D类功率放大器以及收音机制作.doc

D
类
功
率
放
大
器

摘 要
D类功率放大器是一种绿色功放，它是工作在非线性状态下的功率放大器，理论上效率能够达到100%，而实际也可以达到80%以上，D类功率放大器将大大提高能源的利用率，符合当今社会可持续性发展的主题。D类功率放大器是由前置放大电路、PWM调制电路、功率开关放大电路、滤波电路四个部分所构成。前置放大电路由NE5532集成运放电路组成，其作用是对音频信号进行前置放大。PWM调制电路是由NE555集成芯片所构成，对放大的音频信号进行PWM调制，PWM信号的占空比随着音频信号的幅值变化而变化。功率放大电路是采用MOSFET构成的桥式电路，对信号进行功率放大。滤波电路采用LC低通滤波电路，其作用是将PWM信号还原成音频信号从而驱动扬声器。运用 Protel99SE 软件绘制了单元电路、总体电路图以及PCB印制板图；借助 Multisim10仿真软件对单元电路以及整体电路进行了虚拟实验，达到了预期的要求。

关键词： D类功放；PWM调制；功率开关放大；低通滤波

I

Abstract
The Class D power amplifier is developing well recently as a kind of high quality of the audio amplifier. The Class D power amplifier is made of four parts: preamplifier circuit、PWM modulation、bridge circuit、and filter circuit . The front-end amplification control or enlarge the signal of the audio by NE5532. PWM modulation circuit is made of NE555. The PWM'S occupies emptiescompared of the signal is changing all the time with the change of the scope of the audio signal. power amplifier is use the H-bridge which was made of MOSFET. Filter circuit is use the way of LC low-pass filter circuit it can drive the speaker through restore the PWM signal to the audio signal. Use the Protel99SE to draw the unit circuit and the overall circuit .With the help of the Multisim10, Through do the invented experiment in the Unit Circurt ,Can attain the expected requirements.

Keywords：Class D power amplifier，Preamp PWM modulation，Bridge circuit，Low-pass filter

II
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 D类功放电路方案分析 1
1.1 绪论 1
1.2 D类功率放大器的性能 2
1.3 D类功率放大器的方案设计 2
1.3.1 基于分立元件的D类功放 2
1.3.2 基于555电路的D类功放 2
1.3.3 方案比较 3
第二章 D类功率放大器设计 4
2.1 前置放大 4
2.1.1 同相比例放大器 4
2.1.2 前置放大电路 5
2.2 PWM调制 6
2.1.1 NE555简介 6
2.1.2 PWM调制电路 6
2.2 功率开关放大 7
2.3 低通滤波 7
第三章 D类功率放大器电路仿真与实验 9
4.1 前置放大电路仿真 9
4.2 PWM调制电路仿真 10
4.3 低通滤波电路仿真 11
4.4 整体电路仿真 12
第四章 PCB板绘制 13
1. 建立一个数据库文件 13
2. 使用protel99se原理图绘制 13
3. 新建PCB文件以及PCB基本设定 13
4. 将SCH转为PCB文件 13
5. protel99se的自动布线 14
6. PCB印制板图 14
总 结 15
参考文献 16
致 谢 17
附录1 D类功放电路图 18
附录2 D类功率放大器原器件清单明细表 17

