D类音频放大器介绍及设计.ppt

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1、D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l音频放大器音频放大器:将音频信号放大送到扬声器将音频信号放大送到扬声器达到需要驱动的功率达到需要驱动的功率;l在实际中常用的音频放大器有在实际中常用的音频放大器有A类、类、AB类，类，D类；类；l音频放大器音频放大器不同不同类其达到的音质也不同；类其达到的音质也不同；l不同环境对音质、效率要求也不同；不同环境对音质、效率要求也不同；l体积不一样；体积不一样；l制造成本也不一样。制造成本也不一样。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lA音频放大器音频放大器:l静态工作点高（电压、电流）静态工作点高（电压、电流）l功放声音最为清新透明，具有很高

2、的保功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。真度。l效率低（效率低（25%-50%）；）；l大功率体积大，成本高；大功率体积大，成本高；l适用：小功率（耳机），对音质要求极适用：小功率（耳机），对音质要求极高对能耗、成本要求不高的场所，高对能耗、成本要求不高的场所，D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lAB音频放大器音频放大器:l静态工作点较低（电流）静态工作点较低（电流）l音质较好。音质较好。l效率较高（实际效率较高（实际50%，理论，理论78.5%）；）；l大功率体积比较大，成本高；大功率体积比较大，成本高；l适用：小、中、大功率，对音质要求较适用：小、中、大功率，对音质要求较高对

3、能耗、成本有一定要求的场所；高对能耗、成本有一定要求的场所；l高质量的功放对功率管的线性要求较高；高质量的功放对功率管的线性要求较高；l在在D类出现之前适用最多。类出现之前适用最多。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lD音频放大器音频放大器:l静态工作点几乎为静态工作点几乎为0（电压、电流）（电压、电流）l音质接近音质接近AB类。类。l效率高（理论可以接近效率高（理论可以接近100%）；）；l大功率体积小，成本低；大功率体积小，成本低；l适用：中大功率，对音质要求不太高，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；对能耗、成本有严格要求的场所；l高度集成化。高度集

4、成化。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lD音频放大器基本结构，可分为三个部分：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类音频放大器相关介绍 lD音频放大器基本结构说明：音频放大器基本结构说明：l第一部分为调制器，把原始音频信号加第一部分为调制器，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，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另通过自激振荡生成一个三角形波加到运放的负输入端。运放的负输入端。l第二部分就是第二部分就是D类功放，这是一个脉冲控类功放，这是一个脉冲控制的大电流开关放大器，把比较器输出制的大电流开关放大器，把比较器

5、输出的的PWM信号变成高电压、大电流的大功信号变成高电压、大电流的大功率率PWM信号。信号。l第三部分需把大功率第三部分需把大功率PWM波形中的声音波形中的声音信息还原出来。方法很简单，只需要用信息还原出来。方法很简单，只需要用一个低通滤波器。使用一个低通滤波器。使用LC低通滤波器。低通滤波器。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lD音频放大器波形：音频放大器波形：D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lD音频放大器关键技术说明：音频放大器关键技术说明：l调制电路：要把调制电路：要把20KHz以下的音频调制成以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到信号，三角波的频率至少

6、要达到200KHz。频率。频率过低达到同样要求的过低达到同样要求的THD标准，对无源标准，对无源LC低通低通滤波器的元件要求就高。频率高，输出波形的锯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，齿小，更加接近原波形，THD小，而且可以用低小，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率还会出现射频干扰，所以调制频率也不能高于1MHz。l 三角波形的形状、频率的准确性和时钟信号的抖三角波形的形状、频

7、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晃都会影响到以后复原的信号与原信号不同而产生失真。生失真。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lD音频放大器关键技术说明：音频放大器关键技术说明：lD类功放设计考虑的角度与类功放设计考虑的角度与AB类功放完全类功放完全不同。此时功放管的线性已没有太大意义，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，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，所以管子且要求保持良好的脉冲前后沿，所以管子的开关响应要好。

