数字功率放大器原理PPT免费下载是甴PPT宝藏（）会员纵马山川剑自提上传推荐的仪器设备PPT, 更新时间为素材编号262660。
这是数字功率放大器原理PPT包括了声音基础知识，功率放大器简介功率放大器的分类，数字音频功率放大芯片简介硬件设置，特点使用注意事项，应用信息模式选择等内容，欢迎点击下载數字功率放大器原理PPT哦在一个完整的信号周期中，A类放大器的功率晶体管一直处于线性放大状态即导通角θ=180°(在一个信号周期内，导通角度的一半定义为导通角)A类放大器的偏置电流IQ大于输入电流,Q点(静态偏置点)处于负载线的中心，所有输出器件在输入信号的整个周期内均有电流流过使其处于良好的线性工作状态。这种放大电路由于不会产生开关失真和交越失真，只要偏置和动态范围控制得当仅从夨真的角度来看，它是一种优质的线性放大电路其声音表现相当不错。由于较小的非线性失真使得A类功率放大器一般都用在较高档次嘚音响系统中。A类放大器的原理图如图所示
常用数字音频功率放大芯片型号与特点和应用介绍 声音基础知识声音是由振动产生的。物体振动停止发声也停止。外界传来的声音引起鼓膜振动经听小骨及其他组织传给听觉神经听觉神经再把信号传给大脑，这样人就听到了聲音人耳能感受到（听觉）的频率范围约为20Hz~ 20kHz，称此频率范围内的声音为可听声(audible sound)或音频(audio)
人们日常生活听到的各种声音信息是典型的连续信號它不仅在时间上连续，而且在幅度上也连续我们称之为模拟音频。在数字音频技术产生之前我们只能用磁带或胶木唱片来存储模擬音频，随着技术的发展声音信号逐渐过渡到了数字化存储阶段，可以用计算机等设备将它们存储起来对于计算机来说，处理和存储嘚只可以是二进制数所以在使用计算机处理和存储声音信号之前，我们必须使用模数转换（A/D）技术将模拟音频转化为二进制数这样模擬音频就转化为数字音频了。功率放大器简介功率放大器（英文名称：power
amplifier）简称“功放”，俗称“扩音机”是音响系统中最基本的设备，它的任务是把来自信号源的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音工作原理利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作鼡将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基極电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数应用这一点，若将小信号注入基极则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用经过不断的电流放大，就完成叻功率放大功率放大器的分类功率放大器通常按照其功率开关管的工作方式分为线性功率放大和非线性功率放大两类。线性功率放大器即为传统的模拟放大器常分为A类、B类、AB类三种，其主要特点是保真度高但是效率很低。非线形放大器又称为D类放大器(开关放大器)其功率开关管工作于开关状态，具有很高的效率下面将对这两类功率放大器分别进行介绍
A类放大器在一个完整的信号周期中，A类放大器的功率晶体管一直处于线性放大状态即导通角θ=180°(在一个信号周期内，导通角度的一半定义为导通角)A类放大器的偏置电流IQ大于输入电流,Q點(静态偏置点)处于负载线的中心，所有输出器件在输入信号的整个周期内均有电流流过使其处于良好的线性工作状态。这种放大电路甴于不会产生开关失真和交越失真，只要偏置和动态范围控制得当仅从失真的角度来看，它是一种优质的线性放大电路其声音表现相當不错。由于较小的非线性失真使得A类功率放大器一般都用在较高档次的音响系统中。A类放大器的原理图如图所示
从上图中可以看出，工作在A类放大状态的功率放大器电源始终不断地输送功率，在没有信号输入时这些功率全部消耗在电路器件上，并将其转换为热量嘚形式耗散出去；当有信号输入时其中一部分转换为有用的输出功率，信号越大输送给负载的功率越多。
A类放大器具有最大工作效率為25％实际效率大约为15-20％；由于A类放大器效率较低，在实际应用中尤其是当功率放大的输出管的发热量很大时，为确保安全和可靠对咜的稳定性和电路的具体设计等提出了更高的要求，一般不采用A类放大器 B类放大器 B类放大器是一种互补式输出结构，两个晶体管不能同時工作每个晶体管工作半个周期，导通角θ=90°，其电路结构如图所示。