1
D类功率放大器
第一章 D类功放电路方案分析
随着社会对环境能源利用率的重视，使用高效率的功率放大器是社会发展的必然趋势。D类功率放大器对电源的利用率非常高，另外再生活中音频功放随处可见，所以设计一个D类音频功率放大器功放是很有现实意义的。
1.1 绪论
音频放大器是多媒体产品的重要组件之一，广泛应用于消费类电子领域。线性音频功放因失真小、音质好，在传统的音频放大器市场上一直占主导地位。近年来，随着MP3、PDA、手机、笔记本电脑等便携式多媒体设备的普及，线性功放的效率和体积已不能满足市场的要求，而D类功放以效率高、体积小等优点越来越受到人们的青睐。因此，高性能的D类功放具有十分重要的应用价值及市场前景。
音频放大器的发展先后经历了电子管、双极型晶体管、场效应管三个时代。电子管音频放大器音色圆润、甜美，然而它体积庞大、功耗高、工作极不稳定，且高频响应不佳；双极晶体管音频放大器频带宽、动态范围大、可靠性高、寿命长，且高频响应好，然而它的静态功耗、导通电阻都很大，效率难以提高；场效应管音频放大器具有与电子管同样圆润、甜美的音色，同时它的动态范围宽，更重要的是它的导通电阻小，可以达到很高的效率。
功率放大器种类繁多，常用的有A类、B类、AB类、C类、D类、E类、F类、G类、H类、S类等十余种，但适合于音频应用的只有A类、B类、AB类和D类等四种。A类功放只需一只晶体管给负载提供电流，在完整的信号周期内，导通角为360度。这种功放失真小，但往往需要很大的静态电流，效率低。理论上，A类功放最大工作效率为25%，因此工作时需要散热片。B类功放由两只互补的晶体管组成，在完整的信号周期里，每只放大管都会在半个周期内导通而在另半个周期内截止，即导通角只有180度。由于它没有静态电流，因此效率较高，理论上，B类功放的最大效率可达78%。然而，当输入信号接近零时，放大管存在临界导通状态，产生交越失真。AB类功放是在B类功放的输入端插入两个二极管，当输入接近零时，放大管已经微导通，从而使每个放大管导通角大于180度而小于360度。AB类功放克服了B类功放的交越失真，效率处在A类、B类功放之间，是传统线性功放常采用的结构。然而，中等输出的电压通常远离电源电压，有很大的功耗消耗在晶体管上，所以，即使是精心设计的AB类功放，其效率还不是很高。D类功放的输出级由两个互补的功率管组成，在高频控制脉冲信号的推动下，功率管工作在开关状态，一个导通则另一个截止，因此，D类功放无需静态功耗，具有很高的效率。理论上D类功放效率可达到100%，实际上也高于80%，是传统线性功放的2～3倍。
1.2 D类功率放大器的性能
根据市场调研时用户提出的应用要求，本次所设计的是一款双通道D类音频功率放大电路，主要应用于手机,MP3等便携式数码产品。
主要特性：
（1）在8Ω负载，5V的电源电压功率达到2W；
（2）最高效率可达85以上％；
（3）音频增益1-30倍可调；
1.3 D类功率放大器的方案设计
1.3.1 基于分立元件的D类功放
基于电压比较器的PWM调制的D类功率放大器如图1.1所示。首先设计一个三角波发生器通过三角波发生器产生一个高频率的三角波，将音频信号与三角波发生器产生的三角波在电压比较器中进行比较，输出PWM信号，PWM信号的占空比随着音频信号的幅值发生变化。再用桥式互补对称的MOSFET将PWM信号进行功率放大，最后通过低通滤波电路将PWM信号解调成音频信号从而驱动扬声器。
音频信号

三角波发生器
电压
比较
功率放大
低频滤波
扬声器
图1.1 基于分立元件的D类功放电路设计框图
1.3.2 基于555电路的D类功放
前置
放大
电路

NE555
PWM
调制

功率
放大
低频
滤波
扬声器
图1.2 基与555电路的D类功放电路设计框图
音频信号
放大
信号
PWM信号
音频
信号
基于555电路的D类功放电路原理框架如图1.2所示。通过前置放大电路将音频信号放大成较强的信号，然后通过NE555组成的PWM调制电路对信号进行PWM调制，输出频率较高PWM调制信号，PWM信号驱动MOSFET组成的互补桥式电路进行功率开关放大， 最后通过滤波电路将PWM信号解调成为音频信号，从而驱动扬声器。
1.3.3 方案比较
在设计过程中，方案的选择必须与实际情形联系起来，要从各个方面考虑设计的可行性，即不仅要考虑其先进性，也要考虑其现实性，从多方面综合分析，寻求最佳方案。
方案一是基于分立元件的D类功率放大器，是目前普遍运用的方案，但是对原器件的要求极高。比如D类功放最核心的部分是将音频信号与三角波进行比较而产生的PWM调制信号，三角的频率需要很高，而且其电压摆动的速率也将比较高，所以要选择一个具有高带宽、高转换速率的运算放大器。这使得整个电路都变得不稳定。方案二是基于555电路的D类功率放大器，对于器件的要求相对较低。PWM调制环节以及三角波发生环节只需要555电路和几个简单的电阻器、电容器，即可完成。这不仅仅使整个电路的结果变的简单，也大大的提高了整个电路的稳定性。
故选用方案二。

