D类功率放大器以及收音机制作

2011.12.12完成日期任务书一、任务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。

二、指导老师：张文初、汤俊秀三、要求1．基本要求（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（20kHz以下）≤10mv，在电压放大倍数为10，输入端对地交流短路时测量。

e．在输出功率500mW时测量的功率放大器效率（输出功率/放大器总功耗）≥50%。

（2）具有输出短路保护功能。

（3）设计并制作一个测量放大器输出功率的装置，要求具有3位数字显示，精度优于5%。

2、设计内容与要求⑴绘制系统组成框图，确定设计方案；⑵了解电路所需集成芯片的功能，参数和工作原理；⑶绘制整机电路图；⑷制作实物并完成软、硬件调试；⑸提交毕业设计论文。

四、设计参考书《模拟电子技术》、《高频电子技术》、《电子设计自动化技术》、《数字电路设计方法》、《电子装置的设计》、《单片机原理及应用》五、设计说明书要求1.封面：包括设计题目，班级，姓名，指导老师，完成时间2.目录：根据说明书的内容决定，一般采用2 至3级。

3.设计任务书：包括课题名称、目的、用途、主要技术性能指标(参照教材目录编排)。

4.中文题目、摘要、关键词；英文题目、摘要、关键词。

5.正文：设计方案框图及电路工作原理：包括系统方框图，电气原理图，各单元电路的设计，简述主要部件（包括主要集成电路）的工作原理、工作条件、给定参数、理论公式及详细的计算步骤、计算结果。

这是说明书的主要部分。

6.元件参数表：包括所选用的元器件名称、参数、型号。

7.调试方案：包括调试的条件、方法、使用仪器设备的型号，并对测试数据进行分析。

8.设计心得：包括对本课程设计的客观评价、设计特点、存在的问题以及改进意见等。

D 类功率放大器D类功率放大器是一种绿色功放，它是工作在非线性状态下的功率放大器，理论上效率能够达到100%，而实际也可以达到80%以上，D类功率放大器将大大提高能源的利用率，符合当今社会可持续性发展的主题。

D类功率放大器是由前置放大电路、PWM调制电路、功率开关放大电路、滤波电路四个部分所构成。

前置放大电路由NE5532集成运放电路组成，其作用是对音频信号进行前置放大。

PWM调制电路是由NE555集成芯片所构成，对放大的音频信号进行PWM调制，PWM信号的占空比随着音频信号的幅值变化而变化。

功率放大电路是采用MOSFET构成的桥式电路，对信号进行功率放大。

滤波电路采用LC低通滤波电路，其作用是将PWM信号还原成音频信号从而驱动扬声器。

运用Protel99SE 软件绘制了单元电路、总体电路图以及PCB印制板图；借助Multisim10仿真软件对单元电路以及整体电路进行了虚拟实验，达到了预期的要求。

关键词：D类功放；PWM调制；功率开关放大；低通滤波The Class D power amplifier is developing well recently as a kind of high quality of the audio amplifier. The Class D power amplifier is made of four parts: preamplifier circuit、PWM modulation、bridge circuit、and filter circuit . The front-end amplification control or enlarge the signal of the audio by NE5532. PWM modulation circuit is made of NE555. The PWM'S occupies emptiescompared of the signal is changing all the time with the change of the scope of the audio signal. power amplifier is use the H-bridge which was made of MOSFET. Filter circuit is use the way of LC low-pass filter circuit it can drive the speaker through restore the PWM signal to the audio signal. Use the Protel99SE to draw the unit circuit and the overall circuit .With the help of the Multisim10, Through do the invented experiment in the Unit Circurt ,Can attain the expected requirements.Keywords：Class D power amplifier，Preamp PWM modulation，Bridge circuit，Low-pass filter目录摘要 (I)Abstract (II)第一章D类功放电路方案分析 (1)1.1 绪论 (1)1.2 D类功率放大器的性能 (2)1.3 D类功率放大器的方案设计 (2)1.3.1 基于分立元件的D类功放 (2)1.3.2 基于555电路的D类功放 (2)1.3.3 方案比较 (3)第二章D类功率放大器设计 (4)2.1 前置放大 (4)2.1.1 同相比例放大器 (4)2.1.2 前置放大电路 (5)2.2 PWM调制 (6)2.1.1 NE555简介 (6)2.1.2 PWM调制电路 (6)2.2 功率开关放大 (7)2.3 低通滤波 (7)第三章D类功率放大器电路仿真与实验 (9)4.1 前置放大电路仿真 (9)4.2 PWM调制电路仿真 (10)4.3 低通滤波电路仿真 (11)4.4 整体电路仿真 (12)第四章PCB板绘制 (13)1. 建立一个数据库文件 (13)2. 使用protel99se原理图绘制 (13)3. 新建PCB文件以及PCB基本设定 (13)4. 将SCH转为PCB文件 (13)5. protel99se的自动布线 (14)6. PCB印制板图 (14)总结 (15)参考文献 (16)致谢........................................................................................................... 错误！未定义书签。

