基于Pspice的高效率音频功率放大器设计与仿真【开题报告】.doc

1、毕业论文开题报告 电子信息工程 基于 Pspice 的高效率音频功率放大器设计与仿真 一、课题研究意义及现状 音频放大器出现已经快有一个世纪了， 广泛应用于家庭影院、音响系统、立体声唱机、伺服放大器等电子系统中。 近几年，电子产品正在向薄型化、便携式迅速发展。 人们在追求高保真度音频功放的同时 ,也希望功放有大的输出功率和高效率。因此，设计一种失真度小 ,输出功率大 ,效率高的音频功放也有很重要的现实意义。 音质好、电源效率高、发热少的 D类放大器成为市场的需求。并且由于 D类放大器的耗电低、发热少等诸多特点，越来越得到日益强调 环保的市场的认同。同时，便携电子设备的工作时间一直是厂商全力追求

2、的最重要的性能指标，新的无滤波器 D类放大器在几瓦特的功率级别上正在取代原先固定的 AB类器件。与体积庞大的传统线性放大器相比，使用 D类放大器并不影响音频信号的音质却能够实现便携产品的小型化，因此市场对电子产品薄型化、便携式的需求趋势造就了传统放大器向数字放大器的转化。 功率放大器通常按照其工作状态分为五类，即 A类、 B类、 AB类、 C类和 D类。前四种属于线性功率放大器， D类属于非线性功率放大器。 D类放大器是在 1958年由泰勒提出的，当时它的提出是为了被应用于振荡电路。与前四类功率放大器相比较， D类功率放大器的特点是，输出级 MOS管工作于相继开关状态，这对功率放大器效率有极大

3、提高。 D类功率放大器是一项意义深远的创新技术，具有广阔的发展前景，并对消费电子产生巨大的冲击作用， D类功放在音频和非音频领域都具有广泛的应用。如便携式 DVD播放机、 mp4播放器、 Av接收机、便携式电视机、手机、等离子显示器、汽车音响、 PC机、 PDA、 CD耳机、收录机，以及专业音频设备等。与其他几类功放相比， D类功放在获得更高的效率可以降低芯片尺寸，所以在便携式音频设备中有着重要的地位 。统计表明， D类放大器目前以每年超过 50%的速度在迅猛增长。 D 类放大器在过去的几代产品中，已经得到了巨大的发展，系统设计者极大地改善了系统的耐用性，并提高了其音频质量。实际上，对大多数应

4、用者而言，使用这些放大器所带来的好处已经远远超过了它们的不足。在传统 D 类放大器中，用控制器将模拟或数字音频信号在被集成到功率后端设备中的功率 MOSFET 管放大之前，转换成 PWM 信号。这些放大器效率很高，使用很小的散热器或根本不需要散热器，且降低了对电源输出功率的要求。然而，与传统的放大器相比，它们本身也存在固有的成本、性能 和 EMI 方面的问题，解决这些问题就是 D 类放大器的发展新趋势，其中包括：（ 1）降低EMI（ 2）改善音频质量（ 3）降低系统成本（ 4）电源反馈。 二、课题研究的主要内容和预期目标 课题研究的主要内容 ： 功率放大器的电源电压为 +5V(电路其他部分的电

5、源电压不限 )，负载为 8 基本要求： （ 1）通频带为 300 3400Hz，输出正弦信号无明显失真 （ 2）最大不失真输出功率 1W （ 3）输入阻抗 10k，电压放大倍数 1 20连续可调 （ 4）在输出功率为 500mW 时测量功率放大器的效率 50% 预期目标： 完成 硬件设计及 基于 Pspice 的仿真 三、课题研究的方法及措施 D 类功放主要由脉宽度调制器、开关放大器和低通滤波器等三部分组成，系统框图如下： 第一部分为脉宽调制器，最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。输入原始音频信号和一个三角形波信号，通过比较器 ， 输出矩形波。这样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频

6、信号幅度调制后的波形，称为 PWM（ Pulse Width Modulation 脉宽调制）或 PDM（ Pulse Duration Modulation 脉冲持续时间调制）波形。音频信息被调制到脉冲波形中 。 第二部分就是 D 类功放，这是一个脉冲控制的大电流开关放大器，把比较器输出的 PWM 信号变成高电压、大电流的大功率 PWM 信号。能够输出的最大功率有负载、电源电压和晶体管允许流过的电流来决定。 第三部分需把大功率 PWM 波形中的声音信息还原出来。使用一个 LC 低通滤波器，把原音频信号恢复出来。 四、课题研究进度计划 2010 年 10 月上旬，选题并落实任务 2010 年

7、10 月下旬至 2011 年 11月上旬，毕业设计开题，写毕业设计培训，外文翻译、文献综述和开题报告 2010 年 11 月下旬至 2010 年 12 月上旬，完善外文翻译、文 献综述和开题报告 2010 年 12 月下旬至 2010 年 1 月上旬，开题答辩 2011 年 1 月下旬至 2011 年 2 月，设计与写论文 2011 年 3 月至 2011 年 4 月上旬，设计作品的完善，论文的修改，准备答辩 2011 年 4 月下旬至 2011 年 5 月，答辩 五、参考文献 1 刘静 .Class D 音频功率放大器设计 D.北京交通大学 ,2008 年 2 龚伟 ,周雒维 .D类音频功率

8、放大器控制方式综述 J.重庆大学学报 (自然科学版 ),2003(02):117-122 3 毛大平 .浅谈功率放大器的基本技术指标 J.现代电影技术应用技术研究 ,2008(6):44-48 4 朱高峰等著 .D 类音频功率放大器的关键 技术 J.声学技术 ,2006.25(5):452-54 5 NicholasHolland.在便携式应用中使用 D 类音频放大器 J.电子与电路 ,2005(12)： 82-84 6 汪东 .高效 D 类音频功率放大器设计 J.电子与封装 ,2006,11,6(11):23-26. 7 周柳奇 .D 类功放在便携式设备中的应用 J. 硅谷 ,2008,(0

9、7):20-21 8 曾妍 ,曾宝国 .D类功率放大器的原理及应用 J. 科技资讯 , 2008,(03):11-15 9 何记鑫 .D类放大器 :基本 原理及近期发展 J.半导体器件应用 ,2007,(09):10-13 10 土公堂 .D 类音频功率放大器 MAX9700/MAX9712 及其应用 J.新特器件 ,2007,(10):20-24 11 Frank Ellinger.Power AmplifiersM.Radio Frequency Integrated Circuits and Technologies.2nd ed.Berlin , New York :Springer.2008,9:313-358 12 B.E.Attwood, Design Parameters Important for the Optimization of Very-High-Fidelity PWM(class D) Audio AmplifiersJ.Audio. Eng. Soc, vo1.31， No.ll ,1983,5:842-853 13 Jason Cookson,Janelle Tonti.Class D audio power amplifierC.The University of Maine,2002,5:35-55