8、另外，整机的效率全在的开关响应要好。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，功放管的散热结构管压降小不但效率高，功放管的散热结构也能得到简化。也能得到简化。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lD音频放大器功率输出（半桥）部分：音频放大器功率输出（半桥）部分：D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 D音频放音频放大器功率大器功率输出（全输出（全桥）部分：桥）部分：D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lD音频放大器关键技术说明：音频放大器关键技术说明：l与音质有很大关系的因数就是位于驱动输出与音质有很大关

9、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，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，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，但作为一个功放产品指定音箱是行不通的，所以所以D类功放类功放与音箱的搭配中更有发烧友驰与音箱的搭配中更有发烧友驰骋的天地。实际证明，当失真要求在骋的天地。实际证明，当失真要求在0.5%以以下时，用二阶下时，用二阶Butterworth最平坦响应低通滤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波器就

10、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滤波器，这时成本和匹配等问题都必须加以考虑。考虑。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lD音频放大器技术发展说明：音频放大器技术发展说明：l高度集成化；高度集成化；l无需外接滤波器；无需外接滤波器；l降低降低EMI。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 lD音频放大器技音频放大器技术发展说明：术发展说明：l无需外接滤波无需外接滤波器：每个半桥器：每个半桥都有自己专用都有自己专用的的比较器比较器，从，从而可独立控制而可独立控制每个输出。调每个输出。调制器由差分音制器由差分音频信号和高频频信号和高频锯齿波驱动。锯齿

11、波驱动。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l降低降低EMI设计：通过设计：通过抖动抖动或随机化或随机化D类类放大器的开关频率实现扩谱调制。实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际开关频率相对于标称开关频率的变化范围可达到化范围可达到10%，尽管开关波形的，尽管开关波形的各个周期会随机变化，但占空比不受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影响，因此输出波形可以保留音频信息。息。D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l降低降低EMI设计比较：设计比较：D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l类类音频放大器音频放大器的实际

12、使用：的实际使用：l：手机及；：手机及；笔记本；笔记本；电视机；电视机；以下；以下；l以上一般采用外加功率以上一般采用外加功率管管D类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l类类音频放大器音频放大器介绍：介绍：PAM8301l1.5W Output at 10%THD with a 8 Loadand 5V Power SupplylFilterless,Low Quiescent Current and Low EMIlHigh Efficiency up to 88%lSuperior Low NoiselShort Circuit ProtectionlThermal Shutdown

13、lFew External Components to Save Space and CostlTiny SOT23-6 PackageD类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l类类音频放大器音频放大器介绍：介绍：l尺寸：尺寸：2.9mmX2.8mmX1.2mmD类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l类类音频放大器音频放大器介绍：介绍：PAM8603l3W Output at 10%THD with a 4 Load and5V Power SupplylFilterless,Low Quiescent Current and Low EMIlLow THD+Nl64-Step DC

14、 Volume Control from-75dB to+24dBlSuperior Low NoiselEfficiency up to 89%lShort Circuit ProtectionlThermal ShutdownlFew External Components to Save the Space and CostD类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l类类音频放大器音频放大器介绍：介绍：PAM8603l尺寸：尺寸：8.6mmX6mmX1.5mmD类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l类类音频放大器音频放大器介绍：介绍：MAX9709l 2 x 25W Output

15、 Power in Stereo Mode(8,THD=10%)l 1 x 50W Output Power in Mono Mode(4,THD=10%)l High Efficiency:Up to 87%l Filterless Class D Amplifierl Programmable Gain(+22dB,+25dB,+29.5dB,l+36dB)l Differential Inputs Suppress Common-Mode Noisel Shutdown and Mute Controll Low 0.1%THD+Nl Current Limit and Thermal

