放大器整體模塊

70、布局</p><p>　　第四章 系統(tǒng)仿真測(cè)試及數(shù)據(jù)分析</p><p><b>　　4.1 測(cè)試儀器</b></p><p>　　測(cè)試儀器及型號(hào)如下：</p><p>　　WD990穩(wěn)壓電源 E51/L仿真機(jī)</p><p>　　V-1065A 示波

71、器 JH811 晶體管毫伏表</p><p>　　VC201型數(shù)字式萬(wàn)用表 SG1643型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　Windows xp系統(tǒng) PC機(jī) (128M內(nèi)存)</p><p>　　4.2 測(cè)試及仿真結(jié)果</p><p>　　1、3dB通頻帶的測(cè)量結(jié)果

72、如下表1：</p><p>　　表1 通頻帶測(cè)量數(shù)據(jù)</p><p>　　最大不失真功率測(cè)量結(jié)果如下表2：</p><p>　　表2 最大不失真功率測(cè)量數(shù)據(jù)</p><p>　　功率放大器效率測(cè)量的測(cè)量結(jié)果如下表3：</p><p>　　表3 功放效率測(cè)量數(shù)據(jù)</p><p>　　4、電壓

73、放大倍數(shù)的測(cè)量增益變化范圍為0～22。</p><p>　　5、低頻噪聲電壓的測(cè)量值等于8.9mV。</p><p>　　6、PWM模塊仿真結(jié)果如下圖圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 脈寬調(diào)制模塊仿真電路圖</p><p>　　低通濾波模塊仿真結(jié)果如下圖圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 低通

74、濾波模塊仿真電路圖</p><p><b>　　4.3 結(jié)果分析</b></p><p>　　1.從上述測(cè)試數(shù)據(jù)可以看到，功放效率和最大不失真效率與理論值還是存在一定的偏差。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，我認(rèn)為產(chǎn)生誤差主要有以下幾個(gè)大的方面：由4個(gè)電感產(chǎn)生的直流電阻引起的低通濾波模塊的損耗；功放電路存在一定的靜態(tài)損耗，其中包括音頻前置放大電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路、PWM調(diào)制器；功放輸出電路

75、的損耗對(duì)效率和最大不失真輸出功率也均會(huì)產(chǎn)生誤差。另外，H橋的互補(bǔ)激勵(lì)脈沖達(dá)不到理論上的同步，便會(huì)產(chǎn)生功率損耗。</p><p>　　2.功率測(cè)量值存在較明顯的誤差，這里除了1:1變換電路引起的誤差外，A/D轉(zhuǎn)換器也會(huì)帶來(lái)一定的誤差。盡管在理論上設(shè)計(jì)的電路精度已經(jīng)很高很精確，但是每一個(gè)操作流程和設(shè)計(jì)都會(huì)帶來(lái)誤差，而且不可避免，只能努力使其降低對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的影響。此外，測(cè)量?jī)x器本身也會(huì)帶來(lái)一定的誤差。</p&

76、gt;<p>　　3.從表2中得到的測(cè)量數(shù)據(jù)可得在3dB通頻帶為300~3400Hz的前提下，Pmax最小取值也為0.64W，即640mW，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)條件：最大不失真輸出功率大于100mW。</p><p>　　4.從測(cè)試結(jié)果4可以看到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)條件：輸入阻抗大于10kΩ，電壓放大倍數(shù)1∽20連續(xù)可調(diào)(0∽22)。</p><p>　　5.從表3中得到的測(cè)量數(shù)據(jù)可看出雖然在P0等

77、于100mW時(shí)效率僅為59%，但是當(dāng)P0大于100mW時(shí)效率大于60%。滿(mǎn)足設(shè)計(jì)條件：在最大不失真輸出功率大于100mW時(shí)測(cè)量的功率放大器效率大于60% 。</p><p>　　6.從測(cè)試結(jié)果4可以看到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)條件：在輸入端對(duì)地交流短路時(shí)測(cè)量的前提下，低頻噪聲電壓(20kHz以下)小于10mV，并且電壓放大倍數(shù)為10。</p><p><b>　　4.4 改進(jìn)措施</b&g