3
第二章 D类功率放大器设计
D类功率放大器由前置放大、PWM调制、功率开关放大、以及低通滤波四个环节构成。
2.1 前置放大
音频信号源信号的幅度一般很小，不能直接驱动功率放大器，因此必须先将它们放大到一定幅度，这就需要用到前置放大器。除了信号放大功能，前置放大器还可以同时具有音量调节、音调控制、响度控制和声道均衡等功能。根据实际应用需求，本文设计的前置放大器只有音量调节功能。所以只需要设计一个同相比例放大器即可。
2.1.1 同相比例放大器
当理想集成运放工作在线性去时，同相比例运算电路如图2.1所示，信号从同相输入端输入。由负反馈分析可知，其引入的是电压串联负反馈。
图2.1 同相比例运算电路
按“虚短”与“虚断”的特点可知：

因，，,可得：

即
其闭环电压增益为：
同相输入比例运算电路，由于引入的是电压串联负反馈，因此其输入电阻趋于无穷大。输出电阻趋于零。由于，因此在同相比例运算电路中，集成运放的共模输入电压就是输入电压，所以要选用共模输入电压和共模抑制比比较高的集成运放。如果用于小信号的比例运算中，共模电压相对较小，则只需考虑共模抑制比。它是衡量输入级差放对称程度及表征集成运放抑制共模干扰信号能力的参数。其值越大越好。约为70-100分贝，另外还需要考虑运放的单位增益带宽。单位增益带宽即为：运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db所对应的信号频率。对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积。
2.1.2 前置放大电路
前置放大电路采用NE5532集成运放。UA741如表2.1所示。
表2.1 NE5532技术参数
符号
参数
最小
典型
最大
单位
Vcc
电源电压

±22
V
共模抑制比
Kcme
70
100

dB
带宽增益
GB

10

MHz
输入共模电压
Vicm
±12
±13

V
功耗
PT

500

mW
前置放大电路放大的信号为音频信号，输入的信号幅值比较小，即输入的共模电压较小。另外音频的频率为20Hz-20KHz，要求最大的增益为30倍，所以运放的单位增益带宽GB应该满足。电路电源电压为±12V。所以NE5532集成运放满足设计的需要。
图2.2 D类功放左声道前置放大电路
左声道前置放大电路为高音信号放大其原理图如图2.1所示。前置放大电路，可使整个功放的增益连续可调，而且也保证了比较器的比较精度。电路的增益可以通过调节电位RP1的阻值来进行调节。RP1的阻值越大增益就越大。另外输出的音频信号的幅值可以通过RP2进行调节，即音量的调节。C1为耦合电容，当音频信号经过电容耦合输入到电路实现前置放大的增益。音频信号的左右声道放大电路是相同的。右声道为输入低音信号频率远小于左声道的信号，所以电路同左声道一样，自然满足条件。
根据同相比例放大电路的性质可得到增益:

