基于D类放大的高效率音频功率放大器设计

态下进入自锁状态，使保护模块不能发挥正常作用。

图5 短路保护电路

 

 

3. 6 功率测量及显示电路（有效值检波及AD转换电路）

功率测量电路采用真有效值检波芯片AD637检出信号真有效值，再经12位串行接口、20kHz采样率AD芯片ADS1286采样后邀至FPGA内由程序进行处理，计算出功率并显示。如图6所示。

图6 功率测量及显示电路

输入缀用OPA604构成一射极跟随器已达到隔离前后级的作用。改变平均电容的值可设定平均时间常数，并决定低频准确度、输出波纹的大小和稳定时间。交流波纹分量可以用增大此电容的值来减少，但这样会使建立时间增大，所以选择用后接一个二阶有源低通滤波器的方法来减少输出的纹波。得出真有效值后直接给入ADS1286进行模数转换，再由FPGA处理，计算出系统的输出功率并进行显示。

　　

4 系统软件的设计

根据题目要求，要实现对系统功率的测量和显示功能，硬件上采用8位CPU AT89S52,通过C51编程实现。单片机圭要完成对ADS1286的控制、采入数据、计算功率和送显示的功能。而FPGA（采用Atera公司的Cyclone系列的EP1C6QC240）则作为一个总线控制器，对液晶和A/D与单片机之间的数据交换进行管理。采用VerilogHDL语言在Quartus9.1的环境下编程实现。

5 测试方法和结果

5.1 测试仪器

　　15 MHz函数信号发生器     型号：Agilent33120A

　　数字示波器               型号：Tektronix TDS 1002,双通道，60 MHz

　　直流电源                 型号：SG173SB3,稳压稳流型

　　四位半数字多用表         型号：Fluke 45 dual display multimeter

5.2 测试方案及结果分折

1）功率显示误差测量  用Agilent信号源给出输入音频信号，示波器在单端输出测试点测负载上电压峰值Vo,据式计算出实际功率，进而计算出显示误差，结果见表1所示。

表1 放大电路通频带性能测试数据表

　　从表中数据可知，系统功率显示模块具有4位数字显示，精度优于5%,且误差较小。

2）噪声  用Agilent信号源给出输入音频信号（保证信号频率20 kHz以下），用0.1μF电容进行输入端对地交流短路，用示波器在输出端测量噪声大小。此时测得噪声为2.96mV.

　　

3）效率测量  用直流电源对功放电路单独供电，以便测试效率。供电电压+5 V.用与测通频带相同的方法给出给出输入信号，用示波器观察输出信号幅值，调整输出为200 mW及500 mW,将四位半数字多用表串入放大器电路中，测出电路电流I.根据式计算出功率放大器效率，结果见表2所示。

表2功率放大电路效率测试数据表

从表中可以看出，在输出功率为500mW时，功率放大电路效率高达64.10%,大大满足了题目要求；在输出为200 mW时，效率也达到了43.96%.系统可以实现高效率音频放大。

4）过流保护测量  用与测通频带相同的方法给出给出输入信号，用示波器观察输出信号幅值，将负载两端短路，可看到短路模块警示灯亮，功率放大部分的电源被切断，输出变为零，达刭保护目的。

6 结论

系统实现了对音频信号的放大处理，完成了高效率功率放大、信号变换、功率测量及显示、过流保护等功能。系统性能良好，在功率及效率方面的指标较高。放大电路、信号变换、功率测量及短路保护等部分都收到了较好的效果。尤其在功率方面可达到1.16 W,效率可达到64%,噪声很低，功率测量显示误差较小。操作简单，人机交互灵活。