PWM型D类音频功率放大器的设计_蔡艳艳
2 单元电路设计实现
系统单元电路主要包括：输入放大级、误差放大 器、比较器、驱动电路、全桥开关电路、内部振荡电路 和基准电路。
2.1 输入放大级
D 类音频功率放大器的输入放大级是基于运算 放大器（OTA）的闭环结构来实现的，其结构如图 4 所示，用来根据需要对输入的音频信号作电平调整 和信号放大处理，使输入信号在幅度方面能满足后 级电路的要求，输入放大级的增益可以通过设置 Rf1 和 R1 的阻值来决定。
Department, Zhengzhou Henan 450062, China)
Abstract: With the advantage s of high e fficie ncy, e ne rgy s aving and s m all s ize , the clas s D am plifie r is us e d e xte ns ive ly in portable applications , hom e AV e quipm e nt, car audio and s o on. In this pape r, the Clas s D audio pow e r am plifie r w ith PWM and 5V s upply is pre s e nte d. The e ntire circuit contains a pre am plifie r, an e rror am plifie r, com parators , os cillator, gate - drive r circuit, full- bridge , and re fe re nce circuit. Fe e dback is applie d to re duce the total harm onic dis tortion. A dual PWM s che m e is us e d to m inim ize s tatic pow e r cons um ption of the s ys te m , and it als o re m ove s the LPF, m ake s the s ys te m s m alle r. Keywords: PWM; Clas s D pow e r am plifie rP; e fficie ncy; Dis tortion
由图 6 可知，VT 初始电压值为零，电路上电时， 由于 0<VREF2<VREF1，此时比较器 com p1 输出为高电 平，比较器 com p2 输出为低电平，使得时钟信号 clk
Aug. 2011，总第 127 期
现代显示 Advanced Display 27
蔡艳艳，李文方：PWM 型 D 类音频功率放大器的设计
技 术 交 流
图 5 比较器电路图
图 6 三角波产生电路
为低电平、clk0 为高电平，m 1、m 3 导通，m 2、m 4 关 断，电源通过 m 3、m 5、m 6 向电容 C 充电，VT 上升， 当 VT=VREF2 时，clk 仍为低电平、clk0 仍为高电平不 变，VT 电位继续上升，直到 VT=VREF1 时，clk 变为高电 平，clk0 变为低电平，m 2、m 4 开启，m 1、m 3 截止， 电容 C 通过 m 2、m 7、m 8 向地放电，VT 下降，当 VT= VREF3 时，时钟信号 clk 再次变为低电平，clk0 变为高 电平，重新开始对电容 C 充电，如此循环便产生了 三角波信号 VT，其幅值为 VREF1- VREF2，频率由电容 C 的取值和充放电的电流大小决定。
下三个方面考虑：保证高保真度、提高效率和减小体
积。
由运算放大器 OTA 与电容 Cs 构成。系统工作时，音 频输入信号 Vin 首先经过输入放大级后输出两路差分 信号，再与反馈信号求和送到误差放大器中产生误差 信号 VE1、VE2，对三角波载波信号 VT 进行调制，输出两 路脉冲信号“out1”和“out2”以驱动扬声器发声。系统 包含两个反馈环路，第一个由 R1、Rf1 和 OTA 组成，用 来设置输入放大级和整个 D 类音频功率放大器的增 益，第二个由 R2、Rf2 和后端音频信号处理电路组成， 用来减小系统的 THD 指数。
2.3 内部振荡电路
本文采用的三角波产生电路结构如图 6 所 示 ，其 中 m 5 、m 6 和 m 7 、m 8 构 成 了 两 组 恒 流 源 ， m 9 ～m 13 和 Q1 构成了输出级。在电路中，采用 将 输 出 信 号 VT 分 别 反 馈 到 比 较 器 com p1 和 com p2 ，与 参 考 电 平 VREF1 和 VREF2（VREF2< VREF1）进 行 比较，并通过一组数字电路产生两路反向的时钟 信 号 clk 与 clk0 ， 来 控 制 m 2 和 m 3 的 开 启 和 关 断 ，从 而 达 到 对 电 容 C 进 行 充 放 电 ，产 生 三 角 波 信号 VT 的目的。