滤波拓扑概况用于D类功率放大器的滤波器拓扑共有三种：(1) FB-C，铁氧体磁珠和电容；(2) LC，电感和电容；以及(3) “无滤波器”。

某个特定设计应该选择哪种滤波技术，取决于应用的扬声器电缆长度和PCB布局。

下面是这三种滤波器拓扑的优缺点：FB-C滤波如果扬声器电缆长度适中，FB-C滤波足以满足EMI限制。

与LC滤波相比，FB-C滤波方案更为精简，成本效益更高。

但是，由于只能在频率大于10MHz的情况下生效，FB-C滤波的应用范围受到很大的限制。

而且，在频率低于10MHz的情况下，如果扬声器电缆走线不合理，也会导致传导辐射超标。

LC滤波相比之下，LC滤波可以在频率大约为30kHz的情况下即开始起到抑制作用。

当某设计中所用的电缆线较长，而PCB布局又不是很好时，LC滤波无疑是一个“保险的”选择。

但是，LC滤波需要昂贵而庞大的外部元件，这显然不适合便携式设备。

而且，当频率大于30MHz，主电感会自谐振，还会需要额外的元件来抑制电磁干扰。

“无滤波器”滤波“无滤波器”放大器拓扑是最具成本效益的方案，因为它省去了额外的滤波元件。

采用较短的双绞线扬声器电缆时，D类放大器完全可以满足电磁兼容性标准。

但是，和FB-C滤波一样，如果扬声器电缆走线不合理，可能出现传导辐射超标。

还需注意，Maxim的D 类放大器也可以实现“无滤波”工作，只要在放大器的开关频率下扬声器是感性负载。

在输出电压进行转换时，转换频率下的大电感值可使过载电流保持相对恒定。

尽管D 类放大器推出已经有一段时间了，但许多人仍不理解D 类放大器工作的基本原理，也不明白其为什么会提供更高效率。

本文将解释脉宽调制 (PWM) 信号是如何创建的，以及说明您听到的是音频频率而非PWM波形的开关频率。

本文将详细说明输出PWM波形为什么比输出线性波形效率高很多，还将说明为什么某些D类放大器要求LC过滤器，而某些则不需要。

D 类输出信号 (PWM) 如何包含音频信号TPA3001D1结构图（见图1）有助于解释PWM信号是如何形成的。

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。

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。

Ｄ类音频功率放大器设计一．设计任务设计并制作一个电源电源电压为５Ｖ，负载阻抗为８欧姆的Ｄ类音频功率放大器。

二.设计要求１．３ｄＢ带宽300Hz～3400Hz时，输出正弦信号无明显失真。

２.最大不失真输出功率W≥。

1３.输入阻抗kΩ10>，电压放大倍数1～20连续可调。

４.在输出功率500mW时，功率放大器的效率＞７０％。

三．发挥部分１.3dB通频带扩展至300Hz～20kHz时。

２.输出功率保持为m W200，尽量提高放大器效率。

３.其他。

四．设计分析１．音频功率放大器简述音频功率放大器的目的，是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。

衡量音频放大器优劣的主要性能，一是它的频率特性指标，包括频率响应、谐波失真度和互调失真度；二是它的时间特性指标，包括瞬态响应、瞬态互调失真和阻尼系数；三是信号噪声比、最大输出动态范围、最大功率和效率；尤其第三个方面的性能指标主要由功率放大器实现。