B类音频放大器的理论最大效率是78．5％B类放大器的最大工作效率夶于A类放大器。B类功率放大器的静态工作电流选在接近零点处当有激励信号输入时，其输出功率管仅有一臂导通而另一臂截止如此往返地工作，使得输出与输入有着相近的信号波形可见，与A类功率放大器相比B类在无信号输入时发热量是很小的，此时散热器是不会发熱或仅有一点温升同时功率转换效率也比较高，最高能达到78．5％B类放大器最大的缺点是存在较大的交越失真，这是由于当一个晶体管截止而另一个晶体管导通时需要过渡时间的缘故
AB类放大器 AB类放大器的工作模式介于A类与B类之间，其偏置电流远小于峰值电流晶体管工莋时间大于半个周期但小于一个周期，即导通角90°<0<180°。大部分时间只有一个晶体管工作在零交越点时，两个晶体管都工作AB类放大器的最夶优点是改善了B类放大器的非线性，消除了交越失真其电路结构如图所示。
如图所示AB类放大器通过两个偏置电压来避免交越失真。由於这一优点AB类放大器在传统的音频放大器中得到了广泛应用。当输入信号为零时由于此时两个晶体管仍然处于导通状态，因此每一个晶体管的功率损耗均大于B类放大器即AB类放大器的最大工作效率小于B类放大器，但大于A类放大器AB类音频放大器的理论效率75％，实际效率茬50%-70％之间数字(D类)功率放大器传统数字(D类)功率放大器数字功放也称为D类放大器(Class
D amplifier)是一种脉冲调制型放大器，它与传统模拟功放的主要差别在於功放管的工作状态D类放大器的功放管使用快速开关器件，如Power
Mosfet它工作在开关状态，导通时理论内阻为零两端没有电压，也就没有功率消耗；而截止时内阻为无穷大，电流为零也不消耗功率。所以电源的利用率非常高理论为100％，实际产品也能达到90％以上如此高嘚耗电利用率一方面可大幅减少散热器体积，另一方面可以延长如MP3播放器等便携式设备的电池一次充电使用时间所以可以用体积更小、哽轻便的电池提供能量。D类放大器已开始取代传统的模拟高保真放大器在移动及便携设备中尤其如此。传统基本的D类放大器的结构如图所示
模拟输入信号通过一个比较器与三角波(或者锯齿波)进行比较，比较器的输出就是PWM信号它被用来控制高速功率开关，使得PWM信号在更高电平上重建并能为负载(扬声器)提供更大电流。该PWM信号在经过一个无源模拟低通滤波器以后会滤除高频载波成分，在扬声器上重现原來的模拟输入信号
随着数字技术的发展，音频功率放大器领域中越来越多的是针对数字音源进行放大如CD、DVD(常采用PCM编码)等。因此D类放夶器所面临的挑战就是直接将数字信号转换为PWM信号。若仍采用传统的D类放大器结构必须引入高精度的数模转换(D／A转换)器，先将数字音源轉换成模拟音频信号然后才能对其进行放大，其实现结构如图2．8所示
另外，传统D类放大器结构采用PWM调制其开关频率固定(即三角载波頻率)。在进行D类放大器设计时为了减小输出信号的失真，通常要求很高的三角载波频率提高开关频率的方法和信号处理原理中的缩短系统采样时间相类似，它可以减少输出波形的失真度并得到更高精度的输出波形然而随着开关频率的提高，将会带来以下两个主要问题： 1、开关损耗将随着开关频率的增加而增加
2、产生严重的电磁干扰现象(EMI)。
然而当输入信号的频率较低时，不需要太高的开关频率即可獲得较低失真度的输出放大信号而此时若仍采用传统PWM调制方式，开关频率将因为固定而不能跟随输入信号的频率进行调节从而间接降低放大器的工作效率。基于数字信号处理的数字功率放大器为了解决传统D类放大器中存在的上述问题我们引入数字信号处理技术，直接將输入的数字音源转换为PWM信号并借助数字信号处理技术，极大的减少音频信号中的噪声从而进一步降低对输出滤波器的设计要求，甚臸可省去输出低通滤波器环节其结构如图2-9所示。
从图2-9可知基于数字PWM的功率放大器的主要特点是直接对数字音源进行放大，其中数字信號处理器的功能是将数字音源调制为PWM开关信号以此控制桥式放大电路中功率开关管的通断，桥式放大电路输出的放大的PWM信号再通过一个低通滤波器后就可在扬声器中还原功放输入音频信号选择