系 统 采 用 单 电 源 供 电 ， 脉 冲 信 号 “out1”和 “out2”的高低电平分别为 VDD 和 GND，输入放大级
由运算放大器 OTA 的闭环结构实现，误差放大器则
图 2 开环 D 类音频功率放大器模型
此时系统输出为：
Vout1= HfVin+ Vn 开环系统的总谐波失真为：
∞
姨Σ THD1=
交 均处于开关状态。理想状态下，功率开关管导通没有
流 电压降，关断时没有电流流过，效率可达 100% 。但
实际中，由于受器件限制（如开关速度、漏电流、导通
电阻不为零等）和设计上的不完善，其实际效率通常
可达到 90% 以上，同线性放大器相比，具有较大的
优势，目前已经在一些高档产品中得到应用并投放
市场。本文设计的 D 类音频功率放大器主要基于以
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技 术 交 流
图 7 全桥电路结构及负载电流示意图
图 8 驱动电路结构
动电路采用了逐级增加驱动能力的方式来驱动功率 管，从而减小了必要的死区时间，保证了低失真度。 EN 是控制模块的使能信号，正常工作为高电平；当 出现过流、过温等情况时，则变为低电平，关断全桥 功率开关电路。
具有反馈环路的 D 类音频功率放大器的模型 如图 3 所示。
技 术 交 流
图 3 闭环 D 类音频功率放大器模型
此时系统的输出为：
Vout2=
HfbVin 1 + HfbG
+ Vn HfbG
（3）
其 中 Hfb 为 闭 环 模 型 的 传 递 函 数 ，G 为 反 馈
增 益 。 为 了 得 到 相 等 的 放 大 倍 数 ，设 计 传 递 函 数
2.4 全桥开关电路
输出级采用 N、P 型功率开关对管组成的全桥 开关电路实现，其结构及负载电流流向如图 7 所示。
全桥开关电路工作在开关模式，随着输入信号 的改变，m 1～m 4 的状态随之转换，始终只有对角一
对功率开关管导通，另一对截止。
2.5 驱动电路
驱动电路结构如图 8 所示，该电路能有效调节 死区时间（N 型、P 型功率开关管同时关断），防止 单臂“s hoot- through”现象，并有保护关断功能。输 入 信 号 为 比 较 器 输 出 的 PWM 脉 冲 信 号 ，PWM1 用来驱动 N 型功率开关管，PWM2 用来驱动 P 型 功率开关管。为了避免全桥开关电路中的单臂 “s hoot- through”现 象 ，当 PWM 信 号 从 低 电 平 变 为 高 电 平 时 ，PWM2 应 首 先 变 为 高 电 平 ， 关 断 PMOS 功率开关管，随后 PWM1 再变为高电平， 开启 NMOS 功率开关管，如图 9 所示；反之，当 PWM 信号从高变为低时，PWM1 先变为低电平， 关断 NMOS 开关功率管，随后 PWM2 再变为低电 平，开启 PMOS 开关功率管。实际电路中，可以根
统的体积。
关键词： PWM；D 类功率放大器；效率；失真度
中图分类号：TN949.199
文献标识码：B
The Design of a Class D Audio Power Amplifier with PWM Modulation
CAI Yan-yan, LI Wen-fang (HuangHe Science and Technology Colledge, Electronic and information engineering
为：
Hf = Hfb/(1+HfbG) 则式（3）变为：
（4）
Vout2 = HfVin+ Vn/(1+ HfbG) 闭坏系统的总谐波失真为：
（5）
∞
姨Σ THD2=
（Vn）2 / 姨HfVi（n 1+HfbG）姨
ห้องสมุดไป่ตู้
2
（6）
比较式（2）和式（6）可以看 出 ，具 有 反 馈 环 路
闭环系统 THD 为开环系统 THD 的 1/(1+HfbG)，即 通过反馈结构减小了系统的 THD。
音响等多个领域。 文章设计了一款工作于 5V 电源电压并采用 PWM 来实现的 D 类音频功率放大
器，整个系统包含了输入放大级、误差放大器、比较器、内部振荡电路、驱动电路、全桥开关电路及基
准电路。 通过引入反馈技术来减小系统的 THD 指数，采用双路反宽调制方案不仅抑制了 D 类音频
功率放大器的静态功耗，而且达到了去除 D 类音频功率放大器输出端低通滤波器的目的，减小了系
图 4 输入放大级电路结构
2.2 比较器