传统的低频功率放大器主要有：A类(甲类)、B类(乙类)及AB(甲乙类)。

①A 类放大器的晶体管总是处于导通状态，即在一个输入信号周期内，功率器件都是导通的，也就是说没有信号输入时，晶体管也有输出功率，因此晶体管功耗非常大。

因为通常有很大的直流偏置电流流过晶体管，而没有提供给负载，尽管其效率很低(约20%)，但精度非常高。

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25%。

②B 类放大器采用两只晶体管推拉工作，每只晶体管工作半个周期：一只晶体管工作于输入信号的正半周，另一只晶体管则工作于输入信号的负半周，因此在理论上两只晶体管不会在同一时间内导通。

在没有输入的情况下，两只晶体管均处于截止状态且无输出功率，因此其效率高于A 类放大器。

由于晶体管都需要一定的开通时间，这样，在两只三极管交替工作过程中，输出端存在一个短暂的无输出功率状态，这个无功率区域称为交越区，这就造成了相对较大的信号失真。

D类功率放大器设计与制作首先，我们需要明确D类功率放大器的工作原理。

它采用了脉冲宽度调制（PWM）技术，通过将输入信号转换为脉冲信号，并将其与高频的载波信号进行比较，以实现放大。

这样的设计使得D类功率放大器能够在输出功率为零或接近零时，电源能耗最低。

在设计D类功率放大器时，首先需要确定功率放大器的输出功率要求。

输出功率决定了需要使用的功率晶体管的尺寸和数量。

一般来说，功率放大器的输出功率越大，所需的功率晶体管尺寸和数量就越大。

接下来，需要确定功率放大器的负载阻抗。

负载阻抗是功率放大器输出末级与负载之间的阻抗匹配。

这样可以最大限度地传递功率，并减少功率放大器和负载之间的反射。

然后，需要确定驱动电路的设计。

驱动电路负责将输入信号转换为适合功率放大器的脉冲信号，并将其与载波信号进行比较。

通常，驱动电路采用运算放大器等器件，用于调整输入信号的幅值和偏置。

在设计完成后，我们可以着手制作D类功率放大器。

首先，需要根据设计要求选择合适的功率晶体管，并将其焊接到PCB板上。

然后，连接驱动电路和功率晶体管，以实现输入信号的转换和放大。

接下来，连接电源和负载，完成D类功率放大器的搭建。

在制作过程中，需要注意以下几个方面。

首先，确保电源和地线的连接正确可靠，以避免电路出现短路或断路的情况。

其次，注意散热问题，特别是功率晶体管的温度应控制在安全范围内。

此外，还要进行各种测试和调整，以确保D类功率放大器的性能和稳定性。

总结起来，D类功率放大器的设计和制作需要考虑功率要求、负载阻抗、驱动电路等因素。

通过选择合适的器件和进行正确的布线和连接，可以制作出高效率和低失真的D类功率放大器。

此外，制作过程中还需要注意电源和散热等问题，以确保功率放大器的稳定性和可靠性。

D类音频功放设计 Revised by Petrel at 2021D类音频放大器的设计与制作摘要：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300~10000Hz，输出功率IW,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Butterworth低通滤波器。

关键词：D类功率放大器H桥驱动脉宽调制目录1.引言...................................................................................................... 错误!未指定书签。

2.系统方案.............................................................................................. 错误!未指定书签。

2.1总体方案设计................................................................................... 错误!未指定书签。

2.2三角波模块设计方案....................................................................... 错误!未指定书签。

本科毕业论文（设计）题目高效率D类音频功率放大器的设计作者学院信息科学与工程学院专业电子信息工程学号指导教师二〇年五月十日诚信声明本人声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立开展工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或创作过的作品成果。

对本文工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业论文（设计）作者签名：二○年五月十日摘要随着信息化时代的到来，以功放电路为设计核心的电子产品渐渐地走进人们的生活，耳机、音响等音频功放类电子产品被现代人所迅速的接纳和青睐，随之音频功率放大器得到了快速的发展。

