数字功率放大器调试
dpd功放电路硬件方案
DPD功放电路硬件方案一、概述本方案是一份关于数字功率放大器（DPD，Digital Power Amplifier）电路的硬件设计方案。
该方案涵盖了从信号输入与处理、DPD芯片选择与连接，到功率放大器设计、滤波器与抗干扰措施、散热方案与外壳设计，以及保护电路与安全措施、性能测试与调试等关键环节。
二、方案内容1. 信号输入与处理信号输入部分应具备信号预处理功能，如信号放大、滤波等，以确保输入信号的质量和DPD芯片的正常工作。
输入信号的频率和幅度范围需根据具体应用需求确定。
2. DPD芯片选择与连接选择合适的DPD芯片是本方案的关键步骤。
在选择DPD芯片时，需考虑如下因素：输出功率、频率范围、效率、失真度等。
根据DPD芯片的规格和应用需求，设计合理的电路板布局和连接方式，以保证最佳的性能和可靠性。
3. 功率放大器设计功率放大器是DPD功放电路的核心部分，其设计需考虑如下因素：放大倍数、频率响应、线性度、电源抑制比等。
采用先进的功率放大器设计技术，以提高放大器的性能和效率。
4. 滤波器与抗干扰措施为了防止电磁干扰（EMI）和信号失真，需要设计适当的滤波器。
滤波器的类型和参数需要根据应用场景和DPD芯片的特性来确定。
同时，采取有效的抗干扰措施，如合理布线、接地处理等，以降低电磁干扰对性能的影响。
5. 散热方案与外壳设计考虑到DPD芯片的功耗和散热需求，设计有效的散热方案。
可以采用散热片、风扇或其他散热装置，确保DPD芯片在正常工作温度范围内运行。
同时，根据产品的应用环境和防护等级要求，设计适当的外壳，提高产品的可靠性和安全性。
6. 保护电路与安全措施为了确保电路和人身安全，需要设计保护电路。
例如过电压保护、过电流保护、欠压保护等。
这些保护电路可通过DPD芯片内置的功能实现，或通过额外的保护器件实现。
同时，采取适当的安全措施，如安全接地、防电击等，以确保产品的安全性能。
7. 性能测试与调试完成硬件设计后，需要进行性能测试与调试，以确保产品的性能符合预期。
重要电容调试TA2024数字功放简介
超级TA2024数字功放主要性能指标：极低的失真度：0.03%THD+N @9W/4Ω；0.10%IHF-IM @1W/4Ω；0.10%THD+N @11W/4Ω；0.10%THD+N @6W/8Ω。
较大的输出功率：15W＠4Ω，10%THD+N；10W＠8Ω，10%THD+N。
极高的效率：81%＠15W，4Ω；90%＠10W，8Ω。
动态范围：98dB。
超级TA2024 数字功放适用范围：1发烧级音响系统主功放，可搭配数千至数万不等的高品质音箱。
2以有发烧级音响系统,虽然拥有了上万的功放，但仅需一条发烧线的价格试一下，看是不是我在吹牛。
或是在朋友处听过，尝试一下不同功放的风格，也是一件花钱不多很好玩的一件事。
3 PCHIFI发烧友，省电，全天十个小时开着也不心痛电费。
，体积小 ,专门设计的功放可横放可坚放在电脑桌上，音质发烧的电脑功放。
4家里第二套音响系统，放在床头听一下音乐的床头功放。
5家里大屏幕电视机架一个小音箱，以此作为功放用来看电视听歌看碟。
音质比电视自带的喇叭和功放不可同日而语，全天24小时开着功放也费不了多少电，不用心痛电费。
6对音质有所追求，或是想音响发烧一下，想知道HIFI到底是怎样的声音，有多大魅力。
只想花一点钱尝试一下的人。
以前在音响中所用的放大器，常用的是A类或者AB类功率放大器，这属传统放大器。
近年来，有一种新技术，它利用功率晶体管工作在开关状态，在音响领域的应用就是数字功率放大器，也称D类功率放大器。
与传统模拟功率放大器相比，数字功率放大器有着非常鲜明的特点：1、采用最先进数字处理技术20bit的字长，可精确还原音频信号，使得无论声音细节还是轮廓都得以完美再现。
2、具有极高的效率，功率转换效率高达90％，具有传统模拟功率放大器无法比拟的高效节能性，从此改变在人们心目中音频功率放大器笨重、耗电、体积大的印象。
3、寿命长，在高效、低功耗、数字化电路的共同作用下，使功率放大器可靠性、安全性大幅度提高。
K10数字音频功率放大器 说明书
模拟信号 输入
2.8244MHz 超高速采样
Δ—Σ调制
1bit 超高速 码流放大器
Σ变化音 频滤波器
模拟信号 功率输出
光纤或同轴 2.822MHz 数字输入 过采样
图 3 1bit 数字功率放大器原理
