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基于失真分析的D类音频功率放大器设计_付增功
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2015-04-17
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PDA、MP3、蜂窝电话等便携式音频装置在设计时，必须满足高效率、尺寸小、噪声低、能够与处理器协同工作等要求。D 类音频放大器的功率管工作在开关方式，在没有输入信号的时候不会产生静态功耗，具有高效率(理论上可以达到 100%)，在
应用中不需要散热片等优点。但是，由于 D 类放大器把音频信号变成了非线性的脉冲，这个过程难免会引入比较大的失真，传统的 D 类放大器还要增加滤波器以滤除高频载波，这不但增加了系统成本，而且会占据很大的 PCB 面积。所以研究低失真、免滤波的 D 类音频放大器具有很重要的现实意义。本文详细分析了几种对 D 类音频放大器性能影响比较大的非线性失真，如三角波非线性、死区时间和因反馈产生的相位失真、占空比失真等，采用傅立叶分析的方法对各种失真建立了模型，并提取了一些对设计至关重要的参数，用以指导后面的高性能 D 类音频放大器设计。另外，对免滤波 D 类音频放大器的设计方法和对音频性能的影响也进行了分析。最后设计了一种单环二阶免波波的 D 类音频功率放大器。该功率放大器内部设有恒流基准源、前置运算放大器、三角波振荡器、脉宽调制(PWM)比较器和功率输出电路，并且该芯片还可以通过外部引脚对整个系统的闭环增益进行调节。本文设计的三角波发生器采用弛张方式，极大地减小了因三角波非线性所引入的失真；同时通过合理地设置闭环增益，可以在有效抑制各种开环失真的同时引入较小的闭环失真。该音频放大器采用 300 KHz 的脉宽调制频率，在 2.5 V-5.5 V 的电源电压下为4 Ω负载提供最大 2 Watt 的输出功率，输出信号的典型总谐波失真(THD)<0.1%，同时输出效率可达到 80%以上。
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2015-06-04
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