本文所采用的比较器电路如图 5 所示，比较器 电路由三级构成，即输入预放大级、判断级（或正反 馈级）和输出数字整形缓冲级。预放大级采用有源 负载的差分放大器来实现，其放大倍数不用很大， 用来进行输入信号的放大，以提高比较器的敏感 度，并把比较器的输入信号与来自正反馈级的开关 噪声隔离开；判断级用来将预放大级的信号进一步 放大，为比较器的核心部分，电路中通过把 m 8 与 m 9 的栅极交叉互连实现正反馈，以具备能够分辨 非常小的信号的能力，并提高此级电路的增益；输 出缓冲级是一个自偏置的差分放大器，它的输入是 一对差分信号，用来把判断级的输出信号转化成逻 辑电平（0V 或 5V），即输出高电平 VOH=VDD，输出低 电平 VOL=GND。
D类高效音频功率放大器设计与实现
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｌａｓｓ－Ｄ Ａｕｄｉｏ Ｐｏｗｅｒ Ａｍ ｐｌｉｆｉｅｒ
ＬＩＮ Ｐｉｎｇ （Ｙａｎｇｎｆｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＮｉｎｇｂｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５２１１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｒｏｄｕｃ￣，ｃｌａｓｓ—Ｄ ａｕｄｉｏ ａｍｐｌｉｆ ｉｅｒ ｉｓ ｆａｖｏｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍａｒｋｅｔ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｓｍａｌｌ ｖｏｌｕｍｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｃｌａｓｓｉｃ ａ ｈｉ曲 ｅｆ ｉｃｉｅｎｃｙ ｃｌａ ｓｓ—Ｄ ａｕｄｉｏ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍ ａｉｎｌｙ ｃｏｍ ｐｏｓｅｄ ｏｆ ｐｒｅ ａｍ ｐｌｉｆ ｉｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｂａｎｄ ｐａｓｓ ｆ ｉｌｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ，ＰＭ Ｗ ｍ ｏｄｕｌａｔ ｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｄｒ ｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ，
想效率可达 ７８．５％［１］，广泛应用于音频功率放大 电路 场 的青 睐 。
中。但 ＡＢ功放功率耗散较大 ，需要配置散热器 。随着
本文对 Ｄ类功放的设计过程进行了详细讨论 ，并
科技的发展 ，人们要求便携式多媒体电子产 品具有更 进行了参数测试 ，在音频范围内，信号能够高保真 、高
小 的外 观和 更 长的使 用 时间 ，ＡＢ类 功放 固有 的特点 限 效 率 的放 大 。
茎整Ｈ耋重 Ｈ Ｈ 鍪Ｈ 垂篷Ｈ： Ｈ
图 １ Ｄ类 音频 功率 放大器 系统框 图
２ Ｄ类功放 单元电路设计
D类功率放大的高效率音频功率放大器设计
D类功率放大的高效率音频功率放大器设计1.1 整体计划计划①：数字计划。
输入信号经前置放大调理后，即由A/D采入举行处理，三角波产生及与音频信号的比较均由软件部分完成，然后由单片机输出两路彻低反向的波给入后级功率放大部分，举行放大。
此种计划硬件容易，但会引入较大数字噪声。
计划②：硬件电路计划。
三角波产生及比较、PWM产生仍由硬件电路实现，此计划噪声较小、且幅值能做到更大，效果较好，故采纳此计划。
1.2 三角波产生电路设计计划①：利用NE产生三角波。
该电路的特点是采纳恒流源对线性冲、放电产生三角波，波形线性度较好、频率控制容易，信号幅度可通过后加衰减电位器控制。
计划②：对方波积分产生三角波。
积分器与级联，通过对照较器产生的方波积分得到三角波，频率与幅值控制只需调节某些值，控制容易。
但考虑积分电路存在积分漂移。
此处采纳挑选计划①。
1.3 PWM波产生计划设计计划①：挺直比较。
取偏重与输入音频信号信置相同，幅度略大的三角波信号与音频信号挺直比较，产生PWM波，后再经反向器产生一路与之彻低反向的PWM波信号给后级放大电路。
计划②：双路比较。
用两路偏置不同的三角波信号与音频信号的上下半部分离比较。
此种计划可削减后缀H桥电路中管的开合次数，削减功率损耗，提高效率。
计划③：将音频信号挺直反向。
在对音频输入信号举行放大调理后挺直将其反向，再对处理后信号分离举行三角波比较，从而产生两路反向的PWM波。