本设计为高效率D类音频功率放大器。

设计主要包括四个部分：前置增益放大电路、三角波产生电路、信号转换电路和显示电路。

在输出信号无失真的情况下测量，3db通频带为300∽3400Hz，最大不失真功率达到150mW，在此情况下测量的功率放大器效率明显大于60%。

设计中采用了高效率的D类功放为设计核心，以D类功放最新成果为设计思想，并配置5V便携式电源供电，完全符合产品市场化与用户需求。

关键词：通频带；最大不失真功率；D类功率放大器；效率ABSTRACTWith the advent of the information age to the core of the amplifier circuit design of electronic products gradually into people's lives, headphones, audio and other audio amplifier electronics are modern and favor the rapid acceptance, along with an audio amplifier to get rapid development.The system is designed is a high efficient Class-D Audio Power Amplifer.Design includes for parts: pre-gain amplifier circuit ,the triangular wave generating circuit,signal conversion circuit and display circuit.In the case of the output signal without distortion measure,3db passband of 300~3400Hz,the maximum distortion power of 150mW,the effciency measured in this case significantly greater than 60%.Design uses a high-efficiency Class D amplifier design core to the latest results for the Class D amplifier design ideas and configure 5V portable power supply products in full compliance with the market and customer needs.Keywords:Passband; Class D power amplifier; Maximum power without distortion; Efficiency目录诚信声明 (I)摘要 (II)ABSTRACT (III)第一章前言 (1)1.1 设计背景 (1)1.2音频功放的概述 (1)1.3 音频功放的分类 (2)第二章方案论证与比较 (4)2.1高效率功率放大器 (4)2.1.1 功率放大器的选择 (4)2.1.2功放核心实现电路的选择 (4)2.2信号变换电路 (6)2.3功率测量电路 (6)第三章各模块电路原理分析与计算 (8)3.1调制电路 (8)3.2高速开关桥式电路 (8)3.3三角波产生电路 (9)3.4驱动电路 (10)3.5低通滤波器模块电路 (11)3.6信号变换模块电路 (11)3.7整体电路性能仿真 (12)第四章系统仿真测试及数据分析 (14)4.1测试仪器 (14)4.2测试结果 (14)4.3结果分析 (15)4.4改进措施 (16)第五章电路调试 (17)5.1不通电检查 (17)5.2通电检查 (17)5.3 测试与调整 (17)5.4整机联调 (18)第六章设计总结与心得 (19)6.1设计总结 (19)6.1.1原理图设计总结 (19)6.1.2电路安装过程总结 (19)6.1.3单元电路调试总结 (19)6.1.4PCB设计总结 (19)6.1.5 整机调试总结 (19)6.2设计心得 (20)参考文献 (21)致谢 (22)附录A：PCB布线图 (23)附录B：元器件清单 (24)第一章前言1.1 设计背景随着信息化时代的到来，以功放电路为设计核心的电子产品渐渐地走进人们的生活，耳机、音响等音频功放类电子产品被现代人所迅速的接纳和青睐，随之音频功率放大器得到了快速的发展。

D类音频功率放大器设计本文首先就D类音频放大器的基本概念进行了一定的分析，然后简要的阐述了其系统结构，最后根据这些概念综合性的给出D类音频功率放大器的设计要素及解决方案，供相关人士做参考。

标签：功率放大器；调制器；拓扑结构1 引言从整体上对音频放大器进行划分可以分为四种，其中D类放大器占据的优势性比較大，是比较理想的应用型音频放大器。

D类功率放大器主要优势在于其功耗较小，在器件的组合上D类放大器绝大多数情况下只是充当一个开关的作用，其最主要的额外功耗在于晶体管的阻抗所致，由于其对散热装置的需求很低，因此D类放大器能够在很大程度上增加电池的使用寿命。

2 D类音频功率放大器的分析（1）D类音频功放和其他音频功放的比较。

1）AB类放大器。

AB类放大器的主要特点可以从两个方面出发，一个是B 类放大器的交越失真，另外一个是AB类放大器消除交越失真的情况，二者主要形成一个对比的作用。

由于AB类放大器在其晶体管的导通时间上有一定的特殊性，这段导通时间通常情况下会比半周期持续的时间要长，因此在两管推挽的特点之下AB类放大器交替失真的特性能够在很大程度上消除交越失真的影响。

2）D类放大器。

D类放大器在性能上和AB类放大器有着明显的区别，在PWM和PDM的作用之下D类放大器能够将输入进来的模拟音频信号通过一定的转换作用而形成相应的脉冲信号。

由于D类放大器在作用上大部分是充当一个开关的作用，因此也被称之为开关放大器。

相比较其他放大器而言，D类放大器的效率非常高，除此之外，其体积小的特点能够为设备提供更大的空间，而在失真方面其概率低的特点使得D类放大器在调试和应用上都能够保持很大的稳定性。

