D类功率放大器毕业论文

郑州师范学院毕业论文论文题目：D类功率放大器系（部）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：职称：2014年月日1目录中文摘要................................................................1英文摘要................................................................1引言...................................................................41.D类功率放大器介绍....................................................41.1D类功率放大器的定义................................................41.2D类功放的电路组成及工作原理........................................51.3D类功放的要求......................................................61.4D类功率放大器的特点................................................61.5D类功放的应用......................................................71.5.1便携类应用........................................................71.5.2平板电视.........................................................72.关于TBH8922BTH的介绍................................................72.1TDA8922BTH的内部结构...............................................72.2TDA8922BTH的封装及各引脚功能.......................................82.2.1TDA8922BTH各引脚功能.............................错误!未定义书签。2.3TDA8922BTH的典型应用电路............................................93.硬件制作与调试.......................................................93.1基于TDA8922BTH芯片D类功放的PCB板制作............................93.1.1软件介绍........................................................103.1.2D类功放PCB板的布线要求.........................................103.1.3D类功放的PCB板散热设计.........................................103.2D类功放的干扰.....................................................113.3调试过程及步骤....................................................123.3.1测试仪器........................................................123.3.2测试方法........................................................123.3.3电源部分的调试过程..............................................1223.3.4D类功放的调试过程.....................................13致谢.......................................................14参考文献....................................................153D类功率放大器摘要:本项目设计的是具有高效、节能、数字化、体积小、重量轻等特点的D类音频功率放大器，适应便携设备高效节能的客观需求，顺应了市场的需求，从而在音频模拟集成领域具有很大的优势。项目使用TDA8922BTH芯片，采用先进的调制技术，它改进了PWM方案，使功放效率提升至90%左右。其工作原理为：输入信号与三角波信号在通过比较器比较之后，产生一个脉冲信号，送至前置放大电路，再经过低通滤波器滤波，以保证输出信号在一定的带宽内。关键词：D类功率放大器脉宽调制应用ClassDpoweramplifierAbstract：Theprojectdesignishighlyefficient,energysaving,digital,smallsizeandlightweightcharacteristicsofClassDaudiopoweramplifiertomeettheobjectiveofenergy-efficientportabledevicesdemand,inlinewithmarketdemand,resultinginalargefieldofaudioanalogintegratedadvantage.ProjectusesTDA8922BTHchipsusingadvancedmodulationtechnology,whichimprovesthePWMscheme,thepoweramplifierefficiencyto90%.Itsworkingprincipleis:theinputsignalandthetriangularwavesignalbycomparingthedevicecomparisons,togenerateapulsesignal,senttothepreamplifier,andthenthroughthelowpassfiltertoensurethattheoutputsignalinacertainbandwidth.Keywords:ClassDPowerAmplifierPWMApplications40引言功率放大器（简称功放），是对音频信号功率进行放大的设备，是高保真音频信号放大处理的核心部分。