D类音频功率放大器设计报告(2)

2019-04-08 21:47

对于脉冲调制电路其实质就是一个电压比较器。我采用高精密,高速度比较器LM111。

LM111是一种新型的电压比较器。它与其他的电压比较器不同之处在于:其一,该器件的输入误差电流很小,故可应用在高阻抗电路中;其二,应用灵活,它不但能驱动DTL,TTL逻辑电路,而且还能与MOS逻辑开关和FET模拟开关接口;其三,它能由单5V电源供电去驱动DTL或TTL电路这就使得电路电源得以简化。该器件中主要使用了输入端的PNP晶体管的缓冲而获得较低的输入电流。输出端V11为输出管,由于该电压比较器的输出端与地端均与电路中其余点隔离,这就使得输出方式变的极为灵活,既可以由输出端直接输出,亦可以从地端串入负载输出。当V-端与地端相连时电路即可实现单电源供电。

脉冲调制器的具体电路结构如图7所示。

由前置放大器输出的音频信号送入比较器的同相端,由三角波产生电路生成的锯齿波送入比较器的反相端,供电电压为5V的单电源,为给V+=V-提供符合要求的静态电位,取R12=R15,R13=R14,4个电阻均取10KΩ。R16构成负反馈电路。输入的两个信号经比较器比较之后,输出与音频信号成正比的脉宽调制信号。

10KR1210KR1310KR162U373510KR1410KR156LM111841

图7: 脉冲调制电路结构

4.驱动控制电路

如前所述,驱动控制电路应具备4个方面的要求,一是将PWM信号进行整形;二是将PWM信号转换成相位相反的两种信号;三是要在两种相位相反的信号之间存在一定的死区时间;四是应具备保护功能。根据以上要求,做出电路如图8所示。该电路采用5V电源供电,所有逻辑器件均采用CMOS集成器件,当过流保护信号为高电平“1”时,驱动电路正常工作,R,C决定死区时间;当过流保护信号为低电平“0”时,驱动电路无脉冲输出。 U?AU?A12408133234049U?A4049U?A324081240814049U?A2124081U?A3U?A33111.5KRt12U?A13224030U?A31004030pF 图8: 驱动控制电路

5.功率输出电路

功率输出电路我们采用H桥式功率放大电路,H桥式功率放大器电路的任务是把PWM信号中的调制信号解调出来,即开关式功放就是一逆变器电路。对逆变电路的设计首先要选择开关频率高,导通电阻小的场效应管;其次应采用H桥式逆变器电路,目的是使输出电压摆幅可以升高到接近于两倍的电源电压,增大功率放大器的最大不失真输出功率。

具体的功率输出电路结构如图9所示。整个放大器电路由四个输出电容小,容易快速驱动的场效应管组成,在这里我们采用IRFD120(N沟道)和IRFD9120(P沟道)组成。左面两的两个场效应管(上为IRFD120,下面为IRFD9120)的栅极组成放大器的同相输入端,另外两个场效应管(上为IRFD120,下为IRFD9120)的栅极组成功率放大器的反相输入段。一路信号由放大器的左端(两个场效应管的栅极)输入,另一路反相信号由放大器的右端(两个场效应管的栅极)输入;输出则由两场效应管的漏极相连接组成。

Q1Q2Q3Q4 图9:表功率输出电路的结构

6.滤波器电路

由前面所述我们知道输出滤波器的功能就是将由功率输出电路送来的信号中的基频和谐波(超高频)信号滤除,仅留调制音频信号(模拟信号)的部分,用以驱动扬声器。具体的电路结构如图10所示。

由图可知该滤波器由两个电感,电容和一个电阻组成。功率输出器输出的信号送入该滤波器的左端的两个输入端,右端接扬声器发声。当然对于高电感的扬声器可以省去该滤波电路,而直接接功率输出电路的输出端。

我们也可以采用四阶巴特沃斯低通滤波器(如图11所示)。滤波器的左右两个端均接功率输出电路的输出端,在该滤波器中个元器件的参数如图11所示。对滤波器的要求是上限频率≥20KHz,在同频带内特性基本平坦。

L122uHL247uHC11uFC20.68uFSPEAKERL447uHC30.68uFL322uHC41uF:图10: 输出低通滤波器的结构 图11:四阶巴特沃斯低通滤波器

7.电平指示电路(音量显示电路)

根据要求电平指示电路要采用5端LED显示,故我们采用带放大器电平指示电路,具体的电路结构如图12所示。

500*6 Q1`3DG2010.2*5 Q23DG201Q33DG201Q43DG201Q53DG201D6D1D2D3D4D52CP10*633uFGND图12: 五段电平指示电路

该电平指示电路可以认为是一个结果显示电路接在功率输出放大器的输出端,功率放大器的输出信号由最左边的三极管的基极送入。该电路由分立元件组成,经倍压整流的音频电压达到0.5V,最右边的晶体管先导通,其集电极上的发光二极管点亮。随着输入信号的增大,从右到左,发光二极管依次发光。

我们也可以采用现成的集成电路来实现电平指示,图13就是采用集成电路LB1405驱动,可以做输出电平指示或录音电平指示。调节电位器(10KΩ)可控制指示灵敏度,改变集成电路15角外接的4.7μF电容大小,可以改变闪灯的响应频率。

SPVCC27020K16LB1405151P10K2K100K100K4.715K133894.7GND图13: 采用集成电路LB1405的电平指示电路

8.供电电源电路

音频功率放大器的供电问题,大都采用50Hz交流电力网供给,然而其内部的用电器件却都采用直流供电。显然,这就需要将电力网供给的交流电转换为直流电,以按照各自用电器件规定的电压和电流供给。这就是我们将要介绍的音频功率放大器的供电电源。其内容涉及到供电电源类型及优缺点,设计时需考虑的问题以及抗干扰等。


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