图4.3三角波产生电路
选定工作频率为f=150 kHz，并设定R7+R6=20kΩ，则电容C3的计算过程如下:
对电容的恒流充电或放电电流为
则电容两端最大电压值为
其中T1为半周期，T1=T/2=1/2f 。Vc4的最大值为2V，则
取C4=220 pF，R7=10kΩ，R6采用20 kΩ可调电位器。使振荡频率在150 kHz左右有较大的调整范围。
图4.4比较器电路
4.2.2比较器
选用LM311精密、高速比较器，电路如图4.4所示，因供电为5V单电源，为给V+=V-提供2.5V的静态电位，取R12=R15，R13=R14，4个电阻均取10 kΩ。由于三角波Vp-p=2V，所以要求音频信号的Vp-p不能大于2V，否则会使功放产生失真。
4.2.3前置放大器电路
如图4.5所示。设置前置放大器，可使整个功放的增益从1～20连续可调，而且也保证了比较器的比较精度。当功放输出的最大不失真功率为1W时，其8Ω上的电压Vp-p=8V，此时送给比较器音频信号的Vp-p值应为2V，则功放的最大增益约为4（实际上，功放的最大不失真功率要略大于1W，其电压增益要略大于4）。因此必须对输入的音频信号进行前置放大，其增益应大于5。
前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放TLC4502，组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻Ri≥10kΩ的要求。同时，采用满幅运放可在降低电源电压时仍能正常放大，取V+=Vcc/2=2.5V，要求输入电阻Ri大于10kΩ，故取R1=R2=51kΩ，则Ri=51/2=25.5kΩ，反馈电阻采用电位器R4，取R4=20kΩ，反相端电阻R3取2.4kΩ，则前置放大器的最大增益Av为
图4.5前置放大器电路
调整R4使其增益约为8，则整个功放的电压增益从0～32可调。
考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值Vom<2.5V，取Vom=2.0V，则要求输入的音频最大幅度Vim<(Vom/Av)=2/8=250mV。超过此幅度则输出会产生削波失真。 4.2.4驱动电路
如图4.6所示。将PWM信号整形变换成互补对称的输出驱动信号，用CD40106施密特触发器并联运用以获得较大的电流输出，送给由晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱动的输出管，保证了快速驱动。驱动电路晶体三极管选用2SC8050和2SA8550对管。
H桥互补对称输出电路对VMOSFET的要求是导通电阻小，开关速度快，开启电压小。因输出功率稍大于1W，属小功率输出，可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管，IRFD120和IRFD9120 VMOS对管的参数能够满足上述要求，故采用之。实际电路如图4.7所示。互补PWM开关驱动信号交替开启Q5和Q8或Q6和Q7，分别经两个4阶Butterworth滤波器滤波后推动喇叭工作。
图4.6驱动电路
图4.7 H桥互补对称输出及低通滤波电路
4.2.5低通滤波电路
本电路采用4阶Butterworth低通滤波器(如图14)。？对滤波器的要求是上限频率≥20 kHz，在通频带内特性基本平坦。
采用了电子工作台(EWB)软件进行仿真，从而得到一组较佳的参数：L1=22μH，L2＝47μH，C1=l.68μH，C2=1μH。19.95 kHz处下降2.464 dB，可保证20 kHz的上限频率，且通带内曲线基本平坦；100 kHz、150 kHz处分别下降48 dB、62 dB，完全达到要求。你能拿出仿真图吗？ 4.2.6信号变换电路
电路要求增益为1，将双端变为单端输出，运放选用宽带运放NE5532，电路如图15所示。由于对这部分电路的电源电压不加限制，可不必采用价格较贵的满幅运放。由于功放的带负载能力很强，故对变换电路的输入阻抗要求不高，选Rl=R2=R3=R4=20kΩ。其增益为Av=R3/R1=20/20=1，其上限频率远超过20 kHz的指标要求。
图4.8信号变换电路
4.2.7功率测量及显示电路
功率测量及显示电路由真有效值转换电路和单片机系统组成。
真有效值转换器选用高精度的AD637芯片(图4.9)，其外围元件少、频带宽，精度高于0.5％。
图4.9真有效值转换电路
单片机系统本系统主要由89C5l单片机、可编程逻辑器件EPM7128、A/D转换器AD574和键盘显示接口电路等组。
经AD637进行有效值变换后的模拟电压信号送A/D转换器AD574，由89C51控AD574进行模/数转换，并对转换结果进行运算处理，最后送显示电路完成功率显示。其中EPM7128完成地址译码和各种控制信号的产生，62256用于存储数据的处理。
键盘显示电路用于调试过程中的参数校准输入，主要由显示接口芯片8279，4×4键盘及8位数码管显示部分构成。
⑶软件设计 本系统用软件设计了特殊功能键，通过对键盘的简单操作，便可实现功率放大器输出功率的直接显示(以十进制数显示)，精确到小数点后4位，显示误差小于4.5％。
高效音频功率放大电路 - 图文
