基于D類放大的高效率音頻功率放大器設計

輸入綴用OPA604構成一射極跟隨器已達到隔離前后級的作用。改變平均電容的值可設定平均時間常數，并決定低頻準確度、輸出波紋的大小和穩定時間。交流波紋分量可以用增大此電容的值來減少，但這樣會使建立時間增大，所以選擇用后接一個二階有源低通濾波器的方法來減少輸出的紋波。得出真有效值后直接給入ADS1286進行模數轉換，再由FPGA處理，計算出系統的輸出功率并進行顯示。

4 系統軟件的設計
根據題目要求，要實現對系統功率的測量和顯示功能，硬件上采用8位CPU AT89S52，通過C51編程實現。單片機圭要完成對ADS1286的控制、采入數據、計算功率和送顯示的功能。而FPGA(采用Atera公司的Cyclone系列的EP1C6QC240)則作為一個總線控制器，對液晶和A／D與單片機之間的數據交換進行管理。采用VerilogHDL語言在Quartus9．1的環境下編程實現。

5 測試方法和結果
5．1 測試儀器
15 MHz函數信號發生器 型號：Agilent33120A
數字示波器 型號：Tektronix TDS 1002，雙通道，60 MHz
直流電源 型號：SG173SB3，穩壓穩流型
四位半數字多用表 型號：Fluke 45 dual display multimeter
5．2 測試方案及結果分折
1)功率顯示誤差測量 用Agilent信號源給出輸入音頻信號，示波器在單端輸出測試點測負載上電壓峰值Vo，據式計算出實際功率，進而計算出顯示誤差，結果見表1所示。

從表中數據可知，系統功率顯示模塊具有4位數字顯示，精度優于5％，且誤差較小。
2)噪聲 用Agilent信號源給出輸入音頻信號(保證信號頻率20 kHz以下)，用0.1μF電容進行輸入端對地交流短路，用示波器在輸出端測量噪聲大小。此時測得噪聲為2．96mV。
3)效率測量 用直流電源對功放電路單獨供電，以便測試效率。供電電壓+5 V。用與測通頻帶相同的方法給出給出輸入信號，用示波器觀察輸出信號幅值，調整輸出為200 mW及500 mW，將四位半數字多用表串入放大器電路中，測出電路電流I。根據式計算出功率放大器效率，結果見表2所示。

從表中可以看出，在輸出功率為500mW時，功率放大電路效率高達64.10％，大大滿足了題目要求；在輸出為200 mW時，效率也達到了43．96％。系統可以實現高效率音頻放大。
4)過流保護測量 用與測通頻帶相同的方法給出給出輸入信號，用示波器觀察輸出信號幅值，將負載兩端短路，可看到短路模塊警示燈亮，功率放大部分的電源被切斷，輸出變為零，達剄保護目的。

6 結論
系統實現了對音頻信號的放大處理，完成了高效率功率放大、信號變換、功率測量及顯示、過流保護等功能。系統性能良好，在功率及效率方面的指標較高。放大電路、信號變換、功率測量及短路保護等部分都收到了較好的效果。尤其在功率方面可達到1．16 W，效率可達到64％，噪聲很低，功率測量顯示誤差較小。操作簡單，人機交互靈活。