78、t;</p><p>　　總結(jié)以上仿真和測(cè)試中出現(xiàn)的不足與缺陷，并結(jié)合到實(shí)際中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，在后續(xù)的設(shè)計(jì)和完善中，我們可以從以下幾個(gè)方面對(duì)設(shè)計(jì)加以改進(jìn)：</p><p>　　1、設(shè)法減小電路中功率的損耗，其中又包括動(dòng)態(tài)損耗和靜態(tài)損耗。具體到每個(gè)模塊實(shí)際的改動(dòng)，可以減小運(yùn)放和比較器的靜態(tài)功耗、進(jìn)一步減小低通濾波器模塊里電感的直流電阻、選用導(dǎo)通電阻更小的VMOSFET管等等。</p&g

79、t;<p>　　2、數(shù)字電路和模擬電路完全分開(kāi)，且分別供電，并在各部分加上隔離環(huán)，以減小相互的影響。</p><p>　　3、充分考慮各器件的匹配性，尤其是模擬電路中器件的分布。</p><p>　　4、電阻、電容上少走線(xiàn)或不走線(xiàn)，以減少電流信號(hào)的干擾。</p><p><b>　　第五章 電路調(diào)試 </b></p>

80、<p>　　整個(gè)音頻功放設(shè)計(jì)在通過(guò)仿真與測(cè)量后，接下來(lái)就需要進(jìn)行電路調(diào)試。只有通過(guò)了正確的系統(tǒng)調(diào)試才能讓各模塊電路穩(wěn)定正常工作。在本次設(shè)計(jì)中我所用到的具體的調(diào)試方法主要有：通電檢查、測(cè)試與調(diào)整、不通電檢查、整機(jī)聯(lián)調(diào)。下面對(duì)其做具體介紹。</p><p>　　5.1 不通電檢查 </p><p>　　電路連線(xiàn)完成后，首先要檢查連線(xiàn)是否正確，是否和原理圖上的連線(xiàn)完全一樣。包括多線(xiàn)、

81、少線(xiàn)、錯(cuò)線(xiàn)的檢查。導(dǎo)致這些問(wèn)題的一般操作是由于在焊接時(shí)看錯(cuò)引腳或是在修改時(shí)忘了修改先前的線(xiàn)所造成的。這些是在操作過(guò)程中很常見(jiàn)的問(wèn)題，而且在檢查錯(cuò)誤時(shí)又不容易發(fā)現(xiàn)，所以在連接線(xiàn)時(shí)一定要小心操作，對(duì)此，我在插線(xiàn)時(shí)是嚴(yán)格按照原理圖逐一檢查的連線(xiàn)，或者是按照實(shí)際的PCB連線(xiàn)版圖檢查每個(gè)元器件的引腳連線(xiàn)是否有誤。當(dāng)然，無(wú)論按照什么規(guī)則檢查錯(cuò)誤，都要注意將已經(jīng)檢查的線(xiàn)路標(biāo)記區(qū)分出來(lái)。此外，其它的排錯(cuò)操作也要進(jìn)行，如測(cè)量電源端和接地端的電阻阻值，檢查

82、接地端與電源電路是否有短接的情況等等。</p><p><b>　　5.2 通電檢查 </b></p><p>　　通電之前再整體檢查一下電路有無(wú)其它異常情況。如無(wú)問(wèn)題接通電源，通電后仔細(xì)觀察電路是否有不正常的現(xiàn)象，比如電路內(nèi)部有無(wú)異常聲響、電路有無(wú)冒煙、芯片或元件有無(wú)發(fā)燙的情況、是否聞到異味、電源是否短路等等。其中特別要注意的是用手觸摸元件或芯片時(shí)一定不能接觸其引腳

83、及其它導(dǎo)電部位，防止人體的靜電對(duì)芯片或元件造成損害或?qū)﹄娐樊a(chǎn)生不良影響，只能觸摸元件和芯片的塑膠外殼等其它不導(dǎo)電部分。通電后電路如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象應(yīng)當(dāng)馬上關(guān)掉電源，根據(jù)不同的現(xiàn)象判斷故障出現(xiàn)的位置及原因，待故障排除后即可重新接入通電，以保證電路能正常工作。</p><p><b>　　5.3 測(cè)試與調(diào)整</b></p><p>　　測(cè)試階段是在整個(gè)電路組裝完成后對(duì)其電路