1bit 数字功放与 D 类和 T 类数字功放相比具有很多优点，完全克服了过零失真问题，电源转换效率 可达到 90％以上，频率响应特性可达到 2Hz～50KHz，信号动态范围可达到 95db 以上，其它的优点包括 音频范围内的噪声极微和频率范围内的相移极小等等。它的最大缺点是系统复杂，成本太高，尚未达到 应用阶段。而近年来 D 类和 T 类数字功放的价格已逐步降到用户可接受的商业价格了。
表 1 是数字功放与模拟功放的主要技术 特性对比。 目前小功率数字功放已广泛用于 DVD 内置功放、组合音响、汽车音响、家庭影院等，在专业音响 工程方面，2001 意大利 POWERSOFT 公司推出的 DIGAM 系列大功率专业数字功放已被世界广泛采用， 且很快进入中国市场，在一些专业音响工程中获得了应用，并得到了一致的好评。
晶体管功放具有许多宝贵优点，它的失真指标可做到万分之一以上，但其音质听感总不如电子
1
管功放那么逼真、细腻，尤其是在表现瞬态变化快而清脆的打击乐和浑厚回荡的钢琴曲方面感觉最 明显。上个世纪 80 年代初，欧洲有些专业公司开始研究晶体管功放与电子管功放之间的性能差异和 解决办法。电子管是一种电压控制器件，需要的控制功率极微，开关速率很快。晶体管是一种电流 控制器件，需有较大的控制电流，转换速率较慢。这是最基本的差别。80 年代中期欧洲首先推出了 采用 MOS FET 音频场效应管功放。MOS FET 场效应晶体管既具有晶体管的基本优点，又有电子管 的电压控制及转换速率较快的优点。但使用不久发现这种功放的可靠性不高（无法外电路保护），开 关速度提高的不多和最大输出功率仅为 150W/8Ω等等。90 年代初，MOS FET 的制造技术有了很大突 破，出现了一种高速 MOS FET 大功率开关场效应晶体管。西班牙艺格公司（ECLER）经多年研究，攻 克了非破坏性保护系统的 SPM 专利技术，推出了集电子管功放和晶体管功放两者优点结合的第三代 功放产品，在欧洲市场上获得了认可，并逐步在世界上得到了应用。第三代 MOS FET 功放的中频和 高频音质接近电子管功放，但低频的柔和度比晶体管功放差一些，此外 MOS FET 开关场效应管容易 被输出和输入过载损坏。
D类功放的设计原理
D类功放的设计原理D类功放，全称为“数字功率放大器”，是一种电子功率放大器的类型，它的设计原理基于数字信号的处理和模拟功率放大电路的协同工作。
相比于传统的A类、B类、AB类功放，D类功放具有更高的功率效率，更小的尺寸和重量，更好的线性度，以及更低的功率损耗。
下面将详细介绍D类功放的设计原理。
1.PWM调制原理D类功放的核心设计原理是采用脉宽调制（PWM）技术。
PWM是一种通过调整信号的脉冲宽度来控制平均输出功率的方法。
D类功放通过将原始的模拟音频信号转换为数字信号，并通过比较器产生一个与模拟信号频率相同的矩形波，然后根据输入音频信号的幅值调整矩形波的脉宽，最后通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。
2.数字信号处理D类功放的设计中需要进行数字信号处理。
首先，输入的模拟音频信号需要经过模数转换器（ADC）转换为数字信号，然后通过数字信号处理器（DSP）进行数字信号的滤波、均衡、增益控制等处理，最后再经过数字模数转换器（DAC）转换回模拟信号。
3.比较器比较器是D类功放中的一个关键组件，用于将模拟音频信号与产生的PWM矩形波进行比较。
比较器的作用是根据输入信号的幅值调整PWM信号的脉宽，从而控制输出功率。
比较器通常由操作放大器和参考电压产生器组成。
4.滤波器在PWM调制之后，需要通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。
滤波器的作用是去除PWM信号中的高频分量，保留音频信号的低频成分。
常见的滤波器类型包括低通滤波器和带通滤波器。
5.输出级D类功放的输出级通常采用开关管（如MOSFET）构成。
开关管的特点是具有较低的开通电阻和较高的关断电阻，从而实现更小的功率损耗和更高的功率效率。
输出级通常由多个开关管组成，根据功率需求可以并联或串联排列。
输出级的设计需要考虑电压和电流的控制，包括过电压和过电流的保护。
6.反馈控制为了提高D类功放的线性度和稳定性，通常需要采用反馈控制。
通过对输出信号与输入信号进行比较，调整PWM信号的脉宽和幅值，以使输出信号尽可能接近输入信号。
TPA3116D2的D类数字功放设计与制作
[9]倪磊.D类音频功率放大器的分析和设计要素[J].电子与封装,2008(06):21-25+29.