因计划②的效率较高且对抑制共模噪声有一定作用，故选用计划②。
1. 4 短路庇护计划设计第1页共2页。
PWM型D类音频功率放大器的设计
PWM型D类音频功率放大器的设计蔡艳艳;李文方【期刊名称】《现代显示》【年(卷),期】2011(000)008【摘要】With the advantages of high efficiency,energy saving and small size,the class D amplifier is used extensively in portable applications,home AV equipment,car audio and so on.In this paper,the Class D audio power amplifier with PWM and 5V supply is presente%D类音频功放具有高效、节能、小型化的优点,广泛应用于便携式产品、家庭AV设备及汽车音响等多个领域。
文章设计了一款工作于5V电源电压并采用PWM来实现的D类音频功率放大器,整个系统包含了输入放大级、误差放大器、比较器、内部振荡电路、驱动电路、全桥开关电路及基准电路。
通过引入反馈技术来减小系统的THD指数,采用双路反宽调制方案不仅抑制了D类音频功率放大器的静态功耗,而且达到了去除D类音频功率放大器输出端低通滤波器的目的,减小了系统的体积。
【总页数】6页(P25-30)【作者】蔡艳艳;李文方【作者单位】黄河科技学院电子信息工程系,河南郑州450062;黄河科技学院电子信息工程系,河南郑州450062【正文语种】中文【中图分类】TN949.199【相关文献】1.基于PWM的D类音频功率放大器的设计 [J], 陈俊宇;王洪辉;孟令宇2.基于PWM的D类音频功率放大器设计 [J], 杨鹏;赵寿全3.一种基于高效率智能型600W D类音频功率放大器设计的防火报警系统 [J], 朱旭东;张爱良;陈殿勇;殷博4.基于改进PWM控制的串联型三相混合型整流器的设计 [J], 李凯凯;魏立明5.基于改进PWM控制的串联型三相混合型整流器的设计 [J], 李凯凯;魏立明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
PWM型D类音频功率放大器的设计
引言D 类放大器是一种具有极高工作效率的开关功率放大器，被放大的信号并非为直接输入信号，而是经采样变换为脉宽变化的开关信号，使功率开关管均处于开关状态。
理想状态下，功率开关管导通没有电压降，关断时没有电流流过，效率可达100%.但实际中，由于受器件限制（如开关速度、漏电流、导通电阻不为零等）和设计上的不完善，其实际效率通常可达到90% 以上，同线性放大器相比，具有较大的优势，目前已经在一些高档产品中得到应用并投放市场。
本文设计的D 类音频功率放大器主要基于以下三个方面考虑：保证高保真度、提高效率和减小体积。
1 D 类音频功放的系统设计本文所设计的D 类音频功率放大器的系统结构如图1 所示。
该放大器结构是基于双边自然采样技术方案实现的，在任一时刻输出所包含的信息量都是单边采样方案的两倍，通过双边自然采样还可以把输出音频信号中大量的失真成分移除到人耳所能感应到的音频带宽范围之外，达到去除D 类音频功率放大器输出端低通滤波器的目的。
图1 D 类音频功率放大器结构系统采用单电源供电，脉冲信号“out1”和“out2”的高低电平分别为VDD 和GND，输入放大级由运算放大器OTA 的闭环结构实现，误差放大器则由运算放大器OTA 与电容Cs 构成。
系统工作时，音频输入信号Vin 首先经过输入放大级后输出两路差分信号，再与反馈信号求和送到误差放大器中产生误差信号VE1、VE2，对三角波载波信号VT 进行调制，输出两路脉冲信号“out1”和“out2”以驱动扬声器发声。
系统包含两个反馈环路，第一个由R1、Rf1 和OTA 组成，用来设置输入放大级和整个D 类音频功率放大器的增益，第二个由R2、Rf2 和后端音频信号处理电路组成，用来减小系统的THD 指数。
在图1 中，对电容Cs 充放电的电流I1、I2 由Vout1、Vout2、Vin、R1、Rf1、R2 和Rf2 共同决定，其中电阻和电容必须具有良好的线性度和匹配性，以获得良好的闭环性能。
全遥控数字音量控制的D类功率放大器
全遥控数字音量控制的D类功率放大器引言几十年来在音频领域中，A类、B类、AB类音频功率放大器一直占据“统治”地位，其发展经历了这样几个过程：所用器件从电子管、晶体管到集成电路过程；电路组成从单管到推挽过程；电路形成从变压器输出到OTL、OCL、BTL形式过程。
其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。
