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D类功率放大器的设计与实现

董芳针?? 周克?? 霍俊海?? 贵州大学 工业控制计算机?? 2015年07月06日 ?? 收藏11

2 硬件电路设计

2.1 原理分析

D 类功率放大器的工作过程是: 当输入模拟音频信号时,模拟音频信号经过PWM 调制器变成与其幅度相对应脉宽的高频率PWM 脉冲信号,控制开关单元的开/关,经脉冲推动器驱动脉冲功率放大器工作,然后经过功率低通滤波器带动扬声器工作。

2.2 比较器

比较器电路采用低功耗、单电源工作的双路比较器芯片LM311 构成。此处为提高系统效率,减少后级H 桥中CMOS 管不必要的开合, 用两路偏置不同的三角波分别与音频信号的上半部和下半部进行比较,当正端上的电位高于负端的电位时,比较器输出为高电平,反之则输出低电平。这样产生两路相互对应的PWM波信号给后级驱动电路进行处理,双路比较电路如图3 所示。

图3 比较器电路
图3 比较器电路

此处值得注意的是将上半部比较处理为音频信号接比较器的负向端、三角波信号接正向端;下半部比较则相反,这样形成相互对应,在音频信号的半部形成相应PWM 波时,另半部为低电平,可保征后级H 桥中的CMOS 管没有不必要的开合,以减少系统功率损耗。电路以音频信号为调制波,频率为70kHz 的三角波为载波,两路信号均加上2.5V 的直流偏置电压,通过比较器进行比较,得到幅值相同,占空比随音频幅度变化的脉冲信号。

LM311 芯片的供电电压为5V 单电源,为给V+=V-提供2.5V的静态电位,取R10=R11,R8=R9,4 个电阻均取10kΩ。由于三角波Vp-p=2V,所以要求音频信号的Vp-p 不能大于2V,否则会使功放产生失真。由于比较器芯片LM311 的输出级是集电极开路结构,输出端须加上拉电阻,上拉电阻的阻值采用1kΩ 的电阻。

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信号变换? 短路保护? 互补对称H桥? 低通滤波器?

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