D类功率放大器大学毕业论文答辩ppt

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1、学号：170906016姓名：李信班级：095 D类功率放大器原理与应用技术进展指导老师：杨军 1、在学习、在学习D类功率放大器时，当了解到能把一类功率放大器时，当了解到能把一个输入信号变大！我觉得很神奇，对它的印象个输入信号变大！我觉得很神奇，对它的印象也非常深刻，当论文选题时我一眼就认准了它也非常深刻，当论文选题时我一眼就认准了它。2、在平时的学习中通过查阅资料了解到、在平时的学习中通过查阅资料了解到D类功类功放具有效率高、体积小等特点。而且它解决了放具有效率高、体积小等特点。而且它解决了在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功

2、率功放场合的效率偏脑音频系统和专业超大功率功放场合的效率偏低现象。低现象。3、我觉得、我觉得D类功放会有更好的发展前景，我想类功放会有更好的发展前景，我想通过本次论文撰写对通过本次论文撰写对D类功放有更深刻的了解类功放有更深刻的了解。1、选题依据：2、研究的内容：1 1 功放的基本知识功放的基本知识 1.1 1.1 功放的分类功放的分类 1.2 1.2 功放的工作原理及特点概述功放的工作原理及特点概述 1.3 D 1.3 D类功率放大器的特点类功率放大器的特点2 D2 D类功率放大器的原理图类功率放大器的原理图 2.1 2.1 经典经典D D 类功放类功放 2.2 D 2.2 D 类功放原理简

3、图类功放原理简图3 D3 D类功放的应用技术进展类功放的应用技术进展 3.1 3.1反馈对电路性能的改善反馈对电路性能的改善 3.2 D 3.2 D类拓扑类拓扑- -半桥与全桥半桥与全桥 3.3 3.3无滤波器调制器无滤波器调制器 3.4 3.4应用技术举例应用技术举例4 D4 D类功率放大器的前景类功率放大器的前景3、D类功放的发展历程：在音响领域里人们一直坚守着在音响领域里人们一直坚守着A A类功放的类功放的阵地。认为阵地。认为A A类功放声音最为清新透明，具有类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。但是，很高的保真度。但是，A A类功放的低效率和高类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的

4、先天顽疾。损耗却是它无法克服的先天顽疾。B B类功放虽类功放虽然效率提高很多，但实际效率仅为然效率提高很多，但实际效率仅为50%50%左右，左右，在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。所以，效率极高的率偏低不能令人满意。所以，效率极高的D D类类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。的重视。由于集成电路技术的发展，原来用分由于集成电路技术的发展，原来用分立元件制作的很复杂的调制电路，现在无论在立元件制作的

5、很复杂的调制电路，现在无论在技术上还是在价格上均已不成问题。而且近年技术上还是在价格上均已不成问题。而且近年来数字音响技术的发展，人们发现来数字音响技术的发展，人们发现D类功放与类功放与数字音响有很多相通之处，进一步显示出数字音响有很多相通之处，进一步显示出D类类功放的发展优势。功放的发展优势。 D类放大器首次提出于类放大器首次提出于1958年，近些年已逐渐流年，近些年已逐渐流行起来，优点：行起来，优点：（1） 效率高，产生的热量少效率高，产生的热量少（2） 节能、数字化、体积小、质量轻节能、数字化、体积小、质量轻 缺点：失真较大（这也是刚开始没有广泛应用的缺点：失真较大（这也是刚开始没有广泛

6、应用的主要原因之一，近几年保真度的大力研究使有所改主要原因之一，近几年保真度的大力研究使有所改善。）善。） D D类功放的工作原理框形图：类功放的工作原理框形图：主要由脉冲宽度调制器、开关放大器和低通滤波器主要由脉冲宽度调制器、开关放大器和低通滤波器等三部分组成等三部分组成4、优点及工作原理： 低通滤波器音频输出开关放大器脉冲调制器音频输入D类放大器工作在开关状态下可以采用脉宽调制类放大器工作在开关状态下可以采用脉宽调制(PWM)模式。利用模式。利用PWM能将音频输入信号转换为高频开关信号。通过一个比较器将音频信号与高频能将音频输入信号转换为高频开关信号。通过一个比较器将音频信号与高频三角波进

7、行比较，当反相端电压高于同相端电压时，输出为低电平三角波进行比较，当反相端电压高于同相端电压时，输出为低电平;当反相当反相端电压低于同相端电压时，输出为高电平。端电压低于同相端电压时，输出为高电平。 基于基于PWM的半桥式的半桥式D类放大器简化框图类放大器简化框图,它包括一个脉宽调制器，两它包括一个脉宽调制器，两个输出个输出MOSFETMOSFET，和一个用于恢复被放大的音频信号的外部低通滤波器，和一个用于恢复被放大的音频信号的外部低通滤波器(LF(LF和和CF)CF)。如图所示，。如图所示，p p沟道和沟道和n n沟道沟道MOSFETMOSFET用作电流导向开关，将其输出节点交用作电流导向开

