高效率音频功放系统文献综述

 2022-10-27 10:30:05

文献综述(或调研报告):

D类功率放大器部分:

经典D类功率放大器主要由脉冲宽度调制器(PWM)、开关放大电路和低通滤波器等三部分组成。脉冲宽度调制器将输入模拟信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲,控制功率管以相应的频率导通或截止,功率管输出的信号经低通滤波器滤波还驱动负载工作。典型的D类功放可提供200W或更大的输出,效率可达90%以上,谐波失真在1%~2.8%之间。另外,D类功放不存在交越失真。

在 D 类功放中,电源噪声与输入信号互调,容易产生互调失真。可以基于 Volterra-Laguerre 模型研究 D 类功放中的这种非线性失真,应用 Laguerre 序列简化线性系统的原理,将 Volterra 级数模型拓展为 Volterra-Laguerre 扩展模型,该模型较传统 Volterra 级数模型减少了辨识量,提高了辨识速度。D 类音频功放还具有高效率的优点,但是随着功率的不断提高,通常需要完善的保护及限制电路。可以设计一种用于高功率 D 类音频功率放大器的输出功率调节电路,通过芯片外部引脚输入电压或编程的方式动态调节功放的输出功率。由于 D 类功放的高效率,D 类功放的功率可以做得很大而不必担心散热问题。但是过大的功率会造成扬声器的损坏。为了适应不同的功率需求,在 D类功放中加入功率调节单元是一个很好的选择。这样不仅增加了整个系统的可靠性,并且实现了功放的智能化。

在不改变功放增益的前提下,一种最实用的方式是动态调节输入信号的最大限制幅度。

D 类功率放大器效率一般可达到 90%以上,克服了 A、B 类线性放大器效率普遍不高的缺点,但其保真度不高,输出电压的带宽较低,因此通常采用多电平变换器闭环控制来改善 D 类功率放大器的输出品质 ,多电平变换器省去模块间连接的变压器或电抗,有利于提高变换器容量,克服了两电平变换器的诸多缺点,可以输出高质量波形。相对于二极管钳位式和电容悬浮式拓扑结构的多电平变换器,具有独立直流电源的级联式变换器有下列优点:(1) 主电路拓扑结构简单,输出谐波低;(2)变压器耦合回原边的进线电流谐波影响小,改善了进线电路的功率因数;(3)每个单元的控制逻辑独立,串联结构,独立的直流电源,不存在电压均衡问题,器件开关频率和电平数相同时,所用的器件较少,逻辑简单;(4) 利用软开关技术,减小缓冲电路的尺寸;(5)当某个单元发生故障时,控制系统可以直接将故障单元旁路,电路仍可继续工作,只是输出电压略有下降。

系统部分:

对于一个标准的音频放大系统来说,除了功率放大器,还包括前置放大器、线路放大器。

三者区别:

1.前置放大器放大输入的信号,比如通过麦克风拾取的声音信号,由于它比较弱,需要先被放大到一定的电平才可以到其它级上。通常前置具有较高的电压增益,可以将小信号放大到标准电平上。前置放大器在放大有用信号的同时也将噪声放大,低噪声前置放大器就是使电路的噪声系数达到最小值的前置放大器。前置放大器的基本组成有:音源选择、输入放大和音质控制等电路。对于微弱信号检测仪器或设备,前置放大器是引入噪声的主要部件之一。整个检测系统的噪声系数主要取决于前置放大器的噪声系数。仪器可检测的最小信号也主要取决于前置放大器的噪声。前置放大器一般都是直接与检测信号的传感器相连接,只有在放大器的最佳源电阻等于信号源输出电阻的情况下,才能使电路的噪声系数最小。

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