基于D类的数字功率放大器设计毕业设计论文 推荐

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 : D类功率放大器 H桥驱动脉宽调制AbstractThis project involves a high efficiency and energy saving, 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: class D power amplifier H bridge driver pulse width modulation目录摘要 (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。

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 ....................................................................................................................................... 摘要 . (I)ABSTRACT (II)第一章前言 (III)1.1 设计背景 01.2音频功放的概述 01.3 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 (16)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。

长沙航空职业技术学院毕业论文D 类功放的设计与分析姓名：陈剑专业：电子声像指导老师：戴鼎鹏2010-12-5、摘要:本论文首先分析了各类音频功率放大器的工作原理及自然特点，重点阐述了D类功率放大器的工作原理及和脉宽调制方案。

D 类功放采用脉宽调制技术来提高功放的效率，利用占空因数，建立了分析功放效率的数学模型；详细描述了 D 类功放的三角波发生器、比较器、H–桥的电路设计；列出了在设计中的注意事项。

不仅保证了功放的高效性，而且具有良好的音质效果。

关键词：功放；脉宽调制；高效；音质Abstract:On the basis of the analysis of operating principles and performance characteristics of various PAs description of PWM and operating principle of class-D audio Pas.In Class D Power Amplifier, pulse width modulation technology is used to enhance its efficiency. The advantage of duty cycle is used to build the mathematical model for analyzing efficiency. Three circuits of Class D Power Amplifier: triangle wave oscillator, comparator, H-bridge are presented. Some important methods are given. The technology improved the sound quality at the same time.Key words: power amplification; pulse width modulation; high efficiency; sound quality第一章音频放大器的概述1.1音频放大电路的回顾和展望随着晶体管制造技术的不断提高和新技术的应用，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善，并不断在向更大的输出功率，更小的体积，更轻的重量，更多的功能和智能化方向发展，如美国CROWN公司的MA-5000VZA功放，其最大输出功率可达4000W/8Ω（桥接，单通道）；完善的可靠性设计使它在苛刻的环境中可连续工作，使得生产者可作3年免维护的保证；插入可编程的输入处理模块USP3；可对1~2000台功放的工作状态进行程控调节和各种参数检测。

毕业设计（论文）题目：基于TPA3123的D类功率放大器设计（英文）：An amplifier design based onTPA3123class D amplifier 院别：专业：电气工程及其自动化姓名：学号：指导教师：日期：2012年5月基于TPA3123的D类功率放大器设计摘要随着功率放大器科技的飞速发展，人们对它的要求越来越高。

传统的功率放大器由于效率低，很难满足人们的需要，而D类音频功率放大器较传统的功率放大器而言具有效率高，功率大的特点，因此被人们所采用。

本论文从理论上对D类音频功率放大器做了具体的分析并从设计方面仔细地阐述了它。

论文首先由各类放大器的特点看出传统的功率放大器效率低，失真严重，功率也不太理想，从而引出了高效率、大功率、低失真的D类音频功率放大器；接着由D类音频功率放大器的用途、原理、结构讲到它的缺点以及发展的前景；D类音频功率放大器的功率器件受一高频脉宽调制信号（PEM）的控制，使其工作在开关状态，理论上其效率可以达到100%，但其不足之出在于会产生高频干扰及噪声，但是若精心设计低通滤波器及合理的选择元器件参数，其音质噪声完全能够满足人们的需求。

