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一种基于D类音频放大器的输出滤波器的设计与实现

发布时间:2020-07-21 17:36:05 阅读: 来源:三角龙骨厂家

在便携式及小型化消费类产品中,D类音频功率放大器的应用已非常普遍。本文介绍了D类音频放大器的输出低通滤波器的设计原理,给出了滤波器中电感和电容值的计算方法和选择时的考虑因素。本文还以美国国家半导体的。

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图1:单片D类音频放大器的组成。

目前,在大多数便携式及小型化消费类产品,如MP3、便携式DVD和平板显示器等中,开关模式(D类)音频功率放大器的应用已很普遍。由于D类放大器的功耗较低,因此能够实现较高的效率。它延长了便携式设备的电池使用寿命,并能够减小散热器的尺寸和PCB的面积,从而节省了系统成本。所以,许多大型平板显示器和消费类音频产品都更愿意采用此类放大器。

不过,D类放大器,是通过控制开关单元的ON/OFF,驱动扬声器的放大器。D类放大器首次提出于1958年,近些年已逐渐流行起来。D类放大器在过去的几代产品中,已经得到了巨大的发展,系统设计者极大地改善了系统的耐用性,并提高了其音频质量。

在D类调制器中,通过将音频信号与高频固定频率信号比较,并将结果在固定频率的载波上调制,数字音频信号被转换成了PWM信号。形成的信号是可变脉宽的固定载波频率(通常在几百kHz),然后由高压功率MOSFET对这些PWM信号进行放大,放 大后的PWM信号再通过低通滤波器去掉载频,恢复出原始基带音频信号。

虽然这种拓扑结构很有效,但它也导致一些不希望的后果,如大量的辐射EMI。由于调制器采用固定频率载波,因此将产生基载波的多次谐波辐射。而且,由于PWM信号自身的开关特性,过冲/下冲和振铃将产生固定比率的高频(10~100MHz的范围)辐射EMI。为了压制辐射EMI,最新一代PWM调制器发展的趋势是采用扩展频谱调制技术。

扩展频谱调制技术用于在更大的带宽内扩展开关PWM信号的频谱能量,而不改变原始音频的内容。一个改进传统调制器高辐射EMI的有效方法是改变PWM开关信号的两个边沿,如图1所示。信号以载波频率为中心,但任何一个边沿都不是按周期重复的。这不仅维持了固定载波频率,而且由于边沿不是以固定比率跳变的,载波频率上的辐射能量就得到了极大的降低。

由于我们需要从数字化或调制信号来恢复所需的真实音频信号(音乐),因而必需采用一个输出低通滤波器来滤除高频分量,以再生与人类听觉系统相匹配的真实模拟信号。

这里,我们将阐述一些有关输出低通滤波设计的考虑因素和建议。

图2:BTL半电路模型。

D类放大器:单片式D类音频放大器包括模拟音频输入、调制器、功率晶体管等(见图1)。

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