所以当的阻值最大时，电路的最大增益：

2.2 PWM调制
调制环节由三角波发生电路和脉冲宽度调制电路构成。一般的PWM调制器通常都是把原始音频信号加上一定直流偏置后送到运放的正输入端，另通过三角波发生器产生一个三角波加到运放的负输入端形成一个。当正端上的电位高于负端三角波时，比较输出为高电平，反之则输出低电平。比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后的波形，称为PWM（脉冲宽度调制）。
2.1.1 NE555简介
NE555 （Timer IC）为8脚时基集成电路，大约在1971年由Signetics Corporation发布，当时是唯一快速且商业化的Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出许
表2.2 NE555引脚说明和功能表
引脚号
引脚名
功能
1
GNG
接地端
2
TRI
触发端
3
OUT
输出端
4
RST
复位
5
CON
控制端
6
DIS
阀值端
7
THR
放电
8
VCC
电源电压
多的应用电路。NE555只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。可直接利用555电路特有的内部结构来代替三角波发生器以及电压比较器通过与音频信号进行比较来实现PWM调制。
PWM调制电路采用的是NE555，其的引脚说明如表2.1所示。
2.1.2 PWM调制电路
PWM调制电路的原理图如图2.2所示，波形图如图2.3所示。
图2.2 PWM调制电路
NE555构成多谐振荡器。电路一通电，先通R5和V1对电容C5充电，充电一段时间后，电容器C3与R7又开始对2脚和6脚放电。由于电路中的二极管具有单向导电特性，使得电容C5的充放电回路分开。如此反复循环形成了一个充电放电回路。这一过程，所以可以近似的看作一个三角波发生器。
音频信号输入到NE555的5脚，使得NE555内部上下两个比较器的基准电压随音频信号变化而变化，从而使得外部的RC充电放电回路的充电放电时间也随之变化，从而起到了PWM调制的作用。3脚输出的PWM调制信号的占空比随着音频信号的幅值的变化而变化。PWM信号的频率由外部的电阻与电容决定。这样只需要设置电阻与电容的大小就能得到一个高频率的PWM信号。
图2.3 PWM调制波形图
因为音频信号的频率20Hz~20kHz的范围内，在D类功率放大器中，PWM调制时的采样频率很重要，通常选择要大于音频信号频率的上限频率的2倍以上。这样才能确保音频信号的失真度大大降低。
当R5=R7=3.6kΩ，C3=22nF时，PWM调制信号的频率为：。能够确保PWM信号具有较高的频率。
2.2 功率开关放大
图2.4 功率开关放大电路
单极性晶体管MOSFET相对与双极性晶体管BJT来说，热稳定性更好且效率更高。因为BJT的突出特点就是利用基极电流来实现控制、放大、改变集电极电流。作为BJT管，输入回路PN结正偏，当有信号电压输入时，必然伴随一定会的输入电流，从而消耗信号源的功率。特别在音频功放中这大大的影响了工作的效率。而MOSFET是利用电压来实现放大、控制、改变电流的。这能够使得电路的工作效率变得极高。
功率开关放大电路如图2.4所示。考虑电源电压仅有5V，并且输出功率很也不高可以选用导通阀值电压为3.5V的通用MOSFET。本电路是由N沟道场效应管IRFD9120与P沟道场效应管IRFD9120构成的半桥互补对称结构电路。当音频信号被PWM调制电路调制成PWM信号后，输入到功率开关电路。如果PWM信号为高电位，栅源电压大于开启电压，V6（V4）管导通。如果信号为低电位时，Vgs小于开启电压Vt，V3（V5）管导通。从而把PWM信号变成高电压大电流的大功率信号。防护漏源极之间过电压 虽然漏源击穿电压Vds一般都很大，但如果漏源极不加保护电路，同样有可能因为器件开关瞬间电流的突变而产生漏极尖峰电压，进而损坏MOSFET管，功率管开关速度越快，产生的过电压也就越高。为了防止器件损坏，通常采用齐纳二极管钳位。
2.3 低通滤波
低通滤波是将D类功率放大器输出的脉冲宽度调制的功率脉冲转换为模拟电压的环节，作为D类功率放大器的最终输出，与小信号电压的低通滤波器是不同的， D类功率放大器的输出滤波器不仅要滤除不需要的高频分量和PWM载波频率，重新得到正弦波音频信号，而且还要将可以通过的频带传输的功率所产生的损耗尽可能的低，由于此时电流很大，RC结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用。因此需要采用几乎没有损耗的LC低通滤波器。
图2.5 低通滤波电路
考虑到开关功率级输出的高频PWM信号中包含有音频信号，PWM频率大约为100KHz,比音频信号带宽20-20KHz大的多，故选择输出率比器的截止频率为30KHz,，负载电阻为8Ω。如图2.5所示。
输出滤波电容器的电容量为：