[10] 曾宝国,曾妍.D类功率放大器的原理及应用[J].科技资讯,2008(03):18-19.
西安交通工程学院
毕业设计（论文）中期检查表
学院
电气工程学院
专业
电气工程及其自动化
学生姓名
周杰
学号
14033030150
班级
电气1401
导师姓名
聂怡波
职称
高级工程师
单位
题目名称
基于TPA3116D2的D类数字功放设计制作
检查内容
检查结果
题目是否更换及更换原因
学生出勤情况
进度评价
（完成总工作量的百分比）
本文档中的功率器件D类音频放大器通过高频PWM信号，使其在一个开关处工作，从理论上讲，它的效率可达到100％，但它的缺点是产生高频干扰和噪声，但如果精心设计低通滤波器件的参数，其音质和噪声能够充分满足人们的需求。
第二章 功率放大器
2.1简介
把音源器材输出的信号扩大是功率放大器存在的意义, 使信号有充足的功率让音响发声同时又具有满意的性能。功率放大器在状态高电流和高电压下运行, 因此在制造、安装和调试功率放大器的过程中, 每一步直接影响到功放的正常运行和回放质量的声音工作等上。前置放大器接管基于多种来源的控制, 并加强微弱信号的 0.5～1 V, 各种质量控制过程信号, 以提高声音。功率放大器,这是音频信号前置放大器输出的功率放大器, 以驱动扬声器发出声音。
[2] 张杰,张兢,徐勤,王玉菡.“模拟电子技术基础”入门教学方法探讨[J].中国电力教育,2010(01):103-104.
ECLEREE DT 6800 型数字电平功率放大器 说明书
而内置数字触发电平的开关型供电
电源的效率则可上升至９２％。
高可靠性
艰难的世界性的实况巡演需要极耐
用和可靠的产品。经过数千英里的
巡演之后，你可向技术服务人员了 解，即可发现内置数字触发电平的 电源的功放能胜任这一任务。我们 完全了解了关于各类ＥＣＬＥＲ内置数
▲ 数字功放主电路。ＳＭＤ （表面安装技术）。适应热带 气候的印刷电路板，可在盐碱 或极潮湿的环境下工作。
ＥＣＬＥＲ应用数字触发电平 技术的放大器
重量很轻的ＥＣＬＥＲ放大器用带 有ＰＦＣ（功率因素校正）的开关式 稳压电源与使用两种触发电平技 术的数字放大器组合在一起。 ＥＣＬＥＲ的Ｒ＆Ｄ工程师们在这两种器 件内用他们的开发创新方案取得 了一种轻量放大器的成果，它的 声音与模拟放大器相仿，而在任 何时间能提供它们全部的输出功 率。最近的动态表明ＥＣＬＥＲ在巩固 这一技术的基础上所取得的一个 重要步骤。 数字放大器的终于出现使其 音频质量和可靠性方面完全可以
电源的那些器件在接入１８０至２６５伏 之间宽广的交流电压时仍能为数字 放大模块提供恒定的电压。作为这 种特点的结果，电源的输出功率将 会与交流供电电压无关。
内置ＰＦＣ（功率因素校正）
ＰＦ（功率因素）是指某个电路从电 源网络那里利用电能的好坏程度。 为避免浪费电能，一种称之为ＰＦＣ （功率因素校正）电路被包括在数 字功放内部，它致力于设备用接近 于１的功率因素来获取电能。在实 践中，用户可能要连接多台放大器 到同一电源线或是流动电源系统上， 这样可以租用一个较小型的电源系 统，或者甚至于在固定的装置内可 显著地降低用电的成本。
高效率结构
在提及线性稳压电源的效率时，它 的主要特性要经过精确的调校，并 有很重的重量，其效率也仅达５０％，
D类数字功率放大器电路失真分析及其负反馈方案讨论
∫0 ∫0
若将式 3 1 叶级数表达式
代入式
3
∞
经简化得到 PWM 脉冲的双重傅立
f (t ) = MV cos(ω i t ) + 4V ∑
