D類(lèi)音頻功放的三角波產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)

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摘要:考慮到D類(lèi)音頻功放對(duì)振蕩器頻率穩(wěn)定的要求，本文在參考基本充電放電振蕩器的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)型的固定頻率振蕩器，該振蕩器能有效處理電流發(fā)生突變時(shí)所產(chǎn)生的尖沖，以適應(yīng)D類(lèi)功放中對(duì)三角波線性度的要求。

關(guān)鍵詞:D類(lèi)音頻功;三角波產(chǎn)生;振蕩波形;振蕩器

1前言

D類(lèi)音頻功放采用PWM脈寬調(diào)制，效率高，由于輸入的音頻信息都包含在脈寬中，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)要真實(shí)的反映輸入信號(hào)，才能使輸出不產(chǎn)生失真，要求振蕩器產(chǎn)生的三角波頻率穩(wěn)定而且有較高的線性度。采用雙邊PWM調(diào)制方案實(shí)現(xiàn)的D類(lèi)音頻功放，其優(yōu)點(diǎn)是在任一時(shí)刻它所包含和處理的信息量都是單邊PWM調(diào)制方案的兩倍，其電路主要由前置運(yùn)算放大器、三角波發(fā)生器、積分電路和輸出級(jí)電路構(gòu)成，并且通常采用全H－bridge輸出，包含兩個(gè)反饋環(huán)路，第一個(gè)環(huán)路用于確定運(yùn)放的增益，第二個(gè)環(huán)路則用來(lái)在輸入音頻信號(hào)與三角波信號(hào)比較前對(duì)其進(jìn)行整形。

2三角波產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)

2．1電路原理及整體設(shè)計(jì)

在D類(lèi)音頻功放設(shè)計(jì)中，三角波頻率的選擇，既不能太低，也不能太高;如果太低則濾波器難以將脈沖成分和音頻信號(hào)徹底分離;如果太高則開(kāi)關(guān)電路損耗增大。本文采用的頻率是250kHz?？紤]到集成的實(shí)現(xiàn)，三角波產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)原理基于傳統(tǒng)的CMOS基本充電放電振蕩器并改進(jìn)設(shè)計(jì)的最終結(jié)果由電容C1充放電來(lái)完成振蕩，假設(shè)開(kāi)始觸發(fā)器珚Q為低電平，那么由M3和M4組成的反相器中PMOS管M3導(dǎo)通，電流I2經(jīng)M3向電容充電，電容器上的電壓成線性上升，當(dāng)上升到VH時(shí)，比較器的輸出翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器觸發(fā)，珚Q變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)，Q端為低電平，NMOS管M4導(dǎo)通，電容通過(guò)M4和它下面的兩個(gè)NMOS管對(duì)地放電，放電到VL時(shí)，下面的比較器翻轉(zhuǎn)，電容上的電壓就在VH和VL之間充電放電形成振蕩。由于在D類(lèi)功放中要求振蕩器產(chǎn)生三角波，所以設(shè)計(jì)中采用充電電流和放電電流相等，即I1=I2那么若不考慮比較器的延時(shí).下面我們闡述設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮影響頻率的兩個(gè)主要因素以及相應(yīng)的處理。

2．2振蕩波形的頂端尖沖的處理

在電流發(fā)生突變的過(guò)程中，很容易在振蕩波形的頂端產(chǎn)生尖沖，然而在D類(lèi)功放系統(tǒng)中要求三角波來(lái)做調(diào)制用的載波，所以對(duì)三角波的線形度要求比較高。在本文的設(shè)計(jì)中加入了處理尖沖的電路。Q端連接了兩個(gè)MOS管M1和M2，其中M1為NMOS管，M2為PMOS管。充電過(guò)程中，M4關(guān)斷，M1和M3導(dǎo)通，M1和M4下面串聯(lián)的兩個(gè)NMOS管形成通路，I1從電源流向地;放電時(shí)，M4和M2導(dǎo)通，M1關(guān)斷，即充電和放電的過(guò)程中，M4下面串聯(lián)兩個(gè)NMOS管總是有電流I1流過(guò)。同理M3上面連接的兩個(gè)PMOS總是有電流I2流過(guò)。換句話說(shuō)就是充電和放電過(guò)程只須將M3和M4管導(dǎo)通，從而使電流“連續(xù)”，即在充電和放電瞬時(shí)(只需要導(dǎo)通1個(gè)MOS管)讓電流恒定，讓電容電壓變化成線性，否則，若沒(méi)有這兩個(gè)MOS管，在充電過(guò)程中，導(dǎo)通時(shí)，電流需要從電源流下來(lái)。放電過(guò)程中，電流需要一直流到地，電容有個(gè)緩變放電過(guò)程，電容容易產(chǎn)生尖沖。本文設(shè)計(jì)的兩個(gè)MOS管對(duì)波形起到平滑的作用。

3電路仿真結(jié)果

是改變充電電流電流0．5u的仿真的波形的結(jié)果，三角波斜率改變時(shí)，周期不變(T1=T2)。仿真結(jié)果很好地驗(yàn)證了前面的原理:充電電流受到干擾時(shí)，通過(guò)幅度的調(diào)節(jié)來(lái)穩(wěn)定頻率。

4結(jié)語(yǔ)

采用PWM脈寬調(diào)制的D類(lèi)音頻功放具有效率高的特點(diǎn)，但是由于輸入的音頻信息都包含在脈寬中，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)要真實(shí)的反映輸入信號(hào)，才能使輸出不產(chǎn)生失真，因此要求振蕩器產(chǎn)生的三角波頻率穩(wěn)定而且有較高的線性度。本文基于傳統(tǒng)的CMOS基本充電放電振蕩器加以改進(jìn)設(shè)計(jì)了適應(yīng)D類(lèi)音頻功放參數(shù)要求的三角波產(chǎn)生電路，并針對(duì)影響頻率的兩個(gè)主要因素進(jìn)行了電路改進(jìn)消除了振蕩波形的頂端尖沖;對(duì)振蕩幅度和頻率進(jìn)行了穩(wěn)定控制。

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作者:尹洪劍 單位:重慶電子工程職業(yè)學(xué)院應(yīng)用電子學(xué)院