（2）D类音频功放的工作原理。

D类音频放大器在工作中主要的功能是在于将输入的部分信号进行一定的转换，经过相关的滤波处理之后能够有效的使得电平进行转移。

振荡器在D类音频放大器中的作用至关重要，其振荡周期在发生变化的情况下对整个采样周期的影响都是非常大的。

模拟类：D类功率放大器一、课程设计要求（一）设计任务设计、制作一个对微弱信号有放大能力的D类低频功率放大器。

（二）基本要求在输入音频信号电压幅度为10~100mV，在负载电阻R L=8Ω的条件下，放大通道应满足：额定输出功率：P0=1W；带宽：B W≧5KHz;在上述P0 ,B W范围内，非线性失真≤%7；在P0下的效率大于80%；（三）扩展要求1、单电源供电；2、增加输出功率；3、增加带宽；4、提高效率；二、设计方案1．功率放大器的种类我们知道，功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类、丁类（即D类）和戊类等多种工作方式。

为了提高功率和效率，一般的方法是降低三极管的静态工作点及由甲类到乙类，甚至到丙类。

甲类、乙类、甲乙类的工作效率均低于%，丙类效率高于%，但丙类放大器只适用于高频窄带放大，而作为低频功放的D类放大器理想效率最高能到100%。

D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音频信号。

由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率，实际电路效率也可达到80％一95％。

2．D类功率放大器实现电路的选择1)脉宽调制器(PWM)利用三角波发生器及比较器分别采用通用集成电路，便于各部分分别实现，方便调试，且能与后面电路使用同一电源输出，实现题目所述要求。

2)音频信号放大电路将音频信号放大后再与三角波经比较器比较后实现PWM调制。

3）驱动电路将施密特触发器并联使用，以便获得更大电流驱动后续电路。

4）高速开关电路①输出方式：方案一：选用推挽单端输出方式(电路如图2所示)。

电路输出载波峰峰值不可能超过5V电源电压，最大输出功率满足不了题目要求。

方案二：选用H桥型输出方式(电路如图3所示)。

此方式可充分利用电源电压，浮动输出载波的峰峰值可达10V，有效地提高了输出功率,故选用此输出电路形式。

故选用方案二②开关管的选择：为提高功率放大器的效率和输出功率，开关管的选择非常重要，对它的要求是高速、低导通电阻、低功耗。

D类功率放大器设计报告设计报告：D类功率放大器1.引言2.设计原理2.1开关管的选择开关管是D类功率放大器关键的组成部分，常用的开关管有MOSFET （金属氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极性晶体管）。

