D類音頻功放的三角波產(chǎn)生電路設計

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摘要:考慮到D類音頻功放對振蕩器頻率穩(wěn)定的要求，本文在參考基本充電放電振蕩器的基礎上，提出了一種改進型的固定頻率振蕩器，該振蕩器能有效處理電流發(fā)生突變時所產(chǎn)生的尖沖，以適應D類功放中對三角波線性度的要求。

關鍵詞:D類音頻功;三角波產(chǎn)生;振蕩波形;振蕩器

1前言

D類音頻功放采用PWM脈寬調制，效率高，由于輸入的音頻信息都包含在脈寬中，經(jīng)過調制后的信號要真實的反映輸入信號，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調制方案實現(xiàn)的D類音頻功放，其優(yōu)點是在任一時刻它所包含和處理的信息量都是單邊PWM調制方案的兩倍，其電路主要由前置運算放大器、三角波發(fā)生器、積分電路和輸出級電路構成，并且通常采用全H－bridge輸出，包含兩個反饋環(huán)路，第一個環(huán)路用于確定運放的增益，第二個環(huán)路則用來在輸入音頻信號與三角波信號比較前對其進行整形。

2三角波產(chǎn)生電路設計

2．1電路原理及整體設計

在D類音頻功放設計中，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徹底分離;如果太高則開關電路損耗增大。本文采用的頻率是250kHz?？紤]到集成的實現(xiàn)，三角波產(chǎn)生電路設計原理基于傳統(tǒng)的CMOS基本充電放電振蕩器并改進設計的最終結果由電容C1充放電來完成振蕩，假設開始觸發(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，當上升到VH時，比較器的輸出翻轉，觸發(fā)器觸發(fā)，珚Q變?yōu)楦唠娖?，同時，Q端為低電平，NMOS管M4導通，電容通過M4和它下面的兩個NMOS管對地放電，放電到VL時，下面的比較器翻轉，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類功放中要求振蕩器產(chǎn)生三角波，所以設計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.下面我們闡述設計中重點考慮影響頻率的兩個主要因素以及相應的處理。

2．2振蕩波形的頂端尖沖的處理

在電流發(fā)生突變的過程中，很容易在振蕩波形的頂端產(chǎn)生尖沖，然而在D類功放系統(tǒng)中要求三角波來做調制用的載波，所以對三角波的線形度要求比較高。在本文的設計中加入了處理尖沖的電路。Q端連接了兩個MOS管M1和M2，其中M1為NMOS管，M2為PMOS管。充電過程中，M4關斷，M1和M3導通，M1和M4下面串聯(lián)的兩個NMOS管形成通路，I1從電源流向地;放電時，M4和M2導通，M1關斷，即充電和放電的過程中，M4下面串聯(lián)兩個NMOS管總是有電流I1流過。同理M3上面連接的兩個PMOS總是有電流I2流過。換句話說就是充電和放電過程只須將M3和M4管導通，從而使電流“連續(xù)”，即在充電和放電瞬時(只需要導通1個MOS管)讓電流恒定，讓電容電壓變化成線性，否則，若沒有這兩個MOS管，在充電過程中，導通時，電流需要從電源流下來。放電過程中，電流需要一直流到地，電容有個緩變放電過程，電容容易產(chǎn)生尖沖。本文設計的兩個MOS管對波形起到平滑的作用。

3電路仿真結果

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

4結語

采用PWM脈寬調制的D類音頻功放具有效率高的特點，但是由于輸入的音頻信息都包含在脈寬中，經(jīng)過調制后的信號要真實的反映輸入信號，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設計了適應D類音頻功放參數(shù)要求的三角波產(chǎn)生電路，并針對影響頻率的兩個主要因素進行了電路改進消除了振蕩波形的頂端尖沖;對振蕩幅度和頻率進行了穩(wěn)定控制。

參考文獻:

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作者:尹洪劍 單位:重慶電子工程職業(yè)學院應用電子學院