全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备节能环保的要求，迫使人们尽快开发高效、节能、数字化的音频功率放大器，它应该具有工作效率高，便于与其他数字化设备相连接的特点。
D类音频功率放大器是PWM型功率放大器，它符合上述要求。
近几年来，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展，几家著名的研究机构及公司已经试验性地向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。
这一技术一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子工业、商业界的特别关注，现在这一前沿的技术正迅猛发展，前景一片光明。
单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。
在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外遥控则是被采用较多的一种方法。
红外遥控是通过红外管发送红外遥控编码对其设备进行控制的,不同设备的遥控发送的红外遥控编码都是不同的。
由于红外无线解决了有线连接的许多不便，因而受到了家电设备厂商、电脑外围设备商、以及通信设备厂商的高度重视。
如果将遥控技术、单片机与D类音频功率放大器结合起来，那么得到的产品将是非常前沿的。
本次设计就是全遥控数字音量控制的D 类功率放大器。
1 功放的基本知识1.1 功放的分类传统的功率放大器主要有A 类(甲类) 、B 类(乙类) 和AB (甲乙类)，除此之外，还有工作在开关状态下的D类（丁类）功放。
1.2功放的工作原理及特点概述A 类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件,其晶体管总是工作在放大区，并且在输入信号的整个周期内晶体管始终工作在线性放大区域，它的优点是输出信号的失真比较小,缺点是输出信号的动态范围小、效率低，理想情况下其效率为50 % ,考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损耗,A 类功率放大器的最高效率仅为45 %左右。
d类音频放大器介绍及设计
07
结论
D类音频放大器的优势与不足
效率高
D类音频放大器具有很高的能量转换效率，能够有效地减少能源浪费。
动态范围大
D类音频放大器具有较大的动态范围，能够在较大的音量范围内保持音频质量。
D类音频放大器的优势与不足
• 体积小、重量轻：D类音频放大器通常采用集成电路设计， 体积小、重量轻，便于携带和安装。
电磁兼容性设计
电磁兼容性
电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。在D类音频放大器设 计中，需要考虑电磁干扰、电磁辐射、静电等电磁兼容性问题，以确保放大器 的稳定性和可靠性。
电磁兼容性措施
为了提高电磁兼容性，可以采取多种措施，如合理布局布线、增加屏蔽、使用 滤波器等。这些措施可以有效降低电磁干扰和电磁辐射，提高放大器的性能和 可靠性。
03
D类音频放大器的特点
效率高
效率高
D类音频放大器采用开关模式工作，理论上效率可以达到100%，相比传统线性放大器，能够显著减少能量损失 和热量产生。
节能
高效率意味着低能耗，有助于减少能源浪费和设备运行成本。
体积小
体积小
由于D类音频放大器内部结构相对简单，不需要像线性放大器那样使用庞大的滤波器和散热器，因此 体积相对较小。
采样率与分辨率
输入的模拟信号需进行采样，转换为数字信号，采样率和分辨率决定了音频的 质量和还原度。
脉冲宽度调制
脉冲宽度调制
将数字信号转换为模拟信号的一种方式，通过调节脉冲宽度 来控制输出电压，实现音频信号的放大。
调制精度与失真
脉冲宽度调制过程中需保持高精度，以降低失真，提高音频 质量。
基于PWM的D类音频功率放大器的设计
基于PWM的D类音频功率放大器的设计
陈俊宇;王洪辉;孟令宇
【期刊名称】《电声技术》
【年(卷),期】2016(0)8
【摘要】系统旨在设计一种D类功率放大器,以高频三角波作为载波,对音频信号进行采样,生成PWM(Pulse Width Modulation)调制信号.采用高速开关管组成的互补对称式H桥电路对信号的功率进行放大,再将放大后的信号送入4阶Butterworth低通滤波器进行滤波,得到理想的音频信号.系统主要针对音频信号进行处理,对输入频率20 Hz～20kHz,振幅30～250 mV的音频信号可以实现很好的功率放大效果,最大不失真输出功率大于1W,最高效率可达到83％.还能对输入信号进行可调放大,实现信号输出功率可调.