输出滤波电感的电感量为：

在电路中，输出滤波电感由两个电感L1、L2组成，为了尽可能降低输出电感的磁场所产生的电磁干扰，电感应选用磁路基本上是封闭形式的。输出滤波器的电容应选择频率特性良好、等效串联电阻低、寄生电感低的电容器，如陶瓷贴片电容器。
D类功率放大器的总体电路如附录1所示。音频信号通过电容耦合以后，通过前置放大电路对其进行信号强度的放大，音频信号的放大倍数可以1-30倍连续可调。放大的音频被输入到NE555电路组成的PWM调制电路进行PWM调制，PWM调制是整个D类功放的核心，音频信号的到来使得NE555内部的上下两个比较器的基准电压发生了变化，从而使得外部的电路的充电放电时间也随之发生了变化从而起到了调制的作用，另外PWM信号输出的频率也可以通过，外部的电阻和电容来进行设定。PWM调制电路将音频信号调制成占空比随音频信号的幅值变化而变化的高频率PWM信号后，再通过功率开关放大电路进行功率放大，最后PWM信号被滤波电路还原成音频信号从而驱动扬声器。
8
第三章 D类功率放大器电路仿真与实验
借助Multisim10对电路进行虚拟实验仿真，首先通过对前置电路的仿真来了解音频信号的放大情况，再通过对PWM调制电路的仿真来了解音频信号的PWM调制。然后对LC滤波电路进行仿真来确定PWM信号被还原和载波频率的消除的可行性。最后进行整体电路图的仿真，计算出电路的输出功率以及整体电路的效率。
3.1 前置放大电路仿真
图4.1 最大前置放大仿真图
对前置放大电路进行仿真，来验证前置放大电路对音频信号的放大情况。如图4.1所示。通过信号发生器生成一个幅值为250mV，1KHz的正弦波来模拟音频信号。将R3调
图4.2 较低前置放大仿真图
到最大，R6为0，使放大倍数达到最大。通过示波器观察，波形明显放大，且未出现失真。
通过电压表观察输出的信号幅值为7.747V。所以增益为倍，如图4.2所示。将R3调节到15K，再进行仿真。输出波形明显放大了。输出的信号幅值为3.999V，所以增益倍，完全符合同相放大运算电路的放大情况。
图4.3 高幅值信号PWM调制电路仿真图
3.2 PWM调制电路仿真
对PWM调制电路进行仿真，来验证PWM调制电路的原理以及工作情况。如图4.3所
图4.4 低幅值信号PWM调制电路仿真图

示。通过函数信号发生器产生一个7V，1KHz的正弦波来模拟经前置放大的音频信号。通过示波器观察。输出的是矩形波的PWM调制信号。
再通过函数信号发生器生产一个2V，1KHz的正弦波，矩形波的占空比放生了明显的变化，如图4.4。所以电路达到了PWM调制的目的，符合要求。
3.3 低通滤波电路仿真
在8Ω负载下对滤波电路进行仿真，而从验证滤波电路的可行性。如图4.5所示。通过函数发生器产生一个20KHz，5V的矩形波来模拟PWM信号，通过LC滤波电路将PWM信号还原成音频信号。通过示波器观察，输出一个正弦波，满足要求。
图4.6 高频率信号滤波电路仿真图
图4.5 20KHz信号滤波电路仿真图
另外再通过函数发生器产生一个100kHz，5V的矩形波来模拟PWM信号的谐波信号。通过示波器观察，波形基本取向平滑。达到了对不需要的高频分量和PWM载波频率的滤除如图4.6所示。
3.4 整体电路仿真
对整体电路的仿真，用功率表测量出在8Ω的负载下，电路的输出功功率，以及电源的输出功率来计算出电路的效率。如图4.7所示。前置放大电路的12V电源工作的功率为144pW近似为零，忽略不计。PWM调制电路与功率放大电路的5V电源输出功率为2.926W，图4.7 整体电路仿真
整个电路的输出功率即负载工作功率为2.740W。则整个电路的工作效率为。输出的效率满足了设计的要求。

