数字功放实验报告

前言：

数字功放简介数字功放”的基本电路是早已存在的Ｄ类放大器（国内称丁类放大器）。以前，由于价格和技术上的原因，这种放大电路只是在实验室或高价位的测试仪器中应用。这几年的技术发展使数字功放的元件集成到一两块芯片中，价格也在不断下降。理论证明，Ｄ类放大器的效率可达到１００％。然而，迄今还没有找到理想的开关元件，难免会产生一部分功率损耗，如果使用的器件不良，损耗就会更大些。但是不管怎样，它的放大效率还是达到９０％以上。此外，数字功放具有失真小、噪音低、动态范围大等特点，在音质的透明度、解析力，背景的宁静、低频的震撼力度方面是传统功放不可比拟的。为了重现放大的音频信号，输出波形必须恢复到原来的正弦波。大都采用低通滤波器来解决。由于音频的频带范围为２０Ｈｚ～２０ｋＨｚ，而载波频率通常是它的５倍以上，因此，滤除载波频率的过程相当简单，就是在扬声器前面接一个截止频率约为２５ｋＨｚ左右的低通滤波器。而在运用到重低音功放时，由于处理的是低频，低通的截止频率可以降低到５ｋＨｚ左右。滤波器可根据性能要求采用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ、Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ或Ｂｅｓｓｅｌ等电路。滤波器的设计要求较高，弄得不好会引起射频干扰。为降低功耗，一般采用被动元件。由于功耗和体积的优势，数字功放首先在能源有限的汽车音响和要求较高的重低音有源音箱中得到应用。

当今的电子设备开始趋向于便携化，而这种便携特性需要小的体积以及高效率才能够维持足够的电池使用时间。这种趋势开始影响到音频放大器的设计，但是，AB类音频放大器的效率通常都小于20％，这就减少的系统的电池寿命，并且增加了热耗散D类放大器是一种输出开关状态信号的放大器。当输出功率开关管关闭，流过放大器的电流为零。当输出功率开关管导通，开关管所承载的压降很小，在理想的状况下，这个值应是零。所以无论在开关导通或是关闭，消耗在放大器内部的功率都很小。这就提高了效率，进而，它只需要更少的电能消耗和更小的散热器。对于电池供电的便携器件而言，这是一个十分重要的优势。 实现D类音频放大器的两大类技术：

就技术领域来而言，D类音频放大器可以依照输入信号的类型分为两大类： 模拟D类音频放大器与数字D类音频放大器。

模拟D类音频放大器到目前为止一直是D类音频实现技术的主流。模拟D类音频放大器接收模拟音频输入信号，通过信号调制结构将模拟音频信号置于高频载波之上，并传送至功率输出级。模拟D类音频放大器的信号调制机构由于可以采用自然采样模式，不会产生固有谐波分量，因而可以实现比较高的线性度研。并且，模拟D类音频放大器可以相对容易地实现负反馈控制，通过反馈机制，进一步有效地提高包括线性度，电源噪声免疫性在内的各项音频性能特征。基于上述特点，模拟D类音频有更为简单的可实现性并且不需要特殊设计的精确电源，在应用端可以简化外围电路的使用，因而目前依然是D类音频产品所使用的主流技术。本文所介绍的D类音频放大器也属于模拟D类音频高效率、低失真D类音频功率放大器

放大器的范畴。

数字D类放大器接收数字音频输入信号。同样要通过信号调制结构将数字

信号置于高频载波之上，并传送至功率输出级。数字D类音频目前在诸多技术环节仍存在困难。由于数字D类放大器采用线性插值法采样，在采样方式上存在固有的误差，因而在线性度上不及模拟D类音频，更重要的是，数字实现方式难以实现反馈控制，使得数字D类音频更加依赖于良好的外围电路设置。

但数字方式的好处同样显而易见，全数字的实现方式可以省去面积可观的模拟电路模块；全数字的音频信号通道对耦合噪声并不敏感；全数字的实现方式可以更加灵活地实现片上的音频信号处理，并可以省去系统的数模转换器。数字实现D类音频目前仍只有极少的市场应用，但如果上述的技术困难可以得到解决，数字实现将会是一个很有竞争力的选择，成为未来D类音频技术的发展方向。

原理:

本次电路仿真设计中，由于很多芯片无法找到，我们首先只是选择了一个很简单的电路

示例一中具体如图一：

如上图所示，该电路运用到的芯片为74ls04，其中U1F构成密勒积分电路，U1C构成线形反相放大电路，R2，R3，U1A、U1B构成触发电路，U1D、U1E为缓冲电路，驱动扬声器需要上百毫安电流，用74ls04三片做了驱动门，用来增大驱动电流。最后的输出用全桥方式，由于为单电源供电，因此不用接隔直电容，跟具输出信号的高低电平，可以是L1和L2相互导通而正常工作。

密勒积分电路：（如下图所示）

密勒积分电路中，为了实现锯齿波发生电路，如在放大器A的位置放上品体管，则可以制得固9．U的电路。将关闭的开关打开后，在放大晶体管Tr的

集电极就可以得到锯齿波输出电压。与互相同的是fB。在这里，Tr是作为共射极放大器来使月的，所以增益大，但不能说输入电阻大。此时，时间常数为C[只RE／(只十RZ)]，Rt随着5体管的替换或温度变化而变化。另外输出电电阻也很大。将锯齿波发生电路看做电源时，输出电阻不小与内部串联电阻大是相同的事情，所以在输出端接负载时，如果负载电阻值变化，则输出电压也大幅度地变化。在本电路中用非门来做放大器，代替了晶体管。

调试过程：

在这个电路的调试过程中，在原来的电路中用到的不是74ls04，U1为74hcu04，U2为74ac04，但是在连接好电路的仿真过程中出现无法仿真，经过一系列的调试发现，不同种类的反相器组合，有不同的结果，有的甚至无法仿真，而最佳的组合是74ls04，所以最后我们选择了全部用74ls04。同时，在调试过程中发现，原来的12个74ls04来做驱动门电路，但是三个和十二个没区别，故最终选择了用三个来实现。

输入输出波形如下所示：

在调试完成之后做出了简单的pcb，如下图所示：

第二个电路我们再一次偶然的添加库中发现好多库没有添加，再添加上之后，在搜索元器件的过程中我们发现了hip4080，所以我们找到了一个相对复杂一点的一hip4080为主控芯片的功放电路图。

HIP4080原是电动机控制用开发的集成电路，但也可以在音频功率放大器中利用其耐压与高速型，其内部有比较器、驱动器、死区控制器等电路，若外接振荡器，输出元件，输出低通滤波器，就可简单构成D类功率放大器。

HIP4080芯片的引脚图如下：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7g5v.html