【总页数】3页(P33-35)
【作者】陈俊宇;王洪辉;孟令宇
【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059
【正文语种】中文
【中图分类】TN72
【相关文献】
1.基于PWM的D类音频功率放大器设计 [J], 杨鹏;赵寿全
2.PWM型D类音频功率放大器的设计 [J], 蔡艳艳;李文方
3.一种基于高效率智能型600W D类音频功率放大器设计的防火报警系统 [J], 朱旭东;张爱良;陈殿勇;殷博
4.基于六西格玛设计的PWM信号控制电路设计应用 [J], 费帮国;吴军;蒋先庆
5.基于TMS320F28377D的单相PWM整流器控制系统设计 [J], 杨晓艳;施芸因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于PWM的D类音频功率放大器设计
０．５
!γ％＋２Ｃ％ １＋ＬＧ３
"
ｄＢ
＝ #６＋２０ｌｏｇ !１＋ＬＧ３ "－２０ｌｏｇ !γ％＋２Ｃ％ "$ｄＢ
从上式可以看出，高的环路增益可以得到更好
的 ＰＳＲＲ，并且 Ｈ３ Ｇｉｎｔ３ 和 ＧＰＷＭ 值必须足够大。这与 单端结构相似，因为环路增益会随着频率增加而降
低，第二类放大器的 ＰＳＲＲ 会随着电源噪声频率的
下支路的坏路增益。如果 ＬＧ３和 ＬＧ４完全彼配，ＰＳＲＲ
为无穷大。如果 Ｃ４ 和 Ｃ５ 的精度为 ｃ％，最差的失配
情况下（Ｃ４＝（１－ｃ％）ＣＤ 且 Ｃ５＝（１＋ｃ％）ＣＤ，其中
ＣＤ 是 设 计 值）Ｃ４ 和 Ｃ５ 的 失 配 为 ２ｃ％ ，Ｄ 类 的
ＰＳＲＲ 可重新推导为
! " ＰＳＲＲ２＝－２０ｌｏｇ
图 ５ 环路反馈信号波形
图 ６ 积分器输出波形
４ 整体电路仿真
电源电压 ５Ｖ，负载为 １５ｕＨ＋４Ω＋１５ｕＨ，输入两 个 ２５０ｍＶ 相位相反信号，采用上华 ＣＳＭＣ ０．５ 工艺 在 Ｃａｄｅｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｅ 环境下作了仿真实验，平均功率
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａ ｇ．ｃｏｍ
图 ７ 负载电流波形 ２００８·１０·（总第 １１３ 期） ６３
图 ８ 单极性脉宽调制信号及输出信号波形
功率放大器的高效率，低失真的发展要求。 本设计采用全桥改进 ＰＷＭ 方案实现的单通道
Ｄ 类放大 器 （可扩展成 双通道） 具 有效率高，
作者简介
杨鹏，重 庆 邮 电 大 学 光 电 学 院 电 路 与 系 统 专 业 研 究 生，研究方向为模拟集成电路设计。
上接第 １９ 页
ｎ＝２
由（２）（６）两式比较可见，闭环 ＴＨＤ 由于因
完整word高效率PWM音频功率放大器
高效率PWM 音频功率放大器本设计主要由功率放大器、信号变换电路、输出功率显示电路和保护电路组成。
功率放 大器部分采用D 类功率放大器确保高效，在 5V 供电情况下输出功率大于 1W ，且输出波形无明显失真，低频输出噪声电压很低（输出频率为20kHz 以下时，低频噪声电压约 1mV ）;信号变换部分采用差分放大电路，将双端输出信号变为1 : 1的单端输出信号；输出功率显1、题目分析及设计方案论证与比较根据题目要求，整个系统由D 类PWM 功率放大器、信号转换电路及功率测量显示装置 组成。
其中核心部分为 D 类PWM 功率放大器。
之所以选择此方案是因为 D 类PWM 功放能够达到更高的效率，且更好地确保波形不失真，加之以合理的滤波网络又进一步克服了高 频干扰，从而使系统成为高效率、低失真、低干扰的功率放大系统。
系统组成框图如图 3.1所示。
下面我们分别论述框图中各部分设计方案。
图3.1系统组成框图2、总体设计思路根据题目要求，经过认真分析，决定采用脉宽调制方式实现低频功率放大器 （即D 类功率放大器）。
