D类3W免滤波音频功率放大器设计

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

目录

摘要...............................................................................................................................I Abstract...........................................................................................................................II 第1章绪论 (1)

1.1课题的研究背景及研究意义 (1)

1.2国内外发展历史与现状 (1)

1.3各类音频功放的发展和简介 (2)

1.4本文的主要工作 (6)

第2章D类音频功率放大器的基本原理 (7)

2.1D类音频功放的介绍 (7)

2.2D类音频功放的工作原理和基本结构 (7)

2.2.1D类音频功放的工作原理 (7)

2.2.2实际D类音频功放的结构 (9)

2.3本章小结 (9)

第3章D类音频功放的关键技术 (10)

3.1利用负反馈提高D类型功放的音质品质 (10)

3.2电磁干扰的问题 (12)

3.3免滤波原理 (12)

3.4输出功率3W的设计原理 (13)

3.5本章小结 (14)

第4章芯片子模块电路的设计 (15)

4.1带隙基准电路的设计 (15)

4.1.1带隙基准的原理 (15)

4.1.2带隙基准的电路实现 (16)

4.1.3带隙基准电路的仿真 (20)

4.2输入级放大器的设计 (20)

4.2.1电路功能 (20)

4.2.2具体运放电路及其性能分析 (21)

4.2.3运放的设计流程 (25)

4.2.4运放的仿真验证 (28)

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4.3PWM及其比较器设计 (29)

4.3.1电路功能 (29)

4.3.2比较器电路的设计实现 (29)

4.3.3比较器的性能优化 (30)

4.3.4比较器及PWM仿真验证 (32)

4.4振荡器电路的设计 (33)

4.5过温保护电路的设计 (34)

4.6整体电路的仿真 (35)

4.7本章小结 (37)

第5章电路版图设计 (38)

5.1版图的定义和意义 (38)

5.2版图绘制的注意事项 (38)

5.3D类音频功放子模块版图设计 (42)

5.3.1放大器的版图设计 (42)

5.3.2预放大锁存比较器版图的设计 (43)

5.4本章小结 (43)

结论 (44)

参考文献 (45)

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 (49)

致谢 (50)

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第1章绪论

1.1课题的研究背景及研究意义

音频是一个专业性的术语，人们能够识别到的声音都可以称为音频，其中也包括噪声。

人耳是一个非常特殊敏感的器官，他能识别相当大的动态范围的声音而不丢失声音的原来特性。听觉能在10亿倍的量度范围内工作，与人的眼睛一样是属于非常灵敏的器官。据有关研究表明，人的眼睛最低可以感知单个光子，人的耳朵可以感知超过一个氢原子直径的震动，而在耳朵和眼睛这两个器官中，听觉的工作范围和敏感程度是最高的。

声音的重放系统的设计是关于多个维度的问题。在人们感知声音的过程中会感知不同的声音强度的大小，这就是音调，在不同时刻听到的声音不同，也就是人们能感知声音对时间的关系，这就构成了声音在时间和音调方面的两个维度。不仅如此，人们能够在听取声音的时候感知声音的来源，感知声音的方位，所以，人们能感知声音在三维空间的概念，这又是三个维度。所以声音存在着五个维度的信息，这五个维度的信息是人们能够通过人耳进行获取。但是我们身处四维时空，所以人的大脑一般不能感知整个声学系统[1]。

当音频功放在复原原来音乐信号时，由于音频功放内部的复原机制和器件特性，会破坏原来音乐信号，引入了噪声，之前的音乐细节可能得到破坏，这就是所谓的失真。当声音出现了噪声和失真时，并不是仅仅的表现为音乐难听了，更重要的是这样存在噪声和失真的声音可能会损伤人的耳朵，研究表明，如果音乐能够保持完整不失真，那么即便是在高达140dB的声音强度下，听者并不会感到难受[2]。因此，如果人们长期使用会造成声音失真并引入噪声的音频系统时，人耳的损伤的几率会大大升高。所以设计有效的尽可能最小的失真音频功放系统是极为重要的。

1.2国内外发展历史与现状

音频功率放大器的研制已经经历了几十年的历程，人们在从电路结构方面还有电路所用器件方面都做出了不断的尝试和改善，已经成为了一个有着

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