84、參數(shù)以及工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。調(diào)整階段就是指在測(cè)試的基礎(chǔ)上對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行合理修正，以保證電路正常工作且誤差在可控范圍內(nèi)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)在電路組裝階段我采用的是一邊安裝一邊調(diào)試的方法，也就是把整個(gè)電路分模塊進(jìn)行安裝調(diào)試。其中又包括靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試兩個(gè)方案。</p><p>　　1. 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是指在沒(méi)有外界信號(hào)輸入的前提下測(cè)試電路中各個(gè)點(diǎn)的電位情況。比如以前學(xué)習(xí)模電

85、時(shí)測(cè)量電路中的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)就用到了這個(gè)方法。把測(cè)出的數(shù)據(jù)與原設(shè)計(jì)值對(duì)比，如果超出了設(shè)計(jì)允許范圍，則要分析其出現(xiàn)的原因并進(jìn)行電路修改。</p><p>　　2. 動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試的原理是利用電路上級(jí)的輸出信號(hào)作為下級(jí)的輸入信號(hào)。主要包括信號(hào)的幅值、相位的關(guān)系、波形的形狀、放大倍數(shù)、頻率及輸出的動(dòng)態(tài)范圍等等。雖然模擬電路的原理分析比較復(fù)雜抽象，但是只要器件選擇合適，直流的工作狀態(tài)正常，邏輯關(guān)系就不會(huì)有太大的問(wèn)題

86、。數(shù)字電路的調(diào)試相對(duì)模擬電路來(lái)說(shuō)，由于集成度比較高所以調(diào)試的工作量一般不太大，主要來(lái)講只有兩個(gè)方面，即測(cè)試電平轉(zhuǎn)換的效率以及測(cè)試電路的工作速度，需要注意的是在測(cè)試電平轉(zhuǎn)換效率的時(shí)候要取有效電平進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算[6]。</p><p><b>　　5.4 整機(jī)聯(lián)調(diào)</b></p><p>　　在將各個(gè)分立模塊調(diào)試完成后，需要將個(gè)模塊的電路連接起來(lái)，觀察整體電路的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象，

87、并將各個(gè)相關(guān)的測(cè)量?jī)x器設(shè)備接入電路中相應(yīng)的位置，將其測(cè)量結(jié)果一一與設(shè)計(jì)指標(biāo)比較，找出其問(wèn)題，做進(jìn)一步修改與完善，直到完全符合設(shè)計(jì)要求為止。注意在調(diào)試過(guò)程中要以客觀數(shù)據(jù)為依據(jù)，不能單憑感覺(jué)和印象作為調(diào)試結(jié)果。</p><p>　　第六章 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得</p><p><b>　　6.1 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　6.1.1 原理圖設(shè)

88、計(jì)總結(jié)</p><p>　　設(shè)計(jì)初期，在剛開(kāi)始設(shè)計(jì)原理圖時(shí)可能會(huì)感到很棘手，不知道選擇什么芯片，不知道哪種電路設(shè)計(jì)思路更加容易實(shí)現(xiàn)。這時(shí)候我們可以參考一下現(xiàn)有類(lèi)似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理。原理圖設(shè)計(jì)可以有這種“拿來(lái)主義”的精神。因?yàn)楝F(xiàn)在的我們并沒(méi)有很好的理論知識(shí)，也沒(méi)有很多的設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在所有的芯片廠家都會(huì)為用戶(hù)提供典型的參考設(shè)計(jì)原理圖，所以我們要學(xué)會(huì)利用這些資源。在學(xué)習(xí)和了解了這些參考設(shè)計(jì)原理圖后，我們可以根據(jù)自己的

