d类功放的原理与设计
目录
引言 1
（一） 课题的研究背景和意义 1
（二） 本文的工作 1
（三） 内容安排 1
一、理想D类功放的原理与仿真 2
（一） D类功放的组成 2
（二） 调制电路的仿真 2
（三） 功率放大电路的仿真 4
（四） 滤波电路的仿真 5
（五） 整体电路的仿真 6
二、D类功放的硬件电路设计 8
（一） D类功放的方案选择 8
（二） TPA3116芯片介绍 9
（三） D类功放的硬件电路设计 15
（四） 元件清单 17
三、总结 19
谢辞 20
文献 20
引言
（一） 课题的研究背景和意义
D类功放又被称为数字功放，它不同于传统的A类、B类、AB类和C类功率放大器，传统的功率放大器中，功率管都是工作在线性区，因此功耗比较大。而新型的D类功放功率管工作在放大区，因此功耗较小，效率比较高。
D类功放通常由以下三个部分组成：
1．调制电路：调制电路主要是把模拟的音频信号转换成方波变换的PWM信号。
2．放大电路：利用PWM信号驱动功率管，进行功率放大。
3．滤波电路：将PWM放大后的信号进行滤波还原，还原成模拟的音频信号。
D类功放的技术指标通常效率、失真和频率响应组成。
（二） 本文的工作
本文的工作如下：
1．查阅相关资料和论文，研究现有D类功放的设计，对本次设计的课题研究出提出比较合适的解决方案。
2．对本次原理进行仿真，详细的分析了D类功放 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
的原理和实现方法。
3．针对上述系统提出的解决方案，在此基础上对各个部件的芯片和器件进行比较和论证，最终选择最合适的器件。
4．针对不同的芯片和器件，设计相应的外围电路，给出详细的设计依据和参数选择依据，给出整个系统的硬件电路。
5．制作实物，测试实际效果，对硬件和软件进行相应的验证。
6．总结本次设计。
（三） 内容安排
本文的内容安排如下：
1．概述，给出本次课题的背景和意义。
2．详细介绍D类功放的原理，并通过仿真软件对D类功放进行仿真，分析得出相应结果。
3．D类功放的方案选择，对其中的功率芯片进行选择和论证和D类功放的硬件设计，对芯片的参数进行详细介绍。
4．总结本次D类功放的设计。
一、理想D类功放的原理与仿真
详细的介绍了D类功放的原理，对其中每个部分进行详细的介绍，分为从D类功放的组成、调制电路的仿真、功率放大电路的仿真、滤波电路的仿真和整体电路的仿真这5个方面进行详细的介绍。
（一） D类功放的组成
D类功放组成见图1-1所示。
图1-1 D类功放组成
D类功放由以下几部分组成：
1．音频信号输入：由用户输入音频信号。
2．前置放大电路：将微弱的音频信号进行放大。
3．三角波生成电路：生成调制的三角波信号。
4．比较器：放大后的音频信号与三角波信号通过比较器比较进行调制。
5．驱动电路：调制后的信号经过驱动来驱动H桥。
6．H桥开关电路：主要用作放大音频信号。
7．低通滤波电路：将H桥后的信号进行低通滤波后得到音频信号。
8．功率输出电路：功率输出是音频信号经过D类放大器后的输出电路，送入音响。
（二） 调制电路的仿真
调制电路由音频信号输入、前置放大电路、三角波生成电路和比较器组成。
调制电路仿真图见图1-2所示。
图1-2 D类功放中的调制电路
D类放大电路仿真如图1-2所示，其中，为了方便仿真，将正弦波信号和三角波信号用信号发生器生成。
三角波信号发生器设置见图1-3所示。
图1-3 D类功放中的三角波信号发生器仿真
三角波设置为100kHZ,幅值为1V，直流偏置为1V。三角波的频率越大，则后级波形失真越小。
正弦波信号发生器设置见图1-4所示。
图1-4 D类功放中的正弦波信号发生器
正弦波为1kHZ，幅值为1V，直流偏置为1V。
D类功放中调制电路仿真波形如图1-5所示。
图1-5 D类功放中的三角波信号发生器仿真波形
由图1-5可见，比较器输出信号的宽度由正弦波的幅值决定，正弦波幅值越高，则输出信号越宽。
（三） 功率放大电路的仿真
功率放大电路主要是对调制后的波形进行功率放大。
功率放大电路仿真如图1-6所示。
图1-6 D类功放中的功率放大电路仿真
为了简化仿真电路，采用理想开关来代替功率管进行仿真，仿真输出波形如图1-7所示。
图1-7 D类功放中的功率放大电路仿真波形
由图1-7可以看见，正弦波的波形可以明显的反应到功率放大后的波形上。在功率放大后，波形仍为幅值不同的方波。后级需要用低通滤波器来滤波，还原出原本的音频信号。
（四） 滤波电路的仿真
滤波电路是采用LC滤波器，不采用RC低通滤波的原因是传统的RC中含有耗能元件，因为功率放大后的电路中电流较大，若采用RC低通电路，将会有很大的能耗，而且对电阻R的电阻的选型也存在很大问题。
LC滤波电路仿真波形如图1-9所示。
图1-9 D类功放中的LC滤波电路仿真波形
由图1-9可以看出，通过简单的LC滤波基本可以还原输入信号的波形。
（五） 整体电路的仿真
整体电路仿真如图1-10所示。
图1-10 D类功放整体仿真波形
通过改变输入频率对整体效果进行测试。当输入为5kHZ时，电路图如图1-11所示。
AM0
输入
AM避免频率选择
28
GND
输入
接地
29
OUTPR
输出
引言 1
（一） 课题的研究背景和意义 1
