基于D类放大的高效率音频功率放大器设计

能，0.1Ω采样电阻与负载串联，采出流过负载的电流值，经放大比较后，用继电器控制功率放大部分的供电，从而实现保护作用。系统最大不失真输出功率大于等于1 W,可实现电压放大倍数1~20连续可调，因采用D类放大方案，可达到较高的效率，输出噪声很小，功率显示误差很校

图1 系统整体框图

3 主要功能电路设计

3.1 前置放大模块

前置放大电路采用高效率、轨对轨、低噪声运放芯片OPA350构成同相宽带放大电路。信号输入端串联电容达到隔直耦合作用。同时因单电源供电，在运放同向端给2.5V偏置。设置反馈电阻为电位器，可动态改变放大器的增益1~20倍增益连续可调。

3.2 三角波产生电路

三角波产生电路如图2所示。采用NE555芯片构成三角波电路，通过恒流源对电容C1实现线性充放电从而获得三角波。开始工作时，555芯片3号脚为高电平，二极管D4导通，D3截止，从而D1导通，D2截止，由T1、T2、R1构成的恒流源通过D1对C1线性充电，当充电使C1两端电压达到2/3Vcc时，3号脚输出电平发生反转，变为低电平，此时D1、D2、D3、D4导通状态也完全相反，由下方T3、T4、R2构成的恒流源通过D2对C1线性放电，当放电使C1两端电压达1/3Vcc时，3号脚又反转为高电平，如此循环往复，实现周期三角波信号产生。由C1两端引出输出，即可得到线性度良好的三角波信号，后接一级同相跟随器已达到前后级隔离的目的。C1采用漏电流低、响应速度快的聚苯乙烯电容，保证较好性能。

图2 三角波产生电路

三角波频率、幅值计算如下：记通过电阻R1、R2的充放电电流为Io,此处Io=Vbe/R（其中Vbe为三极管的导通电压），则有

三角波周期T=t1+t2,频率为f=1/T,此电路经实测产生三角波频率为120 kHz（会与计算值有所偏差，因为三极管导通压降不严格为0.7 V）。

3.3 双路比较器电路（PWM波产生电路）

双路比较器电路采用低功耗、可单电源工作的双路比较器芯片LM393构成。此处为提高系统效率，减少后级H桥中CMOS管不必要的开合，用两路偏置不同的三角波分别与音频信号的上半部和下半部进行比较，产生两路相互对应的PWM波信号给后级驱动电路进行处理，双路比较波形图如图3所示。此处值得注意的是将上半部比较处理为音频信号接比较器的负向端、三角波信号接正向端；下半部比较则相反，这样形成相互对应，在音频信号的半部形成相应PWM波时，另半部为低电平，可保征后级H桥中的CMOS管没有不必要的开合，以减少系统功率损耗。利用电位器将上半部比较三角波偏置调至3 V,下半部比较三角波偏置调至2 V.还需注意，三角波信号应比需比较范围内的音频信号幅度稍大一些，且偏置调节要较准确，以防音频信号某些点比较不到，后续滤波还原原信号时产生失真。

图3 双路比较波形图

3. 4 H桥互补对称输出电路（后加四阶巴特沃斯滤波）

H桥互补对称电路如图4.采用低导通电阻、开关速率快、受温度影响小的场效应对管IRF9540和IRF540组成互补推挽放大电路。运用对称输出方式，充分利用电源电压，浮动输出载波峰峰值量大可达10 V,有效地提高了输出功率。

图4 H桥互补对称输出电路

经H轿互补对称电路放大后的两路信号分别通过一四阶巴特沃斯滤波器低通滤波，从而滤去高频载波，得出放大后的音频信号加在8 Ω负载两端。滤波器上线截止频率约为20 kHz,通频带内特性平坦，效果较好。注意此处应选择大功率电感，否则会对信号幅值有削减作用，不能达到较高功率。

3. 5 短路保护模块

短路保护电路如图5.将一0.1Ω小电阻接入系统中，与8 Ω负载电阻串联，通过对采样电阻两端取样电压进行放大，而后再与设定的基准电压进行比较从而控制功效部分的供断电，起到保护作用。放大部分采用芯片NE5532构成减法放大器，放大的同时可将电阻两端的双端信号变为单端信号，放大器放大倍数为：

经过放大后的信号经过由D1、C1、R5组成的峰值检波部分，检出信号幅度值送至比较器与设定的基准电压进行比较。比较器选用低功耗、响应速度较快的双路比较芯片LM393.比较器负端用稳压管D6及C3、R7设置为5.1V,比较器接成迟滞比较方式，一旦过流，即可自锁。此时比较器输出的高电平使三极管T1导通，继电器的地控制端与地联通，继电器吸合，切断功放部分的供电，达到保护目的。因比较器自锁，所以在解决过流问题后，关断保护模块的电源，才能重新进入保护状态。D2、D3、R6、C2组成开机延时电路，在断电后，C2通过D2快速放电，防止开始瞬间C2上的残余电压对3号脚影响，防止比较器在非正常状