16
第四章 PCB板绘制
4.1 建立一个数据库文件
Protel99 SE的第一步,是建立一个DDB文件,也就是说,使用protel99se进行电路图和PCB设计,以及其它的数据,都存放在一个统一的DDB数据库中，选择新建的项目存放方式为DDB以及文件存放目录，第二步:新建好DDB文件后,我们就可在里边的Documents目录下可以新建SCH文件了,也就是电路图设计项目。第三步:新建后SCH项目后,在默认的一个protel99se元件库中,可以选择元件放到电路图中了。
4.2 使用protel99se原理图绘制
使用protel99se绘制原理图,首先要先设置一下显示网格这一项去掉,这一个可以根据个个习惯,并不是一定需要这样的,去掉prote99se的界面的View菜下,将visible Grid选中或取消,可以选择是否显示网格。第一步：将元件放进SCH原理图中，并且设计元件的属性。第二步：设计元件的属性，包括封装,名称，元件属性等。第三步：在protel99se中设计中，放入网络标号.在同一原理中，所有相同的网络标号，在图纸中，表示同一网络结点，设点电源地。第四步：在protel99se中，我们放好元件，设计是电源和接地后，我们就可以画线了。
4.3 新建PCB文件以及PCB基本设定
第一步：在Documents目录下，新建一个PCB文件，PCB文件是我们存放PCB电路的文件。
第二步:在导航栏中，选择Libraries这一项，这可以让我们在导航栏中，显示当前可以放的封装库，以供选择。
第三步：浏览封库以及增加protel99se封装库，选择封装库并且增加到当前PCB文件中，
增加好封装库后，我们就要以选择和使用些元件了。
4.4 将SCH转为PCB文件
使用protel99se菜单栏的view-Fit All Objects命令，以查看所有的元件。
第一步：将SCH转为PCB图型，对SCH转换为PCB的一些选项，确认转换SCH到PCB。
第二步：在Protel99se中，如果需要对一个元件进行旋转，我们可以用mouse按住元件后，按空格键进行旋转，第三步：绘制PCB图的外形，绘制PCB的外形图，我们需要在PCB的外形层Keep-Out Layer中画线，画出的紫色线，则是PCB的外形。第四步：将元件放进PCB中。
4.5 protel99se的自动布线
第一步:测量PCB板外形大小，在protel99se中调整元件位置。在protel99se中,拖动元件,就可以移动元件了,需要旋转元件,我们则需要对准元件用MOUSE按中,然后按空格键,我们上PCB图中的所有元件。
第二步:检查PCB文件及连接，将电路图放大,将会看到在各个焊盘上,都有标示出元件的网络结点号.这使我们可以知道实际的连接是否正确.
第三步:使用protel99se的自动布线功能，在protel99se当中,我们使用菜单Auto Route --ALL,这将会进入自动布线工作界面
4.6 PCB印制板图

总 结
D类功率放大电路是由前置放大电路、PWM调制电路、功率放大电路、低通滤波电路四个部分组成。前置放大电路是前置放大电路是由NE5532双运放组成的同相比例放大电路，其作用是将音频信号的幅值进行放大输入到下一级。同时可以通过调节反向端的电阻阻值来改变放大的倍数，倍数为1-30倍。PWM调制电路是由NE555集成电路组成，PWM调制环节是D类功放不同于其它功放电路的一个特有的环节。其目的是将连续的模拟音频信号，转换成开关信号。从而驱动开关原器件。功率放大电路是由N沟道场效应管与P沟道场效应管组成的互补对称式的桥式电路。当PWM信号输入进来有一个场效应管是导通的，输出的PWM信号的功率被放大。其中场效应导通是等效为理想开关，关断时，导通电流为零，无功率消耗；导通时，两端电压依然趋近为零，虽有电流存在，但功耗仍趋近零；整个工作周期，MOSFET基本无功率消耗，所以理论上D类功放的转换效率可接近100％。滤波电路是LC低通滤波电路，其作用是将干扰信号进行滤除以及将PWM信号还原成音频信号从而驱动扬声器。运用Protel99se软件绘制了单元电路，总体电路图以及PCB板图；借助Multisim10仿真软件对单元电路进行了仿真虚拟实验。
从整体看基本达到了要求，但是还是存在很多的不足，比如功率放大电路如果采用H桥输出方式其输出的信号的峰值将提高一倍。将更有效的提高输出效率。

参考文献
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[2]陈永真.全国大学生电子设计竞赛试题精解选[M].北京 电子工业出版社，2011.
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[4]方明. 基于D类功放的音频放大器设计[D].华南理工大学，2010.
[5]刘伟，邹月悯，黄令华.D类音频功放芯片输出级电路的设计[J].中国集成电路.2008,4(107)：49-63.
[6] http://
[7]