89、理解適當(dāng)做一些發(fā)揮和創(chuàng)新。這樣，屬于我們自己設(shè)計(jì)的電路圖就完成了。</p><p>　　6.1.2 電路安裝過(guò)程總結(jié)</p><p>　　當(dāng)我們確立好設(shè)計(jì)思路以及選定了電路主芯片后，那么關(guān)鍵就在于外圍電路的設(shè)計(jì)，主要包括電源電路與幾大功能模塊電路的互連以及與外圍設(shè)備的鏈接了。在安裝電路之前要認(rèn)真檢查畫(huà)好的項(xiàng)目接線(xiàn)圖。如果圖紙上有錯(cuò)誤，那么無(wú)論如何也安裝不出正確的電路了。在實(shí)物焊接前要做好焊

90、接準(zhǔn)備工作，如先將工具和元器件準(zhǔn)備好并檢查元器件是否完好無(wú)損。在實(shí)際焊接操作中我們要遵循優(yōu)先焊接小元件的準(zhǔn)則，因?yàn)檫@樣既可以提升我們焊接的速度又能夠更加方便進(jìn)行焊接的操作，節(jié)約焊接時(shí)間，提升焊接效果。</p><p>　　6.1.3 單元電路調(diào)試總結(jié)</p><p>　　在準(zhǔn)備調(diào)試單元電路之前一定要做相應(yīng)的檢查，比如檢查單元電路在焊接過(guò)程中有沒(méi)有短路和管腳搭錫而連在一起的情況，檢查元器件位

91、置是否擺放妥當(dāng)，另外也要用萬(wàn)用表逐個(gè)檢查電源和地模塊是否存在短路等等。</p><p>　　6.1.4 PCB設(shè)計(jì)總結(jié)</p><p>　　PCB設(shè)計(jì)中要做到目的明確，布線(xiàn)規(guī)范，布局合理，便于生產(chǎn)。布線(xiàn)時(shí)對(duì)于十分重要或敏感的信號(hào)線(xiàn)要注意布線(xiàn)的長(zhǎng)度和周?chē)沫h(huán)境。對(duì)于對(duì)整體電路有明顯影響的信號(hào)線(xiàn)也要放在的較高的布線(xiàn)優(yōu)先級(jí)別。在本設(shè)計(jì)電路中，重要的部分有：電源線(xiàn)的分割和控制線(xiàn)的布局等等。<

92、/p><p>　　6.1.5 整機(jī)調(diào)試總結(jié)</p><p>　　整機(jī)調(diào)試指的是先調(diào)試各個(gè)分立模塊，在每個(gè)分立模塊的功能都準(zhǔn)確無(wú)誤地實(shí)現(xiàn)后再對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)功能測(cè)試的過(guò)程。就此次設(shè)計(jì)項(xiàng)目而言，音頻功放的主要性能指標(biāo)有輸出功率、輸出阻抗、阻尼系數(shù)、頻率響應(yīng)、失真度、信噪比等等。由于不同的廠家測(cè)量的方法以及生產(chǎn)的產(chǎn)品不一樣，所以輸出功率出現(xiàn)了一些不太相同的叫法。比如音樂(lè)輸出功率，最大輸出功率，額定

93、輸出功率，峰值輸出功率。雖然在命名上看似有所區(qū)別，不過(guò)意義都是大同小異。比如：峰值功率是指在最大不失真的情況下功放所能輸出的最大功率；額定輸出功率則是指當(dāng)諧波失真度為15%左右時(shí)的平均輸出功率，在本設(shè)計(jì)中被稱(chēng)作最大有用功率。</p><p><b>　　6.2 設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　至此，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)流程便基本完成了。在實(shí)現(xiàn)這個(gè)D類(lèi)音頻功率放

94、大器的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中主要完成的工作有以下這些：通過(guò)引入反饋結(jié)構(gòu)很大程度上減少了D類(lèi)音頻功率放大器的總諧波失真(THD)；研究和設(shè)計(jì)了基于PWM調(diào)制技術(shù)的D類(lèi)音頻功率放大器的工作原理及工作模式；通過(guò)引入斬波技術(shù)大大減少系統(tǒng)輸入端的失調(diào)電壓和輸入噪聲；完成了D類(lèi)音頻功放的版圖設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)；在設(shè)計(jì)中采用雙路調(diào)制方案，一方面，除去了輸出級(jí)的低通濾波器所產(chǎn)生的噪聲，另一方面抑制了系統(tǒng)的靜態(tài)功耗，提高了工作效率。</p><