（二） 本文的工作 1
（三） 内容安排 1
一、理想D类功放的原理与仿真 2
（一） D类功放的组成 2
（二） 调制电路的仿真 2
（三） 功率放大电路的仿真 4
（四） 滤波电路的仿真 5
（五） 整体电路的仿真 6
二、D类功放的硬件电路设计 8
（一） D类功放的方案选择 8
（二） TPA3116芯片介绍 9
（三） D类功放的硬件电路设计 15
（四） 元件清单 17
三、总结 19
谢辞 20
文献 20
引言
（一） 课题的研究背景和意义
D类功放又被称为数字功放，它不同于传统的A类、B类、AB类和C类功率放大器，传统的功率放大器中，功率管都是工作在线性区，因此功耗比较大。而新型的D类功放功率管工作在放大区，因此功耗较小，效率比较高。
D类功放通常由以下三个部分组成：
1．调制电路：调制电路主要是把模拟的音频信号转换成方波变换的PWM信号。
2．放大电路：利用PWM信号驱动功率管，进行功率放大。
3．滤波电路：将PWM放大后的信号进行滤波还原，还原成模拟的音频信号。
D类功放的技术指标通常效率、失真和频率响应组成。
（二） 本文的工作
本文的工作如下：
1．查阅相关资料和论文，研究现有D类功放的设计，对本次设计的课题研究出提出比较合适的解决方案。
2．对本次原理进行仿真，详细的分析了D类功放 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
的原理和实现方法。
3．针对上述系统提出的解决方案，在此基础上对各个部件的芯片和器件进行比较和论证，最终选择最合适的器件。
4．针对不同的芯片和器件，设计相应的外围电路，给出详细的设计依据和参数选择依据，给出整个系统的硬件电路。
5．制作实物，测试实际效果，对硬件和软件进行相应的验证。
6．总结本次设计。
（三） 内容安排
本文的内容安排如下：
1．概述，给出本次课题的背景和意义。
2．详细介绍D类功放的原理，并通过仿真软件对D类功放进行仿真，分析得出相应结果。
3．D类功放的方案选择，对其中的功率芯片进行选择和论证和D类功放的硬件设计，对芯片的参数进行详细介绍。
4．总结本次D类功放的设计。
一、理想D类功放的原理与仿真
详细的介绍了D类功放的原理，对其中每个部分进行详细的介绍，分为从D类功放的组成、调制电路的仿真、功率放大电路的仿真、滤波电路的仿真和整体电路的仿真这5个方面进行详细的介绍。
（一） D类功放的组成
D类功放组成见图1-1所示。
图1-1 D类功放组成
D类功放由以下几部分组成：
1．音频信号输入：由用户输入音频信号。
2．前置放大电路：将微弱的音频信号进行放大。
3．三角波生成电路：生成调制的三角波信号。
4．比较器：放大后的音频信号与三角波信号通过比较器比较进行调制。
5．驱动电路：调制后的信号经过驱动来驱动H桥。
6．H桥开关电路：主要用作放大音频信号。
7．低通滤波电路：将H桥后的信号进行低通滤波后得到音频信号。
8．功率输出电路：功率输出是音频信号经过D类放大器后的输出电路，送入音响。
（二） 调制电路的仿真
调制电路由音频信号输入、前置放大电路、三角波生成电路和比较器组成。
调制电路仿真图见图1-2所示。
图1-2 D类功放中的调制电路
D类放大电路仿真如图1-2所示，其中，为了方便仿真，将正弦波信号和三角波信号用信号发生器生成。
三角波信号发生器设置见图1-3所示。
图1-3 D类功放中的三角波信号发生器仿真
三角波设置为100kHZ,幅值为1V，直流偏置为1V。三角波的频率越大，则后级波形失真越小。
正弦波信号发生器设置见图1-4所示。
图1-4 D类功放中的正弦波信号发生器
正弦波为1kHZ，幅值为1V，直流偏置为1V。
D类功放中调制电路仿真波形如图1-5所示。
图1-5 D类功放中的三角波信号发生器仿真波形
由图1-5可见，比较器输出信号的宽度由正弦波的幅值决定，正弦波幅值越高，则输出信号越宽。
（三） 功率放大电路的仿真
功率放大电路主要是对调制后的波形进行功率放大。
功率放大电路仿真如图1-6所示。
图1-6 D类功放中的功率放大电路仿真
为了简化仿真电路，采用理想开关来代替功率管进行仿真，仿真输出波形如图1-7所示。
图1-7 D类功放中的功率放大电路仿真波形
由图1-7可以看见，正弦波的波形可以明显的反应到功率放大后的波形上。在功率放大后，波形仍为幅值不同的方波。后级需要用低通滤波器来滤波，还原出原本的音频信号。
（四） 滤波电路的仿真
滤波电路是采用LC滤波器，不采用RC低通滤波的原因是传统的RC中含有耗能元件，因为功率放大后的电路中电流较大，若采用RC低通电路，将会有很大的能耗，而且对电阻R的电阻的选型也存在很大问题。
LC滤波电路仿真波形如图1-9所示。
图1-9 D类功放中的LC滤波电路仿真波形
由图1-9可以看出，通过简单的LC滤波基本可以还原输入信号的波形。
（五） 整体电路的仿真
整体电路仿真如图1-10所示。
图1-10 D类功放整体仿真波形
通过改变输入频率对整体效果进行测试。当输入为5kHZ时，电路图如图1-11所示。
AM0
输入
AM避免频率选择
28
GND
输入
接地
29
OUTPR
输出
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