选择合适的开关管需要考虑功率、速度、成本和可靠性等因素。

2.2PWM调制电路PWM调制电路用于将音频信号转化为脉冲信号。

常用的PWM调制电路有比较器、计数器和DAC（数字模拟转换器）等组成。

PWM调制电路的设计需要考虑信号的动态范围、信噪比和失真等因素。

2.3输出滤波电路输出滤波电路用于滤除脉冲信号中的高频成分，以得到放大后的音频信号。

常用的输出滤波电路有LC滤波电路和RC滤波电路等。

滤波电路的设计需要考虑频率响应、衰减系数和阻抗匹配等因素。

3.参数设计在设计D类功率放大器时，需要确定一些关键参数，包括输出功率、工作电压、负载阻抗和失真程度等。

3.1输出功率输出功率是D类功率放大器的重要参数，决定了放大器可以驱动的音箱的大小和音量。

输出功率的选择应考虑实际应用场景和预算因素。

3.2工作电压工作电压直接影响到D类功率放大器的功率效率和失真程度。

工作电压越高，功率效率越高，但是也容易引起更大的功率损耗和失真。

3.3负载阻抗负载阻抗是D类功率放大器输出端连接的音箱或扬声器的特性参数。

负载阻抗的选择应根据音箱或扬声器的要求和放大器的输出功率来确定。

3.4失真程度失真程度是评估D类功率放大器性能的重要指标。

常见的失真包括谐波失真、交调失真和互调失真等。

为了提高放大器的音质，失真程度应尽量小。

4.结论D类功率放大器是一种高效率和低失真的功率放大器，广泛应用于音频功率放大领域。

在设计D类功率放大器时，需要选择合适的开关管并设计PWM调制电路和输出滤波电路。

关键参数的选择包括输出功率、工作电压、负载阻抗和失真程度。

通过合理的设计和优化，可以实现高质量的音频放大效果。

用STC单片机制作D类功放D类功放（Class-D Amplifier）是一种高效率的功率放大器，它通过将输入信号转换为PWM（脉宽调制）信号，然后通过高频开关进行放大，从而实现功率放大的效果。

这种功放具有高效率、低热功耗和小体积等特点，因此在音频放大领域得到了广泛的应用。

在STC单片机上制作D类功放需要以下步骤：1.选用合适的STC单片机：在制作D类功放时需要选择一款具备PWM输出功能的STC单片机。

常用的型号有STC89系列和STC12系列，这些单片机具有较高的性能和丰富的外设资源，可以满足D类功放的需求。

2.硬件连接：将单片机的PWM输出引脚连接到功放电路的输入端，同时连接电源和音频输入信号。

功放电路通常由一个LC滤波器、两个半桥开关电路和输出滤波器组成。

3.程序设计：使用C语言或汇编语言编写程序，实现单片机对PWM信号的输出控制。

具体需要根据所选的STC单片机型号和硬件连接方式进行编程，以实现PWM频率、占空比和输出电平的控制。

4.脉宽调制（PWM）信号生成：通过对单片机的定时器和IO口进行编程，可以生成PWM信号。

在D类功放中，PWM信号的频率和占空比对输出音频信号的质量影响较大，因此需要根据实际需求进行调整。

5.保护电路设计：D类功放对电源供电电压、短路、过温等情况有一定的要求，因此需要设计相应的保护电路。

保护电路可以通过检测电流、电压和温度等参数来实现，当检测到异常情况时，及时切断输出，以保护功放电路的安全性。

6.输出滤波：在D类功放电路中，由于功放输出是经过高频开关调制的PWM信号，需要通过输出滤波器将其转换为音频信号，并滤除高频噪声。

常用的输出滤波器为LC滤波器，可以将PWM信号进行平滑处理，得到较为纯净的音频信号。

需要注意的是，在制作D类功放时，还需要考虑功放电路的散热和电源的稳定性等问题，以确保功放电路的工作稳定和长寿命。

此外，还可以根据实际需求添加自动静音、音量控制、输入选择等功能。

D类功率放大器的设计与实现
设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率，这时，低失真、高效率的音频放大器就显得颇为重要，本文从有用角度动身，设计了一款低失真、高效率的音频放大器，与传统放大器相比，本放大器在效率、体积以及功率消耗方面具有显然的优势，它产生的热量小且为传统放大器的一半，其效率在78%以上，而传统的放大器效率仅在50%左右。

1 系统设计
1．1 总体设计分析
本系统由高效率功率放大器（D 类音频功率放大器）、信号变换电路、外接测试仪表组成，系统框图1 所示。

图1 系统方框图
1．2 D 类功放的设计
D 类放大器的架构有对称与非对称两大类，在此研究的D类功放针对的是对功率、体积都十分敏感的便携式应用，因此采纳全电桥的对称型放大器，以充分利用其单一电源、系统小型化的特点。

D 类功率放大器由PWM 电路、开关功放电路及输出组成，原理框图2 所示。

采纳了由和三角波发生器组成的固定频率的PWM电路，用输入的音频信号幅度对三角波举行调制，得到占空比随音频输入信号幅度变幻的方波，并以相反的相位驱动上下桥臂的功率管，使功率管一个导通时另一个截止，再经输出滤波器将方波改变为音频信号，推进扬声器发声。

采纳全桥的D 类放大器可以实现平衡输出，易于充实放大器的输出滤波特性，并可削减干扰。

全桥电路负载上的峰峰值临近电源电压的2 倍，可采纳单电源供电。

实现时，通常实行2 路输出脉冲相位相反的办法。

图2 D 类音频功率放大器组成框图
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D类音频功率放大器设计基础D功放是基于脉冲宽度调制技术的开关放大器，包括脉冲宽度调制器(几百千赫兹开关频率)，功率桥电路，低通滤波器。