附录1 D类功放电路图

17
序号
代号
名称
型号与规格
数量
备注
1
U1、U2
555集成电路
NE555
2

2
N1
集成运放
NE5532
1

3
R1-R4
电阻
1k/0.25W
4

4
R5-R8
电阻
36k/0.25W
4

5
RW2、RW4
电位器
30k
2

6
RW1、RW3
电位器
2.2k
2

7
C1、C2
陶瓷电容
0.1μf/50V
2

8
C3、C4
无极性电容
1μF/50V
2

9
C5、C6
无极性电容
22nF/50V
2

10
L1、L2
电感
60μH
2

11
V1、V2
二极管
1N4148
2

12
V3、V4
P沟道场效应管
IRFD9120
2

13
V5、V6
N沟道场效应管
IRFD120
2

14
V7-V10
齐纳二极管
2CW18
4

附录2 D类功率放大器原器件清单明细表

17

收
音
机
制
作

收音机制作
第一章 概述
1.1音频信号的发送与接收
高频电磁波随频率的大小划分为地波、天波与空间波三种。中长波（30K——1500KHZ）能以地波方式沿着地球表面传播，地波传播稳定可靠，多用于超远程无线电通信和导航通信。短波（1.5M——30MHZ）能以天波方式依靠电离层的反射作用传播，天波传播受电离层强度、太阳辐射强度等多种因素影响，使得短波在夜晚的接收效果比白天好。超短波（30MHZ以上）能以空间波方式沿直线传播，虽然空间波的传播距离一般只有几十公里，但是空间波受大气干扰影响小、能量损耗小、接收稳定，多用于电视、雷达和微波通信。
1） 声波：声源体的振动引起周围空气共振，并以340米/秒的速度向四周传播，称为声波。
2） 声波频率：人能够听到声波在20Hz—20kHz范围内
3） 声波传递途径：声波在媒质中传播产生发射的散射，声音强度随距离增大而衰减，远距离声波传送必须依靠载体来完成，这个载体就是电磁波。
4）电磁波：电磁波是电磁振荡电路产生的，通过天线传到空中去，即为无线电波。电磁波的传送速度为光速（3×108米/秒）。选择电磁波作为载体是非常理想的。
5）无线电的发射：声波经过电声器件转换成声频电信号，调制器使高频等幅振荡信号被声频信号所调制；已调制的高频振荡信号经放大后送入发射天线，转换成无线电波辐射出去。
6）无线电广播的接收：收音机的接收天线收到空中的电波；调谐电路选中所需频率的信号；检波器将高频信号还原成声频信号(即解调)；
7）无线电通信(广播也属于无线电通信范畴)的发送和接收概括为互为相反的三个方面的转换过程，即：传送信息--低频信号、低频信号--高频信号、高频信号--电磁波。
8）调制方式：由于音频信号的频率较低，不可能直接发送到远方。要把音频信号发送到远方，就必须把音频信号装载到具有发送能力的高频电磁波上，这个过程叫做调制利用无线电波作为载波，对信号进行传递，可以用不同的装载方式。音频信号的调制有三种方式：调幅（AM）、调频（FM）与调相（PM）。
调幅（AM）就是音频信号通过调制器改变高频载波的幅度，变成具有发送能力的已调幅波。调幅方式容易实现，但是抗干扰差。
调频（FM）就是音频信号通过调制器改变高频载波的频率，变成具有发送能力的已调频波。调频方式较容易实现，而且抗干扰好。
调相（PM）就是音频信号通过调制器改变高频载波的初始相位，变成具有发送能力的已调相波，调相方式比较难实现，多用于军事、国防。
在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。目前，调幅制无线电广播分做长波、中波和短波三个大波段，分别由相应波段的无线电波传送信号。
长波（LW:Long Wave） （频率：150kHz—415kHz）
中波（MW:Medium Wave） （频率：535kHz—1605kHz）
短波（SW:Short Wave） （频率：1.5MHz—26.1MHz）
中波和短波两个大波段的无线电广播。中波广播使用的频段的电磁波主要靠地波传播，也伴有部分天波；短波广播使用的频段的电磁波主要靠天波传播，近距离内伴有地波。调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号，使用频率约为87MHz-108MHz，主要靠空间波传送信号。　
1.2超外差收音机原理
1.2.1 最简收音机原理
由于高放式收音机中高频放大器只能适应较窄频率范围的放大，要想在整个中波频段535kHZ—1605kHZ获得一致放大是很困难的。因此用超外差接收方式来代替高放式收音机。
图1.4 信号放大过程

