D类音频放大器介绍及设计

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,D类音频放大器相关介绍,音频放大器,:,将音频信号放大送到扬声器达到需要驱动的功率,;,在实际中常用的音频放大器有,A,类、,AB,类，,D,类；,音频放大器,不同,类其达到的音质也不同；,不同环境对音质、效率要求也不同；,体积不一样；,制造成本也不一样。,D类音频放大器相关介绍,A,音频放大器,:,静态工作点高（电压、电流）,功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。,效率低（,25%-50%,）；,大功率体积大，成本高；,适用：小功率（耳机），对音质要求极高对能耗、成本要求不高的场所，,D类音频放大器相关介绍,AB,音频放大器,:,静态工作点较低（电流）,音质较好。,效率较高（实际,50%,，理论,78.5%,）；,大功率体积比较大，成本高；,适用：小、中、大功率，对音质要求较高对能耗、成本有一定要求的场所；,高质量的功放对功率管的线性要求较高；,在,D,类出现之前适用最多。,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器,:,静态工作点几乎为,0,（电压、电流）,音质接近,AB,类。,效率高（理论可以接近,100%,）；,大功率体积小，成本低；,适用：中大功率，对音质要求不太高，对能耗、成本有严格要求的场所；,高度集成化。,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器基本结构，可分为三个部分：,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器基本结构说明：,第一部分为调制器，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，另通过自激振荡生成一个三角形波加到运放的负输入端。,第二部分就是,D,类功放，这是一个脉冲控制的大电流开关放大器，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。,第三部分需把大功率,PWM,波形中的声音信息还原出来。方法很简单，只需要用一个低通滤波器。使用,LC,低通滤波器。,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器波形：,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器关键技术说明：,调制电路：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,。频率过低达到同样要求的,THD,标准，对无源,LC,低通滤波器的元件要求就高。频率高，输出波形的锯齿小，更加接近原波形，,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制成滤波器，造价相应降低。更高的调制频率还会出现射频干扰，所以调制频率也不能高于,1MHz,。,三角波形的形状、频率的准确性和时钟信号的抖晃都会影响到以后复原的信号与原信号不同而产生失真。,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器关键技术说明：,D,类功放设计考虑的角度与,AB,类功放完全不同。此时功放管的线性已没有太大意义，更重要的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。另外，整机的效率全在于管子饱和压降引起的管耗。所以，饱和管压降小不但效率高，功放管的散热结构也能得到简化。,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器功率输出（半桥）部分：,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器功率输出（全桥）部分：,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器关键技术说明：,与音质有很大关系的因数就是位于驱动输出与负载之间的无源滤波器。该低通滤波器工作在大电流下，负载就是音箱。严格地讲，设计时应把音箱阻抗的变化一起考虑进去，但作为一个功放产品指定音箱是行不通的，所以,D,类功放,与音箱的搭配中更有发烧友驰骋的天地。实际证明，当失真要求在,0.5%,以下时，用二阶,Butterworth,最平坦响应低通滤波器就能达到要求。如要求更高则需用四阶滤波器，这时成本和匹配等问题都必须加以考虑。,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器技术发展说明：,高度集成化；,无需外接滤波器；,降低,EMI,。,D类音频放大器相关介绍,D,音频放大器技术发展说明：,无需外接滤波器：每个半桥都有自己专用的,比较器,，从而可独立控制每个输出。调制器由差分音频信号和高频锯齿波驱动。,D类音频放大器相关介绍,降低,EMI,设计：通过,抖动,或随机化,D,类放大器的开关频率实现扩谱调制。实际开关频率相对于标称开关频率的变化范围可达到,10%,，尽管开关波形的各个周期会随机变化，但占空比不受影响，因此输出波形可以保留音频信息。,D类音频放大器相关介绍,降低,EMI,设计比较：,D类音频放大器相关介绍,类,音频放大器,的实际使用：,：手机及；,笔记本；,电视机；,以下；,以上一般采用外加功率管,D类音频放大器相关介绍,类,音频放大器,介绍：,PAM8301,1.5W Output at 10% THD with a 8,Loadand,5V Power Supply,Filterless, Low Quiescent Current and Low EMI,High Efficiency up to 88%,Superior Low Noise,Short Circuit Protection,Thermal Shutdown,Few External Components to Save Space and Cost,Tiny SOT23-6 Package,D类音频放大器相关介绍,类,音频放大器,介绍：,尺寸：,2.9mmX2.8mmX1.2mm,D类音频放大器相关介绍,类,音频放大器,介绍：,PAM8603,3W Output at 10% THD with a 4 Load and5V Power Supply,Filterless, Low