8、关，将其输出节点交替连接至替连接至VDDVDD和地。由于输出晶体管使输出端在和地。由于输出晶体管使输出端在VDDVDD或地之间切换，所以或地之间切换，所以D D类类放大器的最终输出是一个高频方波。放大器的最终输出是一个高频方波。音频输入信号对输出方波进行脉宽调制。音频输入信号与内部振荡器产生的音频输入信号对输出方波进行脉宽调制。音频输入信号与内部振荡器产生的三角波三角波(或锯齿波或锯齿波)进行比较，可得到进行比较，可得到PWM信号。这种调制方式通常被称作信号。这种调制方式通常被称作自然自然采样采样，其中三角波振荡器作为采样时钟。方波的占空比与输入信号电平成正比，其中三角波振荡器作为采样时钟。方

9、波的占空比与输入信号电平成正比。没有输入信号时，输出波形的占空比为。没有输入信号时，输出波形的占空比为50%。如上图显示了不同输入信号电平。如上图显示了不同输入信号电平下所产生的下所产生的PWM输出波形。假设滤波后的输出电压输出波形。假设滤波后的输出电压(VO_AVG)和电流和电流(IAVG)在单个在单个开关周期内保持恒定。这种假设较为准确，因为开关周期内保持恒定。这种假设较为准确，因为fSW比音频输入信号的最高频率要比音频输入信号的最高频率要高得多。因此，占空比与滤波后的输出电压之间的关系，可通过对电感电压和电高得多。因此，占空比与滤波后的输出电压之间的关系，可通过对电感电压和电流进行简单的

10、时间域分析得到。流进行简单的时间域分析得到。流经电感的瞬时电流为：流经电感的瞬时电流为： (Eq1) dttVLtILL1由于流入负载的平均电流由于流入负载的平均电流(IAVG)在单个开关周期内可以看作是恒定的，所以开关周期在单个开关周期内可以看作是恒定的，所以开关周期(TSW)开始时的电感电开始时的电感电流必定与开关周期结束时的电感电流相同，如上图可得流必定与开关周期结束时的电感电流相同，如上图可得 (Eq2) 等式等式2表明，电感电压在一个开关周期内的积分必定为表明，电感电压在一个开关周期内的积分必定为0。利用等式。利用等式2并观察上图给出的并观察上图给出的VL(t)波形，可以看波形，可以

11、看出，各区域面积出，各区域面积(AON和和AOFF)的绝对值只有彼此相等，等式的绝对值只有彼此相等，等式2才能成立。基于这一信息，我们可以利用开才能成立。基于这一信息，我们可以利用开关 波 形 占 空 比 来 表 示 滤 波 后 的 输 出 电 压 ：关 波 形 占 空 比 来 表 示 滤 波 后 的 输 出 电 压 ： (Eq3) (Eq4) (Eq5) 将等式将等式4和和5代入等式代入等式3，得到以下等式：，得到以下等式： (Eq6) 最后，得到最后，得到VO的表达式：的表达式： (Eq7) 式中式中D是输出开关波形的占空比。是输出开关波形的占空比。 0I-TIdttVL1LswLT0Ls

12、woFFNAAooNoDDNtVVAooFFoFFtVAooFFoNDDtVtVVooDVtttVVDDoFFoNoNDDo1 1、反馈对电路性能的改善、反馈对电路性能的改善 闭环方案不仅可以改善器件的线性，而且使器件具备电源抑制能力。闭环设计的优闭环方案不仅可以改善器件的线性，而且使器件具备电源抑制能力。闭环设计的优势是以可能出现的稳定性问题为代价的，这也是所有反馈系统共同面临的问题。因此必势是以可能出现的稳定性问题为代价的，这也是所有反馈系统共同面临的问题。因此必须精心设计控制环路并进行补偿，确保在任何工作条件下都能保持稳定。典型的须精心设计控制环路并进行补偿，确保在任何工作条件下都能保持

13、稳定。典型的D D类放类放大器采用具有噪声整形功能的反馈环路，可极大地降低由脉宽调制器、输出级以及电源大器采用具有噪声整形功能的反馈环路，可极大地降低由脉宽调制器、输出级以及电源电压偏离的非线性所引入的带内噪声。电压偏离的非线性所引入的带内噪声。2 2、D D类拓扑类拓扑- -半桥与全桥半桥与全桥 很多很多D D类放大器还会使用全桥输出级。一个全桥使用两个半桥输出级，并以差分方式类放大器还会使用全桥输出级。一个全桥使用两个半桥输出级，并以差分方式驱动负载。这种负载连接方式通常称为桥接负载驱动负载。这种负载连接方式通常称为桥接负载(BTL)(BTL)。全桥结构是通过转换负载的导。全桥结构是通过转