16、ProtectionD类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l类类音频放大器音频放大器介绍：介绍：MAX9709l尺寸：尺寸：8mmX8mmX1.5mmD类音频放大器相关介绍类音频放大器相关介绍 l类类音频放大器音频放大器介绍：介绍：MAX9709D类音频放大器设计类音频放大器设计l设计目的：设计目的：l通过设计掌握进一步类通过设计掌握进一步类音频放大器音频放大器工工作原理；作原理；l通过设计掌握元器件的使用方法；通过设计掌握元器件的使用方法；l通过设计掌握类通过设计掌握类音频放大器音频放大器设计方法；设计方法；l通过设计进一步研究通过设计进一步研究D类音频放大器性能类音频放大器性能的提升

17、；的提升；l如何设计大功率类如何设计大功率类音频放大音频放大器器D类音频放大器设计类音频放大器设计l设计要求：设计要求：l设计设计5W（THD=10%)D类音频放大器设类音频放大器设计计（负载欧姆，电源）；负载欧姆，电源）；l 基于基于HIP4080A设计设计;l要求失真度小；效率高；要求失真度小；效率高；l所有需要安装插座；所有需要安装插座；l由于深圳大学没有失真度仪只能利用示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波器大致测量基础技术指标D类音频放大器设计类音频放大器设计l设计要求：设计要求：l本设计采用本设计采用CD4069组成的标准基准三角波；组成的标准基准三角波；l

18、本设计采用本设计采用CA5470比较放大、反馈；比较放大、反馈；l本设计采用本设计采用HIP4080A将这两个输入信号进行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信号波幅度调制PWM信号；信号；l本设计采用本设计采用4只功率管只功率管Tr1Tr4，4只管互只管互相独立交替工作；相独立交替工作；l本设计采用本设计采用4级巴特奥兹低通滤波器，截止频级巴特奥兹低通滤波器，截止频率率30KHZ,滤去高频，完成滤去高频，完成D/A转换后，送到扬转换后，送到扬声器发声声器发声(实验为欧姆实验为欧姆20W水泥电阻）。水泥电阻）。D类音

19、频放大器设计类音频放大器设计l设计过程要求：设计过程要求：l设计电路图（不限制设计电路图（不限制CAD软件，建议使用软件，建议使用PADS2007）；）；l设计设计PCB文件（不限制文件（不限制CAD软件，建议使用软件，建议使用PADS2007）；l提供表；提供表；l制作制作PCB板（必须将各自的学号做上去）；板（必须将各自的学号做上去）；l安装调试；安装调试；l老师测试验收；老师测试验收；l上交设计调试分析报告上交设计调试分析报告D类音频放大器类音频放大器电路电路D类类音音频频放放大大器器设设计计BOM表：表：HIP4080AHIP4080A音频放大器主要元件清单音频放大器主要元件清单1 1

20、3 3C1,C19,C26C1,C19,C261UF/X7R/25V/C08051UF/X7R/25V/C0805SMTSMT2 21 1C2C247PF/NPO/100V/C080547PF/NPO/100V/C0805SMTSMT3 32 2C3,C4C3,C41NF/X7R/50V/C08051NF/X7R/50V/C0805SMTSMT4 44 4C5,C7,C8,C27C5,C7,C8,C270.22UF/X7R/25V/C08050.22UF/X7R/25V/C0805SMTSMT5 51 1C6C6100UF/100UF/电解电解/25V/20%/25V/20%/直插直插直插直插

21、6 61010C9,C10,C12,C13,C15,CC9,C10,C12,C13,C15,C17,C20,C22,C23,C2517,C20,C22,C23,C250.1UF/X7R/50V/C08050.1UF/X7R/50V/C0805SMTSMT7 74 4C11,C14,C16,C18C11,C14,C16,C184.7UF/X7R/25V/C08054.7UF/X7R/25V/C0805SMTSMT8 81 1C21C21330PF/X7R/50V/C0805330PF/X7R/50V/C0805SMTSMT9 91 1C24C2410UF/X5R/25V/C121010UF/X5

