基于D類放大的高效率音頻功率放大器設(shè)計(jì)

輸入綴用OPA604構(gòu)成一射極跟隨器已達(dá)到隔離前后級(jí)的作用。改變平均電容的值可設(shè)定平均時(shí)間常數(shù)，并決定低頻準(zhǔn)確度、輸出波紋的大小和穩(wěn)定時(shí)間。交流波紋分量可以用增大此電容的值來減少，但這樣會(huì)使建立時(shí)間增大，所以選擇用后接一個(gè)二階有源低通濾波器的方法來減少輸出的紋波。得出真有效值后直接給入ADS1286進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由FPGA處理，計(jì)算出系統(tǒng)的輸出功率并進(jìn)行顯示。

4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
根據(jù)題目要求，要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功率的測量和顯示功能，硬件上采用8位CPU AT89S52，通過C51編程實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)圭要完成對(duì)ADS1286的控制、采入數(shù)據(jù)、計(jì)算功率和送顯示的功能。而FPGA(采用Atera公司的Cyclone系列的EP1C6QC240)則作為一個(gè)總線控制器，對(duì)液晶和A／D與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換進(jìn)行管理。采用VerilogHDL語言在Quartus9．1的環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)。

5 測試方法和結(jié)果
5．1 測試儀器
15 MHz函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 型號(hào)：Agilent33120A
數(shù)字示波器 型號(hào)：Tektronix TDS 1002，雙通道，60 MHz
直流電源 型號(hào)：SG173SB3，穩(wěn)壓穩(wěn)流型
四位半數(shù)字多用表 型號(hào)：Fluke 45 dual display multimeter
5．2 測試方案及結(jié)果分折
1)功率顯示誤差測量 用Agilent信號(hào)源給出輸入音頻信號(hào)，示波器在單端輸出測試點(diǎn)測負(fù)載上電壓峰值Vo，據(jù)式計(jì)算出實(shí)際功率，進(jìn)而計(jì)算出顯示誤差，結(jié)果見表1所示。

從表中數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)功率顯示模塊具有4位數(shù)字顯示，精度優(yōu)于5％，且誤差較小。
2)噪聲 用Agilent信號(hào)源給出輸入音頻信號(hào)(保證信號(hào)頻率20 kHz以下)，用0.1μF電容進(jìn)行輸入端對(duì)地交流短路，用示波器在輸出端測量噪聲大小。此時(shí)測得噪聲為2．96mV。
3)效率測量 用直流電源對(duì)功放電路單獨(dú)供電，以便測試效率。供電電壓+5 V。用與測通頻帶相同的方法給出給出輸入信號(hào)，用示波器觀察輸出信號(hào)幅值，調(diào)整輸出為200 mW及500 mW，將四位半數(shù)字多用表串入放大器電路中，測出電路電流I。根據(jù)式計(jì)算出功率放大器效率，結(jié)果見表2所示。

從表中可以看出，在輸出功率為500mW時(shí)，功率放大電路效率高達(dá)64.10％，大大滿足了題目要求；在輸出為200 mW時(shí)，效率也達(dá)到了43．96％。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效率音頻放大。
4)過流保護(hù)測量 用與測通頻帶相同的方法給出給出輸入信號(hào)，用示波器觀察輸出信號(hào)幅值，將負(fù)載兩端短路，可看到短路模塊警示燈亮，功率放大部分的電源被切斷，輸出變?yōu)榱?，達(dá)剄保護(hù)目的。

6 結(jié)論
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)音頻信號(hào)的放大處理，完成了高效率功率放大、信號(hào)變換、功率測量及顯示、過流保護(hù)等功能。系統(tǒng)性能良好，在功率及效率方面的指標(biāo)較高。放大電路、信號(hào)變換、功率測量及短路保護(hù)等部分都收到了較好的效果。尤其在功率方面可達(dá)到1．16 W，效率可達(dá)到64％，噪聲很低，功率測量顯示誤差較小。操作簡單，人機(jī)交互靈活。