本文从构成、拓扑结构对比、MOSFET的选择与功率损耗、失真和噪音产生、音频性能等D类音频功率放大器设计有关的基础问题作分析,并例举D类功率放大器参考设计。

1.D类功放基本构成目前有很多种不同种类的功放,如：A类、B类、AB类等。

但D类功放与其不同的是基本是一个开关功放或者是脉宽调制功放。

为此,主要将对说明这类D类功放作以说明。

在这种D类功放中，器件要么完全导通，要么完全关闭，大幅度减少了输出器件的功耗，效率达90-95%都是可能的。

音频信号是用来调制PWM载波信号，其载波信号可以驱动输出器件，用最后的低通滤波器去除高频PWM载波频率。

众所周知, A类、B类和AB类功放均是线形功放,那么D类功放与它们究竟有什么不同?我们首先应作讨论。

图1是D功放原理框图，在一个线性功放中信号总是停留在模拟区，输出晶体管(器件)担当线性调整器来调整输出电压。

这样在输出器件上存在着电压降，其结果降低了效率。

而D类功放采用了很多种不同的形式，一些是数字输入，还有一些是模拟输入，在这里我们将集中讨论一下模拟输入。

上面图1显示的是半桥D类功放的基本功能图，其中给出了每级的波形。

电路运用从半桥输出的反馈来补偿母线电压的变化。

那末D类功放是如何工作的呢?D类功放的工作原理和PWM的电源是相同的，我们假设输入信号是一个标准的音频信号，而这个音频信号是正弦波，典型频率从20Hz到20kHz范围。

这个信号和高频三角或锯齿波形相比可以产生PWM信号，见图2a中所示。

这个PWM信号被用来驱动功率级，产生放大的数字信号，最后一个低通过滤波器被用在这个信号上来滤掉PWM载波频率，重新得到正弦波音频信号，见图2b中所示。

2、从拓扑结构对比-看线性和D类不同值此将讨论线性功放(A类和AB类)和D类数字功放的不同之处。

D类音频功率放大器设计报告设计报告：D类音频功率放大器1.引言2.设计目标本次设计的目标是设计一个能够输出15W功率的D类音频功放。

其特点是高效率、低功耗和优质的音质。

3.设计原理D类音频功率放大器的工作原理是将音频信号进行脉冲宽度调制（PWM），并通过一个输出滤波电路转换为模拟音频信号。

具体来说，音频信号首先经过一个比较器，将其与一个高频三角波进行比较，然后产生一个脉冲宽度与音频信号幅度相关的脉冲序列。

这个脉冲序列经过一个电源级输出滤波器，将其转换为模拟音频信号。

4.设计步骤（1）根据设计目标和所选用的功放IC，确定所需的电源电压和电流。

（2）根据音频信号的功率要求，计算所需的输出功率和负载阻抗。

（3）选择合适的比较器和三角波发生器。

（4）设计输出滤波器，使其能够满足所需的频率响应和阻抗匹配。

（5）进行仿真和调试，验证设计的正确性。

（6）根据实际的电路布局和元件参数，进行实际的电路实现。

（7）测试和优化电路性能，确保其能够满足设计要求。

5.设计结果根据上述的设计步骤，设计了一个D类音频功率放大器。

采用了TDA7498E功放IC，输入电压为20V，输出功率为15W，负载阻抗为8Ω。

比较器和三角波发生器选用LM311和LM555、输出滤波器采用LC型，频率响应为20Hz-20kHz。

经过实际制作和测试，该D类音频功率放大器满足了设计要求。

输出功率稳定在15W，失真度低于1%，频率响应平坦度高于±0.5dB。

同时，该功放具有高效率和低功耗的特点，整体性能优良。

6.结论本次设计成功地实现了一个输出功率为15W的D类音频功率放大器。

其设计思路清晰，步骤明确，且实际测试结果良好。

该功放具有高效率、低功耗和优质的音质，适用于各种音频放大场景。

然而，设计中的元件选型、电路布局和参数调整等方面还有待进一步优化和改进。

同时，考虑到市场需求和技术发展，未来的设计可以进一步加入保护电路和调音控制等功能，以提高产品竞争力和用户体验。