脉宽调制电路（PWM ）的脉宽调制原理 如图3.2所示。
图3.2脉宽调制原理图一般的D 类放大器电路的工作原理是用“振荡发生器”输出的三角波与来自外部的模拟音频信号进行比较，在“脉宽调制比较器”输出端产生一个其脉宽变化与音频信号幅值成正 比例的可变脉宽方波。
此方波通过“数字逻辑电路”输出反相的方波。
在音频信号的前半周（正电压），脉宽调制方波的占空比小于 50%，使高端MOS 管饱和导通，输出瞬间脉冲电压 V ec — 0=V cc 。
在音频信号的后半周（负电压），低端MOS 饱和导通，电压 0— V ec = — V cc o 将输亠 PWM —高速开关电路 及滤波网络D 类功率放大器796DVin=O,占空比-50%出的脉宽调制电压经 LC 低通网络滤除高频成分， 在负载端得到与输入模拟信号相似但被放大了的电压。
应用电子技术毕业设计(论文)-D类音频功率放大器的设计
XXXXXXXXXXXXXX毕业设计（论文）说明书作者：学号：学号：学号：系部：电气工程系专业：应用电子技术题目：D类音频功率放大器的设计指导者：评阅者：2008年 5 月摘要数字功率放大器具有模拟功率放大器不可比拟的优势，代表着音响技术数字化的新台阶。
本系统以高效率D类功率放大器为核心，输出开关管采用高速VMOSFET管，连接成互补对称H桥式结构，最大不失真输出功率大于1W，平均效率可达到70％左右。
D类放大器包括脉宽调制器和输出级。
本文首先介绍了声音的基本特性、音响放大器的技术指标、放大器分类和D 类放大器的工作原理，接着进行了D类功放的仿真分析，包括PWM波的形成、频谱分析等等；然后根据D类功放的设计要素，设计了基于MAXIM公司的10W立体声/15W单声道集成芯片MAX9703/MAX9704的D类放大器，并对D类功放的发展与技术展望进行了描述。
在本文里，对放大器的各个模块包括放大电路、比较器电路、三角波产生电路、驱动电路等进行了设计和仿真，且达到了预先设定的指标。
关键词:D类放大器脉宽调制高速开关电路低通滤波目录1 引言 (5)2 音响的基础知识 (7)2.1 声音的基本特性 (7)2.2 音响的结构及参数 (7)2.3 放大器的技术指标 (7)3 放大器的简介 (9)4 D类功放的原理及仿真 (13)4.1 D类功放的工作原理 (13)4.2 D类功放的EDA仿真 (15)4.2.1 EDA仿真概述 (15)4.2.2 D放大器原理仿真概述 (16)4.2.3 输入信号抽样――PWM波的形成仿真 (17)4.2.4 输出信号PWM波的频谱仿真分析 (17)4.3 D类功放的优点 (18)5 D类功放的硬件设计 (19)5.1 D类功放的设计原理 (19)5.2 D类功放的设计要素 (22)5.2.1 输出晶体管尺寸选择 (22)5.2.2 输出级保护 (22)5.2.3 音质处理 (23)5.2.4 EMI处理 (25)5.2.5 LC滤波器设计 (26)5.2.6系统成本 (27)5.2.7 散热注意事项 (27)5.3 D类功放电路分析与计算 (31)5.3.1脉宽调制器（PWM） (31)5.3.2 前置放大器 (33)5.3.3 驱动电路 (34)5.3.4 高速开关电路 (35)5.3.5 低通滤波 (40)6 MAX9703/MAX9704单声道/立体声D类音频功率放大器 (44)6.1 概述 (44)6.2 MAX9703/MAX9704详细说明 (44)6.2.1 工作效率 (44)6.2.2 应用信息 (45)7 D类功放的发展与技术展望 (47)7.1 D类功放的不足 (47)7.2 D类功放的最新发展——T类功率放大器 (47)结论 (48)致谢 (49)参考文献 (50)1 引言音响技术发展到今天，音响设备中大部分已实现了数字化，如作为音源的CD、DAT、MD、DVD等，数字调音台以及数字效果器、压限器、激励器等周边设备也被一些专业场所使用。