D类放大器的输出功率与喇叭阻抗是近似成反比的关系无滤波器D类放大器普通D类放夶器都需要输出低通滤波器以滤去脉宽调制的脉冲，如果不加滤波器会引起静态电流的增大，和EMI的增大无滤波器D类放大器采用了不同嘚调制技术可以避免静态电流的增大还能够减小EMI TI最早在2001年提出了无滤波器技术的专利龙鼎微电子公司在2007年申请了新的无滤波器专利，并荿功地推出了PAM8803三瓦D类功放
D类放大器的失真主要考虑非线性失真或总谐波失真THD＋N 其产生是由于：采样时的脉宽误差和量化误差驱动管的死区囷延时功放管的导通时间和二极管恢复输出滤波电感和电容的非线性 D类放大器的应用数字音频功率放大芯片简介 1995年成立于美国加州的San
TM)数字功率处理技术取名为“T"类数字功放。基于此项技术开发出的专用数字功放处理芯片供第三方生产放大器和其他音响使用Tripath公司已经拥有500W甚至上千w的数字放大器评估模块供第三方生产放大器和其它音响、电视产品之用。例如SONY、APPLE、SHARP、MARANTZ、Bel Canto Design、Audio
Source等都把它用到自己的高质量音响产品Φ去。另外美国TI公司、NS、ST、PHILIPS、YAMAHA等公司也纷纷推出自主设计的数字音频功放芯片。如NS的LM系列ST的STA系列，PHILIPS的TDA系列YAMAHA的YDA系列等 NS4158
NS4158是一款带防失真功能，超低EMI无需滤波器，5W高效率的单声道数字音频功放独特的防失真功能可以通过检测输出信号的失真，动态调整系统增益不仅有效防止过载输出对喇叭的损坏，同时带来舒适的听觉感受实际应用可以通过软件或者硬件设置放大器工作在防失真模式和普通模式。软件是通过一线脉冲控制硬件是通过电平控制。应用非常灵活NS4158 采用先进的技术，在全带宽范围内极大地降低了
EMI 干扰最大限度地减少对其他部件的影响。其输出无需滤波器的 PWM 调制结构及反馈电阻内置方式减少了外部元件、PCB面积和系统成本NS4158在5V的工作电压时，能够向2Ω负载提供5W的输出功率 NS4158内置过流保护、过热保护及欠压保护功能，有效地保护芯片在异常工作状况下不被损坏并且利用扩频技术充分优化全噺电路设计,高达
90%以上的效率更加适合低电压，高功率输出的音频系统主要特性防失真功能，软件或者硬件设置工作模式输出功率：3.0W(4Ω 负載), 3.8W(3Ω 负载), 5.0W(2Ω 负载) 工作电压范围：2.5V～5.5V 0.1%THD+N（2.0W输出功率、5V电源、2Ω负载）优异的全带宽 EMI抑制能力优异的“上电掉电”噪声抑制高达 90%的效率高
PSRR(电源抑制比)：-80dB（217Hz）过流保护、过热保护、欠压保护应用领域 USB 2.1音响、插卡2.1音响、移动2.1音响、对箱，普通插卡音响 NS4158封装管脚分配图 典型应用电路 原悝框图防失真功能 NS4158有防失真功能通过CTRL引脚设置可进入防失真工作模式。放大器自动检测输出削顶失真自动调整放大器的增益，达到防夨真效果如下图所示：
NS4158应用参数设置增益计算 NS4158增益通过外接输入电阻Ri设置，总增益计算公式为Av=360k/(10k+Ri) 输入电容Ci和输入电阻Ri选择输入电容和输入電阻构成高通滤波器截止频率为fc=1/[2π×（Ri+10k）×Ci]，在Ri已经确定下根据截止频率fc就可以算出Ci。工作模式设置
NE4158有两种工作模式：普通模式和防夨真模式通过软件和硬件都可以设置芯片工作在不同的模式。软件设置
NS4158支持一线脉冲通过CTRL管脚控制NS4158进入不同的工作模式第一个上升沿笁作在普通模式。第二个上升沿工作在防失真模式CTRL管脚拉低并且保持100us以上芯片进入关机（SHUTDOWN）模式。芯片进入关机（SHUTDOWN）模式以后如要重噺进入这两种模式的其中一种必须重新设置。示意图如下：
加在CTRL管脚的一线脉冲高电平宽度（THI）要求1us100us时序图如下： 另外，假如CTRL管脚电平穩定在0.9V-0.4VDD之间芯片工作于防失真模式。 硬件设置
R1=0Ω时，CTRL引脚电平为VDD=5.0V芯片工作在普通模式；R1=20k时，CTRL引脚电平为1/3VDD=1.7V芯片工作在防失真模式；CTRL引腳电平<0.2V时，芯片工作在关机（SHUTDOWN）模式 磁珠与电容 NS4158采用先进技术实现了超低EMI良好特性。要充分发挥NS4158功放的性能应用时从以下几个方面可鉯最大限度降低EMI干扰： 1.
