音频功放的种类与D类功放的工作原理

2023-5-26 16:57| 发布者: 开心| 查看: 112| 评论: 0

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摘要: 音响功放又称音频功率放大器，它主要由前置级、音调级、功率放大级这几部分组成，如图1所示。前置级的要求是输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小；音调级的作用是对输入信号进行调节，使输入信号提升和衰减；而 ...

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第二部分就是D类功放，这是一个脉冲控制的大电流开关放大器，把比较器输出的PWM信号变成高电压；大电流的大功率PWM信号。能够输出的最大功率由负载、电源电压和晶体管允许流过的电流来决定。第三部分是低通滤波器，其作用是把大功率PWM波形中的声音信息还原出来。由于此时电流很大，若采用RC结构的低通滤波器，电阻会消耗大量电能，这显然是不允许的，所以此处采用LC低通滤波器。当占空比大于1:1的脉冲到来时，C的充电时间大于放电时间，输出电平上升；当窄脉冲到来时，放电时间长，输出电平下降，正好与原音频信号的幅度变化相一致，所以原音频信号被恢复出来。 2．工作原理简述在D类功率放大器中，先是将输入的信号转化为PWM信号，即脉宽调制信号。在一般的D类功放电路中，没有采用A/D（模／数）变换电路得到PWM信号，而是用一个幅度与放大的正弦波信号近似的三角波，作为变换器输入，如图9所示，这个变换器相当于同相比较器。当正弦波幅度大于三角波幅度时，变换电路输出“1”；正弦波幅度小于三角波幅度时，变换电路输出“0”；这样就可将输入的正弦信号变为宽度随正弦信号波幅度变化的PWM波。

当输入模拟音频信号时，模拟音频信号经过PWM调制器变成与其幅度相对应脉宽的高频率PWM脉冲信号，经脉冲推动器驱动功率放大器工作，然后经过低通滤波器推动扬声器发声。值得一提的是，音频PWM编码也可以通过以下两种途径获得：一是对模拟音频信号进行A/D变换，直接生成PWM数字音频信号；二是对其他编码的数字音频，如CD的PCM数字信号，数字信号需先经PCM-PWM转换器转变成为PWM脉冲信号，再送往后级。 D类功率放大器中的开关管采用功率型MOSFET，即大功率场效应管，并为保证有足够的激励电压，还设有驱动电路，使MOSFET能充分地开启和关断。提示：D类音频功率放大器的工作基于PWM模式，即将音频信号与采样频率比较，经过自然采样，得到脉冲宽度与音频信号幅度成正比例变化的PWM波，然后经过驱动电路，加到功率MOs管的栅极，控制功率器件的开／关，实现放大。放大的PWM信号经过低通滤波器后，还原为音频信号。四、D类功率放大器应用电路分析 D类音频功率放大器又常称为数字功放，具体型号很多，现已大量用于手机、数码产品、平板彩电等电器中，下面以常见的数字功放芯片TPA3123D2为例进行介绍。 TPA3123D2由TI德州仪器生产，典型应用电路如图10所示。该芯片电压适用范围广，在12V～25V电压下均可正常工作。在输入电压为20V条件下，可提供25W（4Ω） X2的额定功率，且效率高于90%， TPA3123D2内置短路保护电路，当检测到输出端或负载短路时，立即停止输出。同时，该芯片还内置有过热保护电路，当芯片内部温度超过150℃时，IC内部进入关断状态，只有当芯片内部温度降至30℃时，内部电路才重新启动。
TPA3123D2的17、18脚为两通道的增益设置端，若上拉到高电平，每通道电压增益为36dB。须注意的是，TPA3123D2的输入阻抗随增益的不同有很大变化，所以输入耦合电容的容量需要根据实际情况进行选取。若将17、18脚通过一只20kΩ的电阻与供电VCC相连，此时该IC的输入阻抗约9kΩ，若选取1μF的输入耦合电容，可得到的下限频率约为18Hz。提示：TPA3123与TPA31234均是双通道D类音频功率放大器，外围电路完全丁样，但TPA3123电源范围与输出功率比TPA3124大。用于双通道放大时，TPA3123每声道最大输出功率为25W，而TPA3124为15W。一款采用TPA3123D2的单声道音箱电路如图11所示。该电路采用BTL形式。由于BTL形式的放大器的两个输入端输入的是反相信号，而一般的音频信号为单端共地信号。因此，在该电路中增加了一块以双运放OPA2353为中心的电路，从而实现单端转差分功能。OPA2353内部的一个运放用作跟随器，另一个用作反相放大器，这样既输出一对反相的信号，又具有很好的对称性。 12 / 2 页

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