1.2.2 超外差式收音机原理
超外差式收音机利用混频电路使本机振荡信号与接收到的电台信号进行非线性混频，使二者的差值始终为465KHZ，这样就降低了放大电路的信号频率，可以有效克服直接放大式收音机的缺点。
通过输入回路先将电台高频调制波接收下来，和本地振荡回路产生的本地信号一并送入混频器，再经中频回路进行频率选择，得到一固定的中频载波调制波（调幅中频国际上统一为465KHz或455KHz） 。
超外差式收音机具有以下优点：1）接收高低端电台（不同载波频率）的灵敏度一致；2）灵敏度高；3）选择性好（不易串台）。
用同轴双联可变电容，使输入回路电容C1-2和本振回路电容C1-1同步变化，从而使频率差值始终保持近似一致，其差值即为中频，即：f本振-f信号=f中频
如接收信号频率是：600kHz，则本振频率是1065kHz；1000kHz，则本振频率是1465kHz；1500kHz，则本振频率是1965kHz；
图1.6 信号放大过程

图1.7 调幅工作原理
1.2.3 调幅(AM)工作原理
调幅收音机由输入回路、本振回路、混频电路、检波电路、自动增益控制电路（AGC）及音频功率放大电路组成，本振信号经内部混频器，与输入信号相混合。混频信号经中周和455kHz陶瓷滤波器构成的中频选择回路得到中频信号。至此，电台的信号就变成了以中频455kHz为载波的调幅波。
1.2.4 调频（FM）工作原理
调频（FM）收音机由输入回路、高放回路、本振回路、混频回路、中放回路、鉴频回路和音频功率放大器组成。
图1.8 调频工作原理图

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第二章 分立元外式收音机电路与分析
2.1 变频电路
用一个三极管兼做本机振荡与混频时，称为变频。变频电路如下图。

T1——变频管，兼做本机振荡与混频；
C4——耦合电容，传送本机振荡信号；
B2——本机振荡线圈（电感三点式）；
C5——垫整电容，改善本机振荡信号
对已接收电台信号的跟踪；
C6——振荡联微调电容，调准刻度时
进行高端补偿调整；
C1b——双联可变电容器中的振荡联，
与 C1a同步完成调谐选台工作；
B3——第一中周（中频变压器）；
C7——中频并联谐振电容。
2.1.1 变频管静状工作点的设置
变频管的静状工作点设置过低则不容易起振；变频管的静状工作点设置过高，则不能很好的进行非线性混频，难以产生本机振荡信号与已接收电台信号的各种组合频率，得不到465KHZ的中频，也就不能实现超外差式接收。因此，变频管静状工作点的设置既不能过低，也不能过高。一般，变频管的静状工作点设置为0.2 mA 左右。
2.1.2 变频级工作原理

变频级本机振荡信号是通过电感三点式振荡电路
产生的。电感三点式振荡的等效电路如右图。
图中：L为本机振荡线圈B2的等效电感；
C为垫整电容C5、振荡联微调电容C6以及
双联可变电容器中振荡联C1b的等效电容。
变频级的非线性混频过程：
电感三点式振荡电路产生的本机振荡信号在R2上形成的本机振荡信号电压与磁棒天线B1耦合过来的输入调谐接收的电台信号电压一起，由变频管T1进行非线性混频产生各种组合频率信号——n f 0 + m f S (n、m可为任意正、负整数)；
当n = 1、m = -1时，可得 f 0 - f S =  fI = 465KHZ的中频信号，由于中频变压器B3与中频谐振电容C7只对465KHZ的中频信号产生并联谐振，也就是说中频变压器B3只允许465KHZ的中频信号耦合到中频放大级，这就使得超外差式收音机具有很好的选