最后以一个D 类音频功率放大器的设计，让我们明白了D类音频功率放大器的具体应用。

关键字：D类功率放大器；脉宽调制；驱动；功率输出级；功率放大An amplifier design based onTPA3123class D amplifierAbstractDuring the swiftly developing of power amplifier science and technology, the requirement of it for people become higher and higher, Because the efficiency of the traditional power amplifier is low, it is not fit for people＇s requirement, but the D-type audio amplifier has the high efficiency and the high-power, so, it is content with the requirement of people.In this paper, I described the D-type audio power amplifier carefully from the design aspect theoretically, at first,it is observed that the efficiency of the traditional of each kind of amplifier's characteristic is lower , the distortion of the traditional power amplifier is serious and the power also is not ideal, so we draw out that the efficiency power and lower distortion of D-type power amplifier all work well. Then from the D-type of audio power amplifier's use, the principle and the structure talk about its shortcoming as well as the development prospect; In D in the article audio frequency power device , power of amplifier modulate the control of the signal (PEM ) by one high-frequency pulse width originally, make it work in switch state, efficiency its in theory can up to 100%, but a insufficient one its is it is it can produce high frequency interfere and noise to lie in to appear, but if design the low open wave filter and rational choice components and parts parameter meticulously, its tone quality noise can meet people's demands. Finally by a D kind of audio power amplifier's design, let me understand D kind of audio power amplifier's concrete application.Key Words: D-type power; amplifier ; Pulse width modulation ; Impetus;Power output level ; Power amplifie目录第1章绪论 (1)第2章功率放大器介绍 (3)2.1 功率放大器简介 (3)2.2 放大器的技术指标 (3)2.3 功放的组成结构 (4)2.4 功放的工作原理 (4)2.5 放大器的种类 (4)2.5.1 A类放大器 (5)2.5.2 B类放大器 (5)2.5.3 C类放大器 (6)2.5.4 D类功率放大器 (7)2.6 D类功率放大器的原理 (7)2.7 各功率放大电路比较 (9)2.7.1 全直流全对称互补功放电路 (9)2.7.2 NE5532开环式功放电路 (11)2.7.3 TDA2030功放电路 (12)2.7.4 TDA7293功放电路 (13)2.7.5 TPA3123功率放大电路 (14)2.7.6 方案比较及确定 (15)第3章芯片介绍 (17)3.1 TPA3123简介 (17)3.1.2 TPA3123工作原理 (17)3.1.3 TPA3123管脚介绍 (18)3.1.4 TPA3123内部电路图 (20)3.2 OPA2353简介 (20)3.2.1 OPA2353简介 (20)3.2.2 OPA2353工作原理 (21)3.2.3 工作电压 (21)3.2.4 容性负载和稳定性 (21)3.2.5 OPA2353内部电路图 (22)3.3 78M05简介 (22)3.3.1 78M05简介 (22)3.3.2 78M05工作原理 (23)3.3.3 78M05内部电路图 (24)第4章设计内容 (26)4.1 BTL (26)4.2 各部分电路图工作原理及介绍 (26)4.3 TPA3123原理图 (28)第5章PCB的制作 (30)5.1 制版过程 (30)5.1.1 PCB板的制作 (30)5.1.2 元器件安装与焊接 (32)5.2 实物图片 (33)5.3 音频功放电路系统测试与分析 (36)5.3.1 测试使用的仪器 (36)5.3.2 测试数据与波形 (36)第6章结论与展望 (39)6.1 结论 (39)6.2 展望 (40)参考文献 (42)致谢 (43)基于TPA3123的D类功率放大器设计第1章绪论音响功放又称音频功率放大器，它主要由前置级、音调级、功率放大级这几部分组成。

摘要D类放大器可延长电池供电的工作时间，并产生更少的热量，因此高效率D类音频功率放大器正越来越多地被用在移动电话、智能电话及其他类似便携式应用中，以取代AB类放大器。

D类功放在体积、效率、省电等方面优势很适合在便携式、紧凑式大功率场合下应用。

本设计是由三角波、音频信号经过比较器之后形成了一个PWM波，这个PWM波的占空比是随音频变化的。

用PWM波控制两个开关管来驱动喇叭，就会使喇叭上面的信号也是PWM波。

本设计的功能是实现D类功放，另外是想通过软件的方式实现音量大小的控制，并且显示适时的音量。

在具体的硬件设计实现上，主要由三角波发生电路（芯片NE555）、前置放大电路(芯片NE5532)、波形比较及死区控制电路（LM393双电压比较器）、音量控制电路、AT89S52最小系统等几部分构成。