Quiescent Current and Low EMI,Low THD+N,64-Step DC Volume Control from -75dB to+24dB,Superior Low Noise,Efficiency up to 89%,Short Circuit Protection,Thermal Shutdown,Few External Components to Save the Space and Cost,D类音频放大器相关介绍,类,音频放大器,介绍：,PAM8603,尺寸：,8.6mmX6mmX1.5mm,D类音频放大器相关介绍,类,音频放大器,介绍：,MAX9709,2 x 25W Output Power in Stereo Mode(8, THD = 10%),1 x 50W Output Power in Mono Mode(4, THD = 10%),High Efficiency: Up to 87%,Filterless,Class D Amplifier,Programmable Gain (+22dB, +25dB, +29.5dB,+36dB),Differential Inputs Suppress Common-Mode,Noise,Shutdown and Mute Control,Low 0.1% THD+N,Current Limit and Thermal Protection,D类音频放大器相关介绍,类,音频放大器,介绍：,MAX9709,尺寸：,8mmX8mmX1.5mm,D类音频放大器相关介绍,类,音频放大器,介绍：,MAX9709,D类音频放大器设计,设计目的：,通过设计掌握进一步类,音频放大器,工,作原理；,通过设计掌握元器件的使用方法；,通过设计掌握类,音频放大器,设计方法；,通过设计进一步研究,D,类音频放大器性能的提升；,如何设计大功率类,音频放大,器,D类音频放大器设计,设计要求：,设计,5W,（,THD=10%),D类音频放大器设计,（,负载欧姆，电源）；,基于,HIP4080A,设计,;,要求失真度小；效率高；,所有需要安装插座；,由于深圳大学没有失真度仪只能利用示波器大致测量基础技术指标,D类音频放大器设计,设计要求：,本设计采用,CD4069,组成的标准基准三角波；,本设计采用,CA5470,比较放大、反馈；,本设计采用,HIP4080A,将这两个输入信号进行脉宽调制成脉冲波，即让脉冲波的宽度受音频信号波幅度调制,PWM,信号；,本设计采用,4,只功率管,Tr1,Tr4,，,4,只管互相独立交替工作；,本设计采用,4,级巴特奥兹低通滤波器，截止频率,30KHZ,滤去高频，完成,D/A,转换后，送到扬声器发声,(,实验为欧姆,20W,水泥电阻）。,D类音频放大器设计,设计过程要求：,设计电路图（不限制,CAD,软件，建议使用,PADS2007,）；,设计,PCB,文件（不限制,CAD,软件，建议使用,PADS2007,） ；,提供表；,制作,PCB,板（必须将各自的学号做上去）；,安装调试；,老师测试验收；,上交设计调试分析报告,D类音频放大器,电路,D类音频放大器设计,BOM,表：,HIP4080A,音频放大器主要元件清单,1,3,C1,C19,C26,1UF/X7R/25V/C0805,SMT,2,1,C2,47PF/NPO/100V/C0805,SMT,3,2,C3,C4,1NF/X7R/50V/C0805,SMT,4,4,C5,C7,C8,C27,0.22UF/X7R/25V/C0805,SMT,5,1,C6,100UF/,电解,/25V/20%/,直插,直插,6,10,C9,C10,C12,C13,C15,C17,C20,C22,C23,C25,0.1UF/X7R/50V/C0805,SMT,7,4,C11,C14,C16,C18,4.7UF/X7R/25V/C0805,SMT,8,1,C21,330PF/X7R/50V/C0805,SMT,9,1,C24,10UF/X5R/25V/C1210,SMT,10,1,C378,2200UF/,电解,/25V/20%/,直插,直插,11,2,D1,D2,1N4002/DO-41,直插,12,2,FB1,FB2,PBY201209T-600Y-S/60,欧姆,/3A/L0805,SMT,13,2,L1,L3,SSL0804T-150M-S/15uH/3A/SMT,SMT,14,2,备用,SSL0804T-1R5M-S/1.5uH/3A/SMT,SMT,15,2,L2,L4,SSL0804T-100M-S/10uH/3A/SMT,SMT,16,1,R1,100K/5%/R0805,SMT,17,2,R2,R19,3.3K/1%/R0805,SMT,18,1,R3,10K/5%/R0805,SMT,D类音频放大器设计,BOM,表：,19,1,R4,1K/5%/R0805,SMT,20,7,R5,R7,R8,R9,R10,R11,，,R6,4.64K/1%/R0805,SMT,21,4,R12,R13,R14,R15,10/5%/R0805,SMT,22,2,R16,R17,20K/5%/R0805,SMT,23,1,R18,6.8K/5%/R0805,SMT,24,1,R20,0-10K/5%/R0805,（学生自己考虑，不用采购）,SMT,25,2,R21,R22,200K/5%/R0805,SMT,26,1,R23,3.9/5%/2W/,直插,SMT,27,4,TR1,TR2,TR3,TR4,SI2306DS/SOT23-3,SMT,28,1,U1,HIP4080A/DIP20,（同时,IC,插座也需要采购）,直插,29,1,U2,CD4069UBCN/DIP14,（同时,IC,插座也需要采购）,直插,30,1,U3,CA5470E/DIP14,（同时,IC,插座也需要采购）,直插,31,1,U4,LM7806/TO-220,直插,32,1,PCB1,单面,PCB,，自己设计制作或使用万能板,特别说明：关于,SMT,电阻及,SMT,电容也可以采用直插，建议为,SMT,D类音频放大器设计,成绩认定,:,设计报告及制作样机两个部分,;,设计报告要求,:,设计原理,设计电路,元件清单,制作过程,性能结果及分析,;,样机制作,:,可以自己设计,PCB,或使用万能板制作,.,自己制作,PCB,需要提供,PCB,文件,并且,PCB,上有自己的学号,.,D类音频放大器设计,发挥部分：,所有和外部连接的设计,(,包含外壳,),；,如何提高功率；,如何减小,EMI,；,如何设计,MIC,的连接；,如何改进振荡器的设计；,电源设计如何优化；,如何设计接近产品化,