J 0 (Mmπ 2) mπ sin cos(mω c t ) mπ 2 m=1 ∞ ±∞ J (Mmπ 2 ) π + 4V ∑ ∑ n ⋅ sin (m + n) cos(mω c t + nω i t ) mπ 2 m =1 n = ±1
间多余谐波的存在必然伴随着失真的产生 对于 D 类放大器的失真问题文献[6] 曾借助一些实验进行过分 析 但这种实验分析较繁琐和粗糙 早在 1933 年 W R Bennett[1] 就 该图解方法具有很强的直观 提出了用图解法来分析各种调制波
性和准确性 本文将其引入对变脉宽 PWM 脉冲进行分析 由此 推导出用双重傅立叶级数来表示 PWM 脉冲的解析式 从而得到 PWM 脉冲的频率分布 素进行了分析 基于这种方法 对各种可能引起失真的因 为找出降低失真的途径奠定理论基础
图 3-2 柱体簇在 XOY 平面上的投影
柱体在 XOY 平面
上的投影如图 3-2 所示 是两簇相对的余弦曲线 柱体的高度为 H 取一个垂直于 XOY 平面的平面与柱体簇相交并将交线投影到 XOZ 图 3-1 3-2 3-3 中的 X Y 坐标均采用弧度坐标 通过如下所
平面上
得到如图 3-3 所示的曲线
图 3-5 PWM 脉冲延 迟和畸变示意图
图 3-6
延迟的 PWM 脉冲 Bennett 图示
3.2.1 PWM 脉冲的延迟和畸变
其中 t1 t2 t3 t4 分别为 PWM 脉冲的上升沿延迟 上升沿时 间 下降沿延迟 下降沿时间
调频发射机30W功率放大器的调试
总 第９ １期
（ 辽宁省广播 电视 中心发射 台 ）
【 摘 要 】本文Ｘ ￣ ３ ０ Ｗ功率放大器的调试 过程进行 详细介绍 ，发射机性 能的好坏完 全取决 于对发
射机的调试。
【 关键词 】 调频激励器 ； ３ ０ Ｗ功放 ；功率计 ；波器
出。检 查处理 相应 单元 。
作者简介 ：刘淑文 ， 辽 宁省广播 电视 中心发射 台．高级工程师 ，主要从事广播电视无线发射 工作 。
・
４ ９・
辽宁广播电视 术
第１ 期
龆
蠢 ■ 凇
图 １ ３ ０ Ｗ 功率放大器原理 图
一
、
调 试 前 的 准 备
首先 ， 在 接通 ４ ８ Ｖ 电源 前 ， 用 万用表 测量功 放 其 次 ，对 电 源 部 分 进 行 调 整 。 接 通 电 源
１ ． 调试前 ， 仔细检查３ ０ Ｗ功放板各部分元器 电源端对地 的电阻 ， 检查是 否有电源短 路现象 。
件 有 无漏 焊 、虚焊 和连 焊 现象 ，是否 与 电路原 理 项 检查应 仔细认 真 ，避免通 电后损 坏元 器件 。 注意 的是功 放 管的安 装螺 丝应 紧 固。 图一致 ，各 元器 件 之 间有 无 碰极 和短 路 现象 。这 后 ，测 量 Ｖ１（ Ｂ Ｌ Ｆ１ ７ ７）的漏 极 电压 ，应 为４ ７ Ｖ
左 右 。调 整Ｒ Ｐ １ 电位器 ，使Ｖ ２（ Ｖ Ｎｌ ０ Ｋ Ｍ）
保 护 ，短 路 温 度 继 电 器 的 接 点 ， Ｖ２ 应导通 ，
． ７—０ ． ９ Ｖ间 。 人 工 模 拟 过 温 ２ 确 认 无误 后 ，将 ３ ０ Ｗ功放 板安 装好 ，需 要 的 栅 极 电 压 在 ０
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数字功放的测试技术不同于模拟放大器,因为特别的拓扑结构,不可避免的输出谐波,较高的dv/dt是一般的仪器不能接受的,美国音频测试技术公司提供的测试方法值得交流.
