基于PSpice的D类功率放大器的设计与仿真[开题报告].doc

1、本科毕业设计 (论文 )开题报告 电子信息 工程 基于 PSpice 的 D 类功率放大器的设计与仿真 一、 课题研究意义及现状 目前便携式消费类电子产品（如：手机、 MP3、 PDA、便携式 GPS 等）日益流行， 这些便携式的电子设备的一个共同点就是都有音频输出 ， 也就是都需要有一个音频放大器 ； 另一个特点就是它们都是电池供电的 ， 都希望能够有较长的使用寿命 。 就是在这种需求的背景下 ，D 类放大器应运而生了 。 它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要 ， 在大功率的电子设备中也需要 。 因为 ， 功率越大 ， 效率

2、也就越重要。而随着人们的居住条件的改善 ， 高保真音响设备和更高挡的家庭影院也逐渐开始兴起 。 在这些设备中 ， 往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率 。 这时 ,低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件 。 D 类放大器在这些设备中也扮演了极重要的角色 。 D 类功率放大器又叫开关型功率放大器，现在又有人称之为数字功率放大器。它利用晶体管的高速开关特性和低的饱和压降的特点，效率很高，理论上可以达到 100%，实际上可以达到 90%。此电路不需要严格的对称，也不需要复杂的直流偏置和负反馈，使稳定性大大提高，用同样 的功耗的管子可得到比 AB 类放大器高 4 倍功率的输出。 放大器有 A 类

3、， B 类， AB 类， D 类放大器等。传统的模拟功放工作在晶体管的线性放大区，保真度较高，但效率低、能耗大，输出达到峰值时的效率为 78%， 且要求有良好的散热设备，因而设备体积和重量均较大。 D 类功放具有效率高、体积小 、 重量轻 、 输出功率大等优点 。 随着半导体及微电子制造技术的不断发展 ， 高速 、 大功率器件已越来越多 ， 人们对音频功率放大器的要求更加趋向高效 、 节能和小型化 ， 所以 D 类音频功率放大器越来越受到人们的重视 。 D 类放大器是目前音频播放器的非常有前途的发展方向， 他更好地适应了便携式电子音频设备对功率放大器的高效率，低失真的的发展要求 。 二、 课题

4、研究的主要内容和预期目标 设计一个 D类功率放大器，并完成电路的仿真调试。 功率放大器的电源电压为 +5V(电路其他部分的电源电压不限 )，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% 本研究是基于 pspice，用 ORCAD软件画出系统 图，并对每个模块进行仿真及调试。 三、 课题研究的方法及措施 图（ 1） 如图 1 所示， D 类功率放大器包含以下模块：三角波产生电路、音频前置放大电路、脉宽

5、调制电路、脉冲功率放大和低通滤波器。 各模块 介绍 如下： 音频前置放大电路 ： 因为输入的音频信号幅度比较小，所以要先前置放大再与三角波进行比较。通过调节反馈电阻的大小就可以实现增益 0 到 20倍可调。 LM324 频带较 宽、转换速率（摆率）较快，适合用于对音频信号的放大。 锯齿波发生器 ：由于 音频信号频率是从 20Hz 到 20kHz，为了达到较好的还原效果，三角波频率应该远大于音频，在这里三角波的频率选取 150k，利用双运 放 TL082 来 完成三角波产生电路。 TL082 具有较 宽的频带和转换速率（摆率），能够保证产生线性良好的三角波。 脉宽调制电路 ： 利用高精度的比较器

6、 LM311 对输入信号和三角波进行比较，通过调节同相端的电位器可以调节输入信号的直流电平，必须保证输入信号与三角波的直流电平相等，才能使最终经滤波后得到的波形不失真，从而获得脉宽与输入信号幅度成正比的调制信号。 脉冲功率放大 ：采用四只场效应管为核心，组成对称桥式 输出电路，其驱动电路采用单边驱动，共射互补方式。 低通滤波 ： 采用四阶 巴特洛斯 低通滤波器， 它具有高频衰减快的优点。 对低通滤波器的要求是上限频率大于 20kHz,在通频带内特性平坦。 四、课题研究进度计划 1.2011.10.01 2011.10.07：收集、熟悉基本资料 。 2.2011.10.08 2011.10.28

7、： 完成外文翻译、文献综述。 3.2011.10.29 2011.11.04：了解和熟悉设计的基本原理 ， 完成开题报告。 4.2011.11.05 2011.11.11：对资料进行分析，理解系统的原理，设计出系统原理图。 5.2011.11.12 2011.12.06：按照方案进行 pspice 仿真。 6.2011.12.07 2011.12.14：结合设计要求进行调试。 7.2011.12.15 2012.01.20：对设计逐步完善，撰写毕业论文。 8.2012.01.23 2012.02.24：对论文内容进行核对、修改，准备答辩材料。 五、参考文献 1 倪磊 .D 类音频功率放大器的分

8、析和设计要素 J.电子与封装， 2008.06，第 8 卷第 6 期 2 Sean Davis.D 类放大器的发展趋势 J.今日电子， 2005.09 3 中国企业库 官网 4 功率放大器： 百度百科 7 林云 .D 类功率放大器的原理与应用 J.电子制作， 2007.11 8 D 类功放设计 ； 百度文库 9 郑友均 .D 类功率放大器的设计 J.中国新技术新产品 .2010 年 04 期 11 Hidenori Kobayashi, Jeffrey M. Hinrichs,Peter M. Asbeck,Current-Mode Class-D Power Amplifiers for High-Efficiency RF ApplicationsJ.IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 49, NO. 12, DECEMBER 2001 12 Angelo Nagari.Tutorial review: audio amplifiers in mobile platformsJ.Analog Integrated Circuits and Signal Processing.10.1007/s10470-011-9732-4