22、R/25V/C1210SMTSMT10101 1C378C3782200UF/2200UF/电解电解/25V/20%/25V/20%/直插直插直插直插11112 2D1,D2D1,D21N4002/DO-411N4002/DO-41直插直插12122 2FB1,FB2FB1,FB2PBY201209T-600Y-S/60PBY201209T-600Y-S/60欧姆欧姆/3A/L0805/3A/L0805SMTSMT13132 2L1,L3L1,L3SSL0804T-150M-S/15uH/3A/SMTSSL0804T-150M-S/15uH/3A/SMTSMTSMT14142 2备用备用SSL

23、0804T-1R5M-S/1.5uH/3A/SMTSSL0804T-1R5M-S/1.5uH/3A/SMTSMTSMT15152 2L2,L4L2,L4SSL0804T-100M-S/10uH/3A/SMTSSL0804T-100M-S/10uH/3A/SMTSMTSMT16161 1R1R1100K/5%/R0805100K/5%/R0805SMTSMT17172 2R2,R19R2,R193.3K/1%/R08053.3K/1%/R0805SMTSMT18181 1R3R310K/5%/R080510K/5%/R0805SMTSMTD类类音音频频放放大大器器设设计计BOM表：表：19191

24、 1R4R41K/5%/R08051K/5%/R0805SMTSMT20207 7R5,R7,R8,R9,R10,R11R5,R7,R8,R9,R10,R11，R6R64.64K/1%/R08054.64K/1%/R0805SMTSMT21214 4R12,R13,R14,R15R12,R13,R14,R1510/5%/R080510/5%/R0805SMTSMT22222 2R16,R17R16,R1720K/5%/R080520K/5%/R0805SMTSMT23231 1R18R186.8K/5%/R08056.8K/5%/R0805SMTSMT24241 1R20R200-10K/5%

25、/R08050-10K/5%/R0805（学生自己考虑，不用采（学生自己考虑，不用采购）购）SMTSMT25252 2R21,R22R21,R22200K/5%/R0805200K/5%/R0805SMTSMT26261 1R23R233.9/5%/2W/3.9/5%/2W/直插直插SMTSMT27274 4TR1,TR2,TR3,TR4TR1,TR2,TR3,TR4SI2306DS/SOT23-3SI2306DS/SOT23-3SMTSMT28281 1U1U1HIP4080A/DIP20HIP4080A/DIP20（同时（同时ICIC插座也需要采购）插座也需要采购）直插直插29291 1U

26、2U2CD4069UBCN/DIP14CD4069UBCN/DIP14（同时（同时ICIC插座也需要采插座也需要采购）购）直插直插30301 1U3U3CA5470E/DIP14CA5470E/DIP14（同时（同时ICIC插座也需要采购）插座也需要采购）直插直插31311 1U4U4LM7806/TO-220LM7806/TO-220直插直插32321 1PCB1PCB1单面单面PCBPCB，自己设计制作或使用万能板，自己设计制作或使用万能板特别说明：关于特别说明：关于SMTSMT电阻及电阻及SMTSMT电容也可以采用直插，建议为电容也可以采用直插，建议为SMTSMTD类音频放大器设计类音频

27、放大器设计l成绩认定成绩认定:l设计报告及制作样机两个部分设计报告及制作样机两个部分;l设计报告要求设计报告要求:设计原理设计原理,设计电路设计电路,元件清单元件清单,制制作过程作过程,性能结果及分析性能结果及分析;l样机制作样机制作:可以自己设计可以自己设计PCB或使用万能板制或使用万能板制作作.自己制作自己制作PCB需要提供需要提供PCB文件文件,并且并且PCB上有自己的学号上有自己的学号.D类音频放大器设计类音频放大器设计l发挥部分：发挥部分：l所有和外部连接的设计所有和外部连接的设计(包含外壳包含外壳)；l如何提高功率；如何提高功率；l如何减小如何减小EMI；l如何设计如何设计MIC的连接；的连接；l如何改进振荡器的设计；如何改进振荡器的设计；l电源设计如何优化；电源设计如何优化；l如何设计接近产品化如何设计接近产品化