在硬件设计的基础上，通过主要芯片将各功能模块有机地组织起来共同完成系统需要的功能，不仅保证了功放的高效性而且具有良好的音质效果关键词：D类功放；便捷式；死区控制；AT89S52；双电压比较器ABSTRACTThe class D amplifier can extend the working hours of batteries and produce less heat, so more and more high-efficiency Class D audio power amplifiers are being used in mobile phones, smart phones and other similar portable applications to replace the class AB amplifier. Because Class D amplifier has advantages in volume, efficiency, energy saving so it is very suitable for the portable and compacted high-power situations.The class D amplifier design formed PWM wave after the triangular wave and the audio signal through the comparator. The duty cycle of PWM wave were changing with the audio. The PWM wave control two switches to drive the speaker, it would also make the speaker’s signal also PWM wave. The design’s function were achieved Class D Amplifier. The other functions were to control of volume size through software and display timely volume. The design of specific hardware, it constituted by the triangle wave generation circuit (chip NE555), pre-amplifier circuit (chip NE5532), waveform comparison and dead-time control circuit (LM393 dual voltage comparator), the volume control circuit and AT89S52 minimum system several parts. This design which based on the hardware organized the function of modules organically to complete the system’s need function together through the main chip. It not only guaranteed high efficiency power amplifier but also had good sound quality.Key Words：Class D Amplifier; Portable; dead-time control; AT89S52; Dual V oltage Comparator目录1引言 (1)1.1 课题的背景 (1)1.1.1 课题的目的意义 (2)1.2 功放的基本知识 (3)1.2.1 功放的分类 (3)1.2.2 功放的工作原理及特点概述 (3)2系统组成 (4)2.1 系统框架 (4)2.2 三角波发生电路 (4)2.3 音频前置放大电路 (6)2.4 波形比较及死区控制、上管驱动下管驱动电路 (6)2.5 音频控制电路 (8)2.6 AT89S52最小系统 (8)2.7 数码显示电路 (9)3主要的功能元器件介绍 (10)3.1 元器件介绍 (10)3.1.1 NE555 (10)3.1.2 LM393 (12)3.1.3 NE5532 (13)3.1.4 DAC0832 (14)3.2 LED显示部分 (16)3.2.1 LED显示器 (16)4 单片机AT89S52简介 (17)4.1 AT89S52的引脚及功能 (17)4.1.1 I/O口 (18)4.1.2 P3口的第二功能 (19)4.2 特殊功能寄存器 (19)4.2.1 看门狗定时器 (20)4.2.2 定时器2 (21)5 程序设计 (25)5.1 如何进行程序设计 (25)5.2 程序流程图 (26)结论 (27)参考文献 (28)附录一：源程序 (29)附录二：电路原理图 (33)致谢 ............................................................................................. 错误！未定义书签。

音频功率放大器是功率集成电路中的一个重要组成部分，并且广泛应用于消费类电子产品中。

我国是全球最大的消费类电子商品市场和生产基地，音频功放的需求日益增加，因此研究音频功率放大器具有非常重要的意义。

随着科学技术的不断发展，尤其是集成电路技术的发展，高速、大功率器件已越来越多，移动电话、数字媒体技术、平面电视、便携式数字产品等电子产品正在向薄型化、便携式迅速发展，人们对音频功率放大器的要求更加趋向于高效、节能和小型化。

因为移动设备受电池容量、散热、体积的限制，对音频功率放大器要求高效、节能、发热量少、体积小、便于集成。

传统的模拟音频功率放大器虽然具有很高的保真度，但是却存在功耗高、效率低等致命缺点，而且发热量大，不易解决散热问题。

而D类放大器由于工作在开关状态，作为控制元件的晶体管本身消耗功率较低，所以功放的效率很高。

与传统的AB类音频功率放大器相比，数字D类音频功放最大的优势在于具有高效率，实际转换效率能达到80％以上，理论转换效率可以达到100%。

因此能极大地降低能源损耗，减小放大器体积。

在这个能源节约的时代，凭借其高效率、低功耗的特点，数字D类音频功放正逐渐取代传统的模拟音频功率放大器，并越来越受到人们的重视。

本文论述了各种音频功率放大器的工作原理以及各自的性能特点，重点阐述了D类音频功率放大器的工作原理和脉宽调制工作原理，并在此基础上设计一款大功率输出、低功耗数字音频D类功率放大器。