14、换负载的导通路径来工作的。因此负载电流可以双向流动，无需负电源或隔直电容。通路径来工作的。因此负载电流可以双向流动，无需负电源或隔直电容。 优点：优点：采用单电源供电时输出端不需要隔直电容。采用单电源供电时输出端不需要隔直电容。 在相同的电源电压下，输出信号摆幅是半桥式放大器的在相同的电源电压下，输出信号摆幅是半桥式放大器的2 2倍，因为负载是差倍，因为负载是差分驱动的。在相同电源电压下，理论上它可提供的最大输出功率是半桥式放大器的分驱动的。在相同电源电压下，理论上它可提供的最大输出功率是半桥式放大器的4 4倍倍。 缺点：所需的缺点：所需的MOSFETMOSFET开关个数是半桥式拓扑的开关个数

15、是半桥式拓扑的2 2倍。倍。5、D类功放的应用技术进展：3、无滤波器调制器、无滤波器调制器 传统传统D类放大器的一个主要缺点就是它需类放大器的一个主要缺点就是它需要外部要外部LC滤波器。这不仅增加了方案总成滤波器。这不仅增加了方案总成本和电路板空间，也可能因滤波元件的非线性本和电路板空间，也可能因滤波元件的非线性而引入额外失真。幸好，很多现代而引入额外失真。幸好，很多现代D类放大器类放大器采用了先进的采用了先进的免滤波器免滤波器调制方案，从而省掉调制方案，从而省掉或至少是最大限度降低了外部滤波器要求。或至少是最大限度降低了外部滤波器要求。 D类音频功率放大器具有小尺寸、高效率的优势。利用类音频

16、功率放大器具有小尺寸、高效率的优势。利用D类功率放大类功率放大器可以设计出更小更薄和更有效率的电子产品，可延长便携式产品器可以设计出更小更薄和更有效率的电子产品，可延长便携式产品电池的使用时间，因此在业界普遍得到认可。电池的使用时间，因此在业界普遍得到认可。 如下两图：如下两图： 小功率小功率 中功率中功率 6、 D类功率放大器的发展前景：随着科技的发展，随着科技的发展，D D类功放越来越多的被人们类功放越来越多的被人们所应用，所应用，D D类放大器的盛行也为人们带来了很多的类放大器的盛行也为人们带来了很多的便利。现代便利。现代D D类放大器除具有类放大器除具有ABAB类放大器的所有优类放大器

17、的所有优点点( (即良好的线性和最小的电路板空间即良好的线性和最小的电路板空间) )外，更具有外，更具有高效优势。当前，有多种高效优势。当前，有多种D D类放大器可供选用，以类放大器可供选用，以满足各类应用需求。这些应用包括低功耗便携式应满足各类应用需求。这些应用包括低功耗便携式应用用( (如蜂窝电话和笔记本电脑如蜂窝电话和笔记本电脑) )，电池寿命、电路板，电池寿命、电路板空间和空间和EMIEMI兼容性要求在这类应用中至关重要；还兼容性要求在这类应用中至关重要；还包括大功率应用包括大功率应用( (如车载音响系统或平板显示器如车载音响系统或平板显示器) )，最大限度降低散热需求和发热量在这类应

18、用中必不最大限度降低散热需求和发热量在这类应用中必不可少。对可少。对D D类功放的了解越深入才可以避开一些错类功放的了解越深入才可以避开一些错误的判断，使误的判断，使D D类功放发挥出其最大的价值。类功放发挥出其最大的价值。7、结论：致谢在本文的撰写过程中，杨军老师作为我的指导老师，他治学严谨，耐心讲在本文的撰写过程中，杨军老师作为我的指导老师，他治学严谨，耐心讲解，为我营造了一种良好的学术氛围，他在百忙之中多次审阅全文，对细解，为我营造了一种良好的学术氛围，他在百忙之中多次审阅全文，对细节进行修改，并为本文的撰写提供了许多中肯而且宝贵的意见，本文才得节进行修改，并为本文的撰写提供了许多中肯而且宝贵的意见，本文才得以成型，在此特向杨军老师致以衷心的谢意，向他无可挑剔的敬业精神，以成型，在此特向杨军老师致以衷心的谢意，向他无可挑剔的敬业精神，严谨认真的治学态度，深厚的专业修养和平易近人的待人方式表示深厚的严谨认真的治学态度，深厚的专业修养和平易近人的待人方式表示深厚的敬意！敬意！