(*(*& $’ 桥电路的设计
5C 和 5!" 应选用高频阻抗低且可靠性高的钽 电 解 电
" 电声技术 ２００４－１２ !
器件与电路
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容 ! 而不宜选用铝电解电容 ! 因为铝电解电容的寄生电 感对高频感抗大 " 耦合电容 !" 也应选用钽电解电容 ! 因为寄生电感对高频阻抗大 ! 且对不同频率的信号将 产生不同的相移而影响音质 # 电源去耦电容可以抑制 因 负 载 变 化 而 产 生 的 噪 声 !!#$ 和 !%% 采 用 % %$$ !& 电解电容抗干扰效果会更好 # 高频去耦电容的选择非 常重要 !!%’ 和 !%( 应采用低感 抗 型 电 容 ! 如 陶 瓷 电 容 " 振荡电容 !( 应选用性能优良的云母电容 ! 振荡电 阻 )* 宜选用精密型稳定性好的金属膜电阻 # %% &将数字地与模拟地分开 # 电路板上既有高速数 字电路 ! 又有线性模拟电路 ! 应使它们尽量分开 ! 两者 的地线不要相混 ! 分别与电源端地线相连 # %( &尽量加粗接地线 # 若接地线很细 ! 接地电位则 随电流的变化而变化 ! 致使功放电路信号电平不稳 ! 抗 噪声性能变差 # 应将接地线尽量加粗 ! 使之能通过 ( 倍 于印制电路板的允许电流 #
<6= 陈 新 国 > 实 用 数 字 音 频 功 放 <?=> 电 声 技 术 !%99( ! %66 &$ (%@(*A
作者简介 陈 寿 才 !硕 士 !高 级 工 程 师 !湖 南 广 播 设 备 厂 电 子 线 路 设 计 师 ! 兼任湖南商务职业技术学院Biblioteka 子电气教研室主任 A(!%!%
地线优化设计 接地是控制数字功放干扰的重要方法 # 将接地和
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输出滤波器的设计 输出滤波器的用途是消除 678 信号中的电磁干
扰信号 " 降低总谐波失真 ! 在设计时要考虑系统的频率 响 应 和 滤 波 器 的 类 型 ! 音 频 信 号 的 频 率 在 (" $%@("
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比较器的设计 比较器是一个带锁相环的脉宽调制电路 " 调制后
#$% " 而电磁干扰信号和开关信号的频率都远大于 音
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频信号频率 " 可选择在通带内最大平坦近似的巴特沃 斯 二 阶 低 通 滤 波 器 " 该 电 路 的 输 出 滤 波 器 由 A!"A( "
的电路与 $’ 桥的门控电路相连 " 地线被连接到公共地 端 ! 当音频信号幅度大于三角波信号幅度时 "比较器输 出高电平 " 反之 "比较器输出低电平 ! 678 信号是一个 数字脉冲信号 " 其脉宽的变化反映信号的全部信息 ! 脉 冲信号的高 # 低电平控制 $9桥 ( 组功率管的通 : 断 " 高 : 低 两 值 之 间 的 转 换 快 慢 决 定 ( 组 功 率 管 之 间 通:断 的 转换时间 ! 设计中采用触发器来调整比较器输出的波 形 " 通过快速转换使输出波形得到明显的改善 !
器件与电路
$’ 桥由 2 个 8;<=>? 功率管构成 " 功率管的通 :
断由触发器输出的 678 信号控制 " 从而控制通过扬 声器电流的大小和方向 " 电路中 2 个高频 8;<=>? 功 率管 " 当 678 信号为高电平时 " 电流从滤波器的正极 流向负极 ’ 当 678 信号为低电平时 " 电流从滤波器的 负极流向正极 ! 功率管开关的频率等于 678 信号的 频率 ! 整个 $9桥和滤波电路运行在大电压 # 大电流 #大 功率的环境下 " 与第一部分电路的电源无关 !