关键词：音频功率放大器；D类；脉宽调制Audio power amplifier is an important part of PIC(Power Integrated circuits)which is widely used in consumer electronic products，and China is the most important market of consumer products and the biggest world manufacture center of the consumer products．We launch a reach on audio power amplifier．With the continuous development of science and technology, especially the development of integrated circuit technology, high speed and high power devices have more and more, mobile phones, digital media technology, flat-screen TV, a portable electronic products such as digital product is portable to thin, rapid development, audio power amplifiers will tend to be highly effective, energy-saving and miniaturization. Because mobile devices affected by the battery capacity, thermal, volume restrictions on audio power amplifier requires efficient, energy-saving, low calorific value, small size, ease of integration.Traditional analog audio power amplifier although with high fidelity, but there is a high power consumption, low efficiency and so fatal flaws, and gets very hot, not easy to solve. And class-d amplifiers due to work on or off, as control components of transistor itself lower power consumption, power amplifier is very efficient. Unlike traditional class AB audio power amplifiers, digital class D audio power amplifier's biggest advantage is that you have a high efficiency, the actual conversion efficiency can reach 80 percent, and theoretical conversion efficiency can reach up to 100%. So it can greatly reduce the energy consumption, reduce amplifier volume. In the energy-savings time, with its high efficiency, low power consumption characteristics of Class D digital audio amplifier is gradually replacing traditional analog audio power amplifiers, and more and more attention. This article discusses the working principle of audio power amplifiers and their performance characteristics, focuses on the class D audio power amplifier of the working principle and principle of pulse width modulation, and on this basis, designs a high power output, low power consumption Class D digital audio amplifiers.Key words：Audio power amplifier；D class；pulse width modulation目录引言 (4)1 绪论 (5)1.1 课题背景 (5)1.2 国内外研究现状 (6)2 音响的相关知识 (6)2.1 声音的基本特性 (6)2.2 放大器的技术指标 (7)2.3 功率放大器的分类 (7)2.3.1A类功放 (7)2.3.2B类功放 (9)2.3.3AB类功放 (11)2.3.4C类功放 (13)2.3.5D类功放 (14)2.3.6E类功放 (14)2.3.7F类功放 (15)2.3.8功放小结 (15)3 D类功率放大器原理 (15)3.1 D类放大器的特点 (15)3.2 D类功率放大器的性能指标 (17)3.3 传统D类功率放大器的工作原理 (19)4 电路系统方案设计 (23)4.1 电路方案论证 (23)4.2 主要电路工作原理设计与分析 (25)4.2.1脉宽调制电路 (25)4.2.2前置放大器电路 (26)4.2.3开关放大电路 (27)4.2.4低通滤波电路 (28)4.2.5音量设置及显示电路 (28)4.3 系统调试及测量 (31)5 结论 (32)谢辞 (33)参考文献 (34)附录 (35)引言随着现代电子技术的不断发展，集成电路被广泛应用于各类电子电路中。

目录1概述 (1)1.1课题研究的意 (2)1.2课题的任务与技术要求 (2)1.3课题研究的内容 (2)2 设及方案的论证 (3)2.1功率放大器的种类 (3)2.1.1A类功率放大器 (5)2.1.2B类功率放大器 (7)2.1.3AB类功率放大器 (9)2.1.4D类功率放大器 (10)3信号脉宽调制 (12)3.1正弦脉宽调制 (13)3.2音频信号宽度调制 (16)3.2.1语音信号的时域分析 (17)3.2.2语音信号的谱和能量分布 (19)3.2.3语音和乐音信号的脉宽调制 (21)4单元电路设计与仿真 (24)4.4.1 H桥功率输出器件的选取 (25)4.4.2设计低通滤波器的必要性 (26)4.4.3低通滤波器的设计方案 (27)4.4.4 H桥式功率输出和低通滤波器的设计与仿真 (28)5实物的安装焊接与调试 (28)6结束语 (29)参考文献 (30)附录 (31)D类功率放大器的设计与仿真1概述1.1课题研究的意义随着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,迫使人们尽快研究开发高效、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型功率放大器即为模拟开关式音频功率放大器，它符合上述要求。

近几年，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定进展，几家著名研究机构及公司已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。

不久的将来，D类音频功率放大器必然取代传统的模拟音频功率放大器。

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；电路形式从变压器输出到OTL、OCL、BTL形式过程。