随着电子应用技术的进步和各种相应元器件的变革，功放电路的结构形式得到不断的发展，目前常用的有A类、B类、AB类功放以及D类数字功放等。本文主要以高效率D功率放大器为核心。1.D类功率放大器介绍1.1.D类功率放大器的定义D类功放也叫丁类功放，是指功放管处于开关工作状态的功率放大器。早先在A类功放占一定的阵地，认为A类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。但A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。后来效率较高的B类功放得到广泛的应用，然而，虽然效率比A类功放提高很多，但实际效率仍有20%～50%（按负载方式而定），仍感效率偏低不能令人满意。所以，如今效率极高的D类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视，并得到广泛的应用。1.2D类功放的电路组成及工作原理D类功放的电路组成可以分为三个部分：PWM调制器、脉冲控制的大电流开关放大器、低通滤波器。电路结构组成如图2.1所示。驱动开关式功放PWM调制器低通滤波器比较器模拟音频输入三角波发生器高频振荡(几百kHz)数字音频输入等比特调制器数字内插滤波器D类放大PWM信号LC网络图1.1D类功放的组成其中第一部分为PWM调制器。最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。把原始音频信号加上一定直流偏置后放在运放的正输入端，另外通过自激振5荡生成一个三角形波加到运放的负输入端。当正端上的电位高于负端三角波电位时，比较器输出为高电平，反之则输出低电平。若音频输入信号为零时，因其直流偏置为三角波峰值的1/2，则比较器输出的高低电平持续的时间一样，输出就是一个占空比为1：1的方波。当有音频信号输入时，正半周期间，比较器输出高电平的时间比低电平长，方波的占空比大于1：1；音频信号的负半周期间，由于还有直流偏置，所以比较器正输入端的电平还是大于零，但音频信号幅度高于三角波幅度的时间却大为减少，方波占空比小于1：1。这样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后的波形，称为PWM（PulseWidthModulation脉宽调制）或PDM（PulseDurationModulation脉冲持续时间调制）波形。音频信息被调制到脉冲波形中，脉冲波形的宽度与输入的音频信号的幅度成正比。图1.2放大器中的三角波、音频正弦信号产生的PWM波形及其相互关系第二部分为脉冲控制的大电流开关放大器。它的作用是把比较器输出的PWM信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。。第三部分为由LC网络构成的低通滤波器。其作用是将大功率PWM波形中的声音信息还原出来。D类功放的工作原理见图1.3。6原音频信号波形比较器上的两个波形比较器输出的PWM信号LPF后的恢复信号波形（a）工作波形PWM调制比较器模拟音频输入三角波发生器PWM信号+VDD驱动-VSSLPFLFCF（b）原理简图图1.3D类功放原理图对于数字音频信号输入时，经数字内插滤波器和等比特调制器后，即可得到脉冲宽度与数字音频的采样点数据成正比的PWM信号。1.3D类功放的要求（1）对功率管的要求。D类功放的功率管要有较快的开关响应和较小的饱和压降。此时功放管的线性已没有太大意义，更重要的是开关响应和饱和压降。由于功放管处理的脉冲频率是音频信号的几十倍，且要求保持良好的脉冲前后沿，所以管子的开关响应要好。（2）对PWM调制电路的要求。PWM调制电路也是D类功放的一个特殊环节，要把20kHz以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到200kHz（三角波的频率应在音频信号频率的10~20倍以上）。如果三角波的频率高，输出波形的锯齿小，就能更加接近原波形，使THD小，而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来构成低通滤波器，造价相应降低。但是，晶体管的开关损耗会随频率的上升而上升，无源器件中的高频损耗、射频的聚肤效应都会使整机效率下降。73.硬件制作与调试3.1基于TDA8922BTH芯片D类功放的PCB板制作3.1.1软件介绍本次设计我们使用的是Protel99SE软件。Protel99SE是由Protel99版本发展而来的，是基于Windows环境下使用的EDA软件，主要包括以下几个模块：（1）电路原理图（Schematic）设计模块。（2）印制电路板（PCB）设计模块。（3）可编程逻辑器件（PLD）设计模块。（4）电路仿真（Simulate）模块。利用Protel99SE进行印制电路板的设计，整个过程需要三个步骤：电路原理图设计——产生网络表——印制电路板设计。电路原理图设计（Sch）：利用Protel99SE的原理图设计系统，绘制完整的、正确的电路原理图。产生网络表：网络表是表示电路原理图或印制电路板中元件连接关系的文本文件，是连接电路原理图与印制电路板图的桥梁。印制电路板图设计（PCB）：根据电路原理图，利用Protel99SE提供的强大的PCB设计功能，进行印制电路板的设计。电路原理图设计的一般步骤：开始——图纸设置——加载元件库——放置元器件——调整元器件布局位置——进行布线及调整——存盘打印。3.1.2D类功放PCB板的布线要求在D类功放板中，PCB走线及表现出EMI特性的金属都应该尽可能短，包括从电源输