目前在功率功放机业界正兴起一股应用高速开关技术的风潮,这种被称为”Class-D”、”Class-T”甚至被误称为”Digital Amplifier”的设计,可以显著提升功率放大效率及降低成本,可以在有限的空间内达成传统模拟设计线路无法达成的高功率或多声道输出的要求,特别适合用于个人及汽车音响产品上.
这种新的开关式设计对音频特性的测量技术构成了新的挑战,这类功放机的输出信号中除了一般音频信号外还包含了上升时间极短的高频开关脉冲信号,这些脉冲信号并不会对一般的扬声器负载造成问题,因为一般的扬声器负载对这些脉冲信号而言相当于一个低通滤波器,不过对音频分析仪而言却是一个问题,一般音频分析仪的前端模拟前置功放级电路无法处理上升时间极短的脉冲信号(即一般音频分析仪的仪表读到的数据受到了音频以外高频信号的影响,是不准确的),哪怕在最好的状态下仍然无法完整正确地测量出这类功放机的真正特性.
为了解决这个问题,必须在待测功放机的输出与音频分析仪的输入之间安装特殊设计的低通滤波器,该滤波器必须能有效地滤除高频段的开关(switching)能量,同时必须能够承受功放机输出的大讯号,最重要的是不能增加音频分析仪的失真及噪声.
开关式功放机输出的开关(switching)能量可以视为”out-of-band”噪声的一种,但请不要和倍频取样(over-sampling)转换器所产生的”out-of-band”噪声混为一谈,这类转换器虽然于取样频率的1/2以上的频带产生噪声,但这些噪声并不含有高速切换的上升及下降边缘及其伴随的能量,虽然倍频取样转换器所产生的”out-of-band”噪声会影响到”in-band”音频特性量测的结果,但并不一定会妨碍到音频分析仪输入电路的运作,开关模式功放机输出信号高速切换的上升及下降边缘会超过大多数音频分析仪输入电路的回转率(slew rate)限制,使得分析仪的输入电路进入非线性状态而产生无法预期的结果,自动增益电路也无法正确运作导致无法精确地量测音频特性,更惨的是任何位于输入电路后端的滤波器都无法弥补这种在输入端就已经造成的错误,因此有必要在待测功放机的输出信号输入音频分析仪之前就解决这个问题.
Audio Precision的音频分析仪可以安装多种加权及带通滤波器,这些滤波器位于两级自动增益电路及THD+N量测滤波器之后,其设计的目的是为了调整量测的频宽或予以加权以符合测试规范的要求,System Two或Cascade/Plus也可以安装针对AES17规范所设计的特殊低通滤波器S-AES17,AES17是测量数字音频电路方法的规范,该规范要求在量测之前先以多极(multipole)低通滤波器滤除20kHz以外的噪声,S-AES17可以非常有效地滤除倍频取样转换器所产生的”out-of-band”噪声,但不论是S-AES17或是其它加权或带通滤波器皆无法有效滤除开关模式的能量;如之前所提,必须使用特殊设计的外部高功率低通滤波器来滤除开关模式的能量.
为了解决开关式功放机设计者在量测上的困扰,Audio Precision设计了可以和Audio Precision音频分析仪(甚至它牌音频分析仪)搭配使用的特殊低通滤波器AUX-0025,该滤波器安装于待测功放机的输出与音频分析仪的输入之间,它可以滤除音频范围以外的开关(switching)噪声,对250kHz 以上的信号可以衰减50dB以上,更重要的是该双信道(channel)滤波器的被动式设计不会增加与其搭配使用的音频分析仪的失真及噪声.
AUX-0025是目前解决开关式功放机量测问题的唯一方案,目前市面上大部份的音频分析仪都无法量测开关式功放机的音频特性,尤其是失真及噪声值,即使少数可以量到读值的音频分析仪如Audio Precision,其读值也会因为分析仪本身所产生的失真及噪声而失去准确性。