+ 类功放采用脉宽调制方式虽然效率高 ! 但一般
情况下音质不够理想 ! 达不到 ,-.&- 的要求 ! 这有理论 上的原因 ! 也有制作方面的因素 ! 具体表现在以下几方 面 $%’ & 振荡器产生的三角波 ! 其幅度 ’ 频率都不稳定 ! 甚至扭曲 ’ 变形 # 用来调制信号时 ! 使脉宽的变化不能 真实反映信号的信息 ! 引起输出噪声 # %#& 比较器输出 的脉冲不理想 ! 高 / 低电平之间的转换时间太长 ! 使 ,. 桥输出的波形产生较大的交越失真 !导致音质生硬 ! 不 够圆润 # %(& 高频率 012&34 功率管的饱和 5 截止工作 状态之间的转换较慢 ! 导致 % 组功率管同时导通或截 止 # 制作方面的问题可通过印制电路板的设计来解决 #
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三角波发生器的设计 功放电路对三角波的要求是 $%!& 调制后的信号应
能被完整地恢复 ! 根据 +,-./01 取样定理 "三角波的频 率至少是音频信号最高频率的 ( 倍 " 说明三角波的频 率应在 2" #$% 以上 " 为确保音频信号的取样 " 可取三 角波的频率为 !(3 #$% ’%( & 三角波要有稳定的频率和 幅度 " 否则 " 调制后的脉宽会产生变形 " 从 而降低音频 输出的信噪比 " 音质变差 ! 三角波的产生是通过压控振 荡器来实现的 " 振荡频率由 43 和 5& 确定 !
放作为一种效率高 ( 体积小 ( 重量轻 ( 输出功率 大的数 字功放 " 克服 了 模 拟 功 放 的 缺 点 " 其 原 理 框 图 见 图 "’ 随着各种专用的集成芯片 ( 声频产品不断推出 " 音质得 到了极大改善 " 数字音频功放的应用有利于实现声频 系统的全数字化 ’ 笔者介绍 &’!(%"&)&’!(%$*+ 组成 的数字功放电路的设计过程 ’
$F;G :9<CA % =8D8;7< E3G>C 7BE<8A8>C & 6<7@@ , E3G>C 7BE<8A8>C & E4<@> G8=;2 B3=4<7;839
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引言
数字功放已经开始向传统声频领域扩展 ’ , 类功
部分是功率放大 )&’!(%$*+#"NO’ 信号控制 .P 桥功 率管的通 ) 断 " 驱动扬声器发声 ’ 当采用 ! ! 扬声器做 负载 " 最大输出功率可达 "Q# O )!"# R"#S #’ 其电路 组成见图 $’ 把开关功率 ’T1+/* 分开来作数字功率
屏蔽结合起来 ! 可解决大部分干扰问题 # 该功放地线结 构可分为系统地 ’ 机壳地 ’ 数字地和模拟地 # 在地线设 计中应注意以下几点 $ %6& 正确选择单点接地与多点接地 # 该功放的低频 模拟部分 ! 工作频率低 ! 它的布线和器件间的电感影响 较小 ! 而接地电路形成的环流干扰影响较大 ! 因而应采 用一点接地 # 在数字部分 ! 工作频率高 ! 地线阻抗变得 很大 ! 此时应尽量降低地线阻抗 ! 采用就近多点接地 #
排板设计中的注意事项 ! 对改善音质提出了详细的方案和措施 " $ 关键词 % 数字功放 # , 类功放 # 脉宽调制 $ 中图分类号 % ,-.##/.0+ $ 文献标识码 % 1
2343567 89:;< =>?73@3;< 2;A34B 16A;C 9B )*’&+!) -./0 12345678
路采用 X*& 接法 " 电源电压 Y$# :" 效率约 Z%S ’ 当 开 关频率为 "$% I.V "输出滤波器的高频截止频率 $3 设定
电声技术 ２００４－１２
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在 !" #$% ! 图 & 中的电压放大电路是通过运放实现 "下 面简单描述三角波发生器 # 比较器 #$’ 桥以及低通滤 波器等电路的设计 !
?-"有利于缩小控制部分的体积 ’ 另外大功率 ’T1+/*
即使工作在开关状态也还需要考虑必要的散热 " 这样 使整机设计比较自由 ’
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应用电路的设计
系统构成 该功放电路采用脉冲宽度调制 )NO’ # 系统 ’ 它包
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电路设计
&’!(%"& 采用较低的开关频率 Q%U$## I.V " 适合
作 有 源 次 低 音 箱 的 功 放 控 制 ’ 图 W 是 采 用 &’!(%"&)
括 $ 部分 * 第一部分是脉宽调制 )&’!(%"& #" 输入的模 拟信号经电压放大后 "与固定频率的三角波相比较 " 全 部音频信息被调制在 NO’ 信号的宽度变化中 & 第二
&’!(%$*+ 组 成 的 "$% O 单 声 道 功 放 电 路 原 理 图 " 电