毕业设计——D类音频功率放大器设计

摘要本项目涉及高效节能、数字化、体积小、重量轻等特点的 D 类功率音频放大器。适应便携设备高效及节能的客观要求。顺应了市场的客观要求。从而在音频集成领域具有很大的优势。随着设计技术不断进步 D 类功率放大器的要求也在不断提高，本文通过基于 CMOS 工艺的 D 类功率音频放大器构成、驱动实现、失真度等方面的特性来进行电路的设计。本课题的目标是设计一个 D 类音频功率放大器，能对音频信号进行放大，放大器的通频带达到300~3400HZ，输出功率 1W，输出信号无明显失真。根据 D 类功放的原理分别设计了前置放大模块、三角波产生模块、比较器模块、驱动模块、H 桥互补对称输出及低通滤波模块等。其中三角波产生器及比较器共同组成脉宽调制（PWM）模块，H 桥互补对称输出电路采用驱动电流小、低导通电阻及良好开关特性的VMOSFET 管，滤波器采用两个相同的四阶 Butterworth 低通滤波器。关键词关键词 : D 类功率放大器 H 桥驱动脉宽调制 I AbstractAbstract Thisprojectinvolvesahighefficiencyandenergysaving, digitization, small volume, light weight and other characteristics of the class D audio power amplifier. Adapt to the portable device and the objective requirements of high efficiency energy saving. Comply with the objective requirements of the market. Thus in the audio integrated field has a great advantage. With the continuous progress of design technology of D type power amplifier requirements are also rising, based on CMOS technology class D audio power amplifier structure, drive, distortion and other aspects of the characteristics of circuit design. The purpose of this paper is to design a class D audio power amplifier, can amplify the audio signal, the amplifier pass band to achieve 300 ~ 3400HZ, 1W output power, output signal without significant distortion. According to the principle of class D power amplifier are respectively designed preamplifier module, triangle wave generating module, comparator module, drive module, H bridge complementary symmetry output and low pass filter module. The triangle wave generator and comparator is composed of pulse width modulation ( PWM ) module, H bridge complementary symmetry output circuit adopts the drive current is small, low resistance and good switching characteristics of VMOSFET tube, filter using two identical four order Butterworth low pass filter. Key words:Key words: class D power amplifier H bridge driver pulse width modulation 目目录录摘要 I 第 1 章任务与要求 1 1.1 课题概述.1 1.2 设计内容与要求 1 1.3 参数要求 1 第 2 章绪论 2 2.1 研究背景 2 2.2 论文研究目标和意义 2 2.3 论文章节安排 3 第 3 章方案论证与设计 4 3.1 总体设计分析 4 3.2 原理分析 4 3.2.1 D 类放大器的原理.4 3.3 系统设计 5 3.4 方案的设计与选择 5 3.4.1 三角波模块方案的设计.5 3.4.2 高速开关电路.5 3.4.3 滤波器的选择.6 3.4.4 信号变换电路.6 3.4.5 功率测量电路.6 第 4 章硬件电路设计 8 4.1 硬件电路.8 4.1.1 三角波发生器 8 4.1.2 放大电路.8 4.1.3 脉宽调制比较器.9 4.1.4 驱动电路、H 桥及低通滤波电路 10 4.1.5 保护电路11 4.1.6 信号变换电路12 4.1.7 真有效值转换电路12 第 5 章电路调试 . 14 5.1 调试的设备 .14 5.2 硬件电路调试步骤14 5.2.1 不通电检查14 5.2.2 通电检查14 5.2.3 测试和调整14 5.2.4 整机联调15 5.3 实际测试的参数 .15 5.3.1 三角波发生器电路15 5.3.2 脉宽调制比较器16 第 6 章使用说明与总结 . 17 6.1 使用方法 .17 6.1.2 注意事项17 6.2 故障分析 .17 6.3 总结 17 6.2.1 原理图设计中要注意的事项17 6.2.2 安装过程总结17 6.2.3 单元电路调试总结17 6.2.4 PCB 设计应注意的问题 18 6.2.4 整机指标测试总结18 参考文献 19 致谢 20 附件 A：总原理图 21 附件 B：PCB 图 . 22 附录 C：元件清单 23 第 1 章任务与要求 1.1 课题概述设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限），负载为 8Ω 电阻。 1.2 设计内容与要求 1）确定设计方案，绘制电路原理图。 2）设计印刷板电路。 3）试制本机（含外观设计）。 4）确定本机测试方案。 5）本课题组必须制作两组实物。 6）现场测试、写出测试报告 1.3 参数要求 1）功率放大器 a．3dB 通频带为 300Hz～3400Hz，输出正弦信号无明显失真。 b．最大不失真输出功率≥1W。 c．输入阻抗10k，电压放大倍数 1～20 连续可调。 d．低频噪声电压