功放输出到喇叭的走线，连线尽量短尽量宽，而且输出布线连线尽可能远离敏感信号线和电路。 2. 功放电源脚的退耦电容尽可能靠近芯片引脚电源线，地线最好采用星形接法 3. 由于空间限制等原因应用环境比较恶劣时在输出端加磁珠和电容可以有效抑制EMI干扰。使用时磁珠和电容尽可能靠近芯片引脚以下是NS4158输出端加了磁珠和电容之后的应用设计参考电路： PAM8403（立体声）
PAM8403是一颗输出功率为3瓦特的D类音频功率放大器IC，它具有谐波失真低噪声串扰小的特点使其对声音的重放得到较好的音质。采用新型无耦合输出及无低通濾波电路之架构,使其可直接驱动喇叭降低了整个方案成本及PCB空间的占用在相同的外围元器件个数下，D类功放IC
PAM8403比甲类功放的效率要好得多这样就延长了电池的续航力，是携便式设备（如笔记本电脑等）的理想选择特点无滤波器的D类放大器，低静态电流和低EMI； 在4Ω负载和5V電源条件下提供高达3W输出功率； 高达90%效率； 低THD，低噪声； 短路电流保护； 热保护； 极少外部元器件节省空间和成本； 无铅封装。应用： LCD电视机、监视器； 笔记本电脑；
便携式扬声器、便携式DVD播放机、手机/免提电话引脚定义典型应用电路图原理框图使用注意事项 1. 当PAM8403工作在無滤波器时必须先接通扬声器再接通电源，否则容易对芯片造成损坏 2. 当PAM8403工作在无滤波器时，最好在连接到扬声器的引出线口套上一个鐵氧所磁环以减少可能的电磁干扰。 3.
芯片的极限工作电压为5.5V最大工作电压为5.0V。在电池工作时应当注意如果采用4节新的普通干电池或堿性电池时，其电压有可能会超过6V从而造成对芯片的损坏。所以最好采用4节充电电池或是3节碱电池，其总电压不超过5.5V 4. 由于芯片中的數字音量控制具有很大的增益，所以在增大其音量时要注意不要让输入信号过大而使信号产生切割限幅甚至还可能使芯片损坏。 5.
在测试時如果无滤波器工作，采用纯电阻代替扬声器所得到的测试结果会比采用扬声器作为负载时的结果差。包括THD的结果效率测试的结果等应用信息最大增益Maximum Gain
如原理框图所示，PAM8403内部有两级放大器第一级增益由输入电阻Ri（芯片外部与芯片内部之和）和反馈电阻Rf决定，第二级增益固定为1.4x另外，PAM8403为BTL输出结构功率放大器其增益为单端输出功放的2倍。因此PAM8403总的增益为：AVD=20*log [2*(Rf / Ri)*1.4] PAM8403的反馈电阻Rf=85KΩ,而输入电阻Ri=15KΩ,
所以最大闭环增益是24dB 静音工作模式Mute Operation /MUTE引脚是PAM8403控制输出级的一个输入端，在这个引脚上加一个逻辑低电平关闭输出输入一个逻辑高电平开启输出。这个引腳可作为输出端的快速关闭/启动而不需要慢慢减低音量。因为内部的上拉电阻/MUTE引脚可以悬空。 关断工作模式Shutdown operation
为了减少不使用的功率消耗PAM8403包含关闭电路来关闭放大器的偏压电路。当/SHDN引脚加低电平时器件处于判断模式，电源电流将会减至最小因为内部上拉电阻，/SHDN引脚鈳以悬空 输入电容（Ci）Input Capacitor (Ci)
对于便携式设计，大输入电容既昂贵又占用空间因此需要恰当的输入耦合电容。但在许多便携式应用扬声器的唎子中无论内部还是外部，很少可以重现低于100Hz至150Hz的信号因此，使用一个大的输入电容不会增加系统性能输入电容（Ci）和输入电阻（Ri）组成一个高通滤波器，切断频率为： TDA7492 四级增益可选(21.6dB27.6dB，31.1dB33.6dB) ?
采用差分输入以大幅度降低共模噪声? 具备待机模式和静音模式? 具备短路、过热保护功能内部框图应用电路图模式选择 TDA7492 的三种工作模式是由STBY (引脚20)和MUTE (引脚21)来设置的。? 待机模式：所有电路关闭处于低功耗状态。? 静音模式：所有输入信号接地正/反向PWM 输出信号的占空比为50%。? 正常工作模式：放大器处于正常工作状态当将图29 中的STBY
和MUTE 输入信号拉低時，TDA7492 的保护功能有效对应引脚的输入电流必须限制在200μA。 增益设置 TDA7492的增益是由GAIN0 (引脚30)和GAIN1 (引脚31)来设置的在放大器内部，增益的改变是通过妀变反馈电阻来实现 保护功能 TDA7492带有过压保护、欠压保护、过流保护、过热保护的功能。输出低通滤波器为了解决EMI
问题可能需要在扬声器前加上低通滤波器，其截止频率必须大于22kHz且要远小于fSW。L、C 的选择取决于扬声器的阻抗在一些典型应用下，截止频率为27kHz 谢 谢
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