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PDA、MP3、蜂窝电话等便携式音频装置在设计时,必须满足高效率、尺寸小、噪声低、能够与处理器协同工作等要求。D类音频放大器的功率管工作在开关方式,在没有输入信号的时候不会产生静态功耗,具有高效率(理论上可以达到100％),在应用中不需要散热片等优点。但是,由于D类放大器把音频信号变成了非线性的脉冲,这个过程难免会引入比较大的失真,传统的D类放大器还要增加滤波器以滤除高频载波,这不但增加了系统成本,而且会占据很大的PCB面积。所以研究低失真、免滤波的D类音频放大器具有很重要的现实意义。 本文详细分析了几种对D类音频放大器性能影响比较大的非线性失真,如三角波非线性、死区时间和因反馈产生的相位失真、占空比失真等,采用傅立叶分析的方法对各种失真建立了模型,并提取了一些对设计至关重要的参数,用以指导后面的高性能D类音频放大器设计。另外,对免滤波D类音频放大器的设计方法和对音频性能的影响也进行了分析。 最后设计了一种单环二阶免波波的D类音频功率放大器。该功率放大器内部设有恒流基准源、前置运算放大器、三角波振荡器、脉宽调制(PWM)比较器和功率输出电路,并且该芯片还可以通过外部引脚对整个系统的闭环增益进行调节。本文设计的三角波发生器采用弛张方式,极大地减小了因三角波非线性所引入的失真;同时通过合理地设置闭环增益,可以在有效抑制各种开环失真的同时引入较小的闭环失真。该音频放大器采用300KHz的脉宽调制频率,在2.5V-5.5V的电源电压下为4Ω负载提供最大2Watt的输出功率,输出信号的典型总谐波失真(THD)<0.1%,同时输出效率可达到80%以上。