95、;p>　　就設(shè)計(jì)的整體思路和可實(shí)現(xiàn)性的角度來(lái)來(lái)看，本論文完全按照實(shí)際的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)思想，按照從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到具體單元電路結(jié)構(gòu)的流程闡述了所設(shè)計(jì)的D類(lèi)音頻功率放大器。</p><p>　　限于本人水平有限，設(shè)計(jì)原理和論文描述有不合理或者表述不清楚的地方，還望大家批評(píng)指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1

96、] 劉羽.基于CDMA網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào),2009年05期.</p><p>　　[2] 馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.</p><p>　　[3] 李華.MCS—51系列單片實(shí)用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.</p><p>　　[4] [美]Mar

97、k Nelson 著.串行通信開(kāi)發(fā)指南(第二版)[M].瀟湘工作室譯,出版日期:2009年9月第一版.</p><p>　　[5] 江修汗.計(jì)算機(jī)控制原理與應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社.2010.</p><p>　　[6] 宋軍,曹蕾,錢(qián)鍵生,朱乃鵬.多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜分析.通信技術(shù)[J].2011.</p><p>　　[7] 高吉祥.全國(guó)大學(xué)

98、生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程[M],模擬電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007,2.43～51.</p><p>　　[8] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社,2007,10.37～54.</p><p>　　[9] 何立民,沈緒榜主編.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編(8)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010,10.</p><p>

99、　　[10] 宣月清,馮軍.電子線(xiàn)路線(xiàn)性部分.北京:高等教育出版社,2009,05.</p><p>　　[11] 高吉祥.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程--電子儀器儀表設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社,2007,7.</p><p>　　[12] 談文心,鄧建國(guó)主編.高頻電子線(xiàn)路.西安:西安交通大學(xué)出版社,2006.</p><p>　　[13] Z.Johns H

100、opk.APL Technical Digest[M].v22,n4,October/December,2001.</p><p>　　[14] W.R.Smy the Ststic and Dynamic Electricity[M].McGraw-Hill Book Company,2001</p><p>　　[15] Chinese Science Bulletin.Vol.38

101、NO 24,December,2013,2088-2092.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在此本科學(xué)位論文即將完成結(jié)稿之際，首先要感謝我的導(dǎo)師黃老師。如果沒(méi)有黃老師的幫助，我是不會(huì)如此順利地完成我的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文的。從六個(gè)月前的論文選題開(kāi)始，時(shí)至今日順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，也就是D類(lèi)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)。黃老師為了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)

102、傾注了大量的心血和時(shí)間，和我一起搜集資料，查閱書(shū)籍，在設(shè)計(jì)遇到困難時(shí)為我整理思路，幫我解決難題。黃老師，在此我對(duì)您表示衷心地感謝！同時(shí)我還要感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給了我極大的支持和幫助的各位老師和同學(xué)們，也是有了你們的幫助才讓我少走了很多彎路，讓我有了勇氣在遇到困難時(shí)不退縮，不放棄，并最終戰(zhàn)勝了困難。</p><p>　　“不積跬步無(wú)以至千里，不積小流無(wú)以成江?！保@次畢業(yè)設(shè)計(jì)之所以最終能夠完成，主要?dú)w功于四年間我的

103、各位專(zhuān)業(yè)老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)的教學(xué)態(tài)度，才讓我能夠很好的掌握所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。也正是你們長(zhǎng)期不懈的支持和幫助才讓我的畢業(yè)論文得以實(shí)現(xiàn)。在此我向我大學(xué)里所在的學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院的全體老師再次表達(dá)衷心的感謝：謝謝你們，謝謝四年來(lái)對(duì)我的辛勤栽培！</p><p>　　附錄A：PCB布線(xiàn)圖</p><p>　　圖附：D類(lèi)音頻功率放大器PCB布線(xiàn)圖</p><p><b&g