555制作的D类放大器电2

1、555制作的D类放大器姓名：蒋延超 班级：08级电气二班 学号：200851445 教师姓名：李怀亮摘要过去两三年间，设计人员通过添加新特性已增强了众多终端设备，其中之一就是加强了音频功能。该潮流影响了许多消费类产品，如平板显示器、PDA 以及移动电话等。随着对性能的要求不断提高，人们也要求音频放大器具有更多特性，包括以更高功率水平将更佳音频质量推进到更低阻抗负载中的基本需求。一般来说，AB 类放大器已能够较好地应付这些终端设备的早期性能与成本要求，但线性放大器的特点已不再适应消费者的需求。因此，D 类放大器（又称线性放大器）在可提供更高音频功能的消费类产品的使用方面正向 AB类放大器提出挑战

2、。今天，诸如 LCD 电视、等离子电视及台式替代型 PC 等许多终端设备均要求以相似的成本提供更高的输出功率，同时还要保持甚至降低尺寸。这种潮流加大了对更多 D 类设备的需求，也开放了许多原先由传统线性放大器提供服务的市场空间。第一部分  555 电路555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小IC。1972年，美国西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。

3、但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为NF556。1978年美国英特锡尔公司(Intelsil)研制成功CMOS型时基电路ICM555 1CM556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558 由于采用CMOS型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号

4、的555556时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。NE555的特点有： 1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 “555”时基集成电路，它是一种模拟、数字混合集成电路，其引脚功能如图2所示。“555”时基集成电路具有定时精确、驱动能力强、电源电压范围宽、外围电路简单及用途广泛等特

5、点Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。    Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触

6、发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。用555制作的D类放大器 我们知道D类放大器具有体积小、效率高的特点。这里介绍一个用555电

7、路制作的简易D类放大器。它是利用555电路构成一个可控的多谐振荡器，音频信号输入到控制端得到调宽脉冲信号（如图），基本能满足一般的听音要求。由IC 555和R1、R2、C1等组成100KHz可控多谐振荡器，占空比为50%，控制端5脚输入音频信号，3脚便得到脉宽与输入信号幅值成正比的脉冲信号，经L、C3接调、滤波后推动扬声器。555 集成电路开始出现时是作定时器应用的，所以叫做 555 定时器或 555 时基电路。但是后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可以用于调光、调温、调压、调速等多种控制以及计量检测等作用；还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，作为交流信号源以及完成电源变换、频

8、率变换、脉冲调制等用途。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，因此目前被广泛用于各种小家电中。 555 集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。它的性能和参数要在非线性模拟集成电路手册中才能查到。 555 集成电路是 8 脚封装，图 1 （ a ）是双列直插型封装，按输入输出的排列可画成图 1 （ b ）。其中 6 脚称阀值端（ TH ），是上比较器的输入。 2 脚称触发端（），是下比较器的输入。3 脚是输出端（ V O ），它有 0 和 1 两种状态，它的状态是由输入端所加的电平决定的。 7 脚的放电端（ D

9、IS ），它是内部放电管的输出，它也有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定的。 4 脚是复位端（ ），加上低电砰（ 0.3 伏）时可使输出成低电平。 5 脚称控制电压端（ V C ），可以用它改变上下触发电平值。 8 脚是电源， 1 脚为地端。      对于初学者来说，可以把 555 电路等效成一个带放电开关的 R S 触发器，如图 2 （ a ）。这个特殊的触发器有两个输入端；阈值端（ TH ）可看成是置零端 R ，要求高电平；触发端（ ）可看成是置位端 ，低电平有效。它只有 1 个输出端 V O ， V O 可等效成触发器

10、的 Q 端。放电端（ DIS ）可看成由内部的放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的 Q 端控制： =1 时 DIS 端接地； =0 时 DIS 端悬空。此外这个触发器还有复位端 ，控制电压端 V C ，电源端 V DD 和地端 GND 。第二部分 D类放大器的特征高效率以前的模拟放大器的效率停留在50左右，剩下的50主要作为热量被消耗。D类放大器的效率相当高，达到8090。不仅不浪费电源，有效地利用电源，还能得到较大的功率输出。以下是D类放大器和以前的模拟放大器的效率比较图表。可以看出D类放大器明显地高效率。低发热效率高，低发热。以前的高发热模拟放大器，封装大，需要大的散热板，因此需要较

11、大的空间。而D类放大器发热少，能作小型封装。同时，不用散热板，从而能节约空间。以下是D类放大器和以前的模拟放大器的能量损失(发热)比较图表。可以看出D类放大器明显地能量损失(发热)小。低消耗电力D类放大器，效率高发热少，能减少不必要的功率消耗。在使用电池和干电池供电的应用中，可保持长时间持续供电。以下是D类放大器和以前的模拟放大器的消耗电流比较图表。可以看出D类放大器明显地消耗电流少。D类放大器的放大D类放大器通过PWM将输入信号变换为数字脉冲，进行放大。输出数字脉冲信号，用LPF提取音频信号。音频放大器的用途是在发声输出元件上复现输入音频信号，提供所需要的音量和功率水平保证复现的忠实性、高效

12、率以及低失真度。在这一任务面前，D类放大器表现出多方面的优势。 音频是指约20Hz到20kHz的频率范围，因此一个音频放大器在这个频段上必须具备出色的频率响应特性（在驱动频带有限的低音和高音扬声器时，频响特性较好的频率范围可更窄些）。功率能力方面的需求则变化很大，具体指标取决于应用要求，从头戴式耳机的mW级到TV或PC影响上的数W，再到“微型”家庭立体声音响、汽车音响，而最高者是功率更强的家用和用于剧场和礼堂的商用音响系统，其功率达到数百W甚至更高。 音频放大器最直截了当的、模拟式的实现方式是让晶体管工作在线性模式下，让输出电压以一定比例随输入信号电压变化。前向的电压增益往往很高（至少40dB

13、）。如果前向增益是反馈回路的一部分，则总的回路增益也将很高。电路中常常要采用反馈，因为很高的环路增益可以提供更高的性能抑制前向通路的非线性所造成的失真，并通过提高电源抑制能力（PSR）来减小电源噪声。 在常规的晶体管放大器中，输出级上的晶体管需要提供时刻连续的输出电流。音响系统可以采用的多种实现形式包括A类、AB类和B类。与D类放大器相比，这些电路中，即使是效率最高的线性输出级，其功率的耗散很大。这一差异反衬出，D类放大器在许多应用方面具有显著的优势，因为较小的功率耗散意味着更低的发热量、电路板空间及成本的节省和便携式系统的电池工作时间的延长。 所有线性输出级都会出现功率的耗散，因为Vout的

14、产生不可避免地造成至少一个输出晶体管上出现非零的IDS和VDS。功率耗散的量的大小在很大程度上取决于输出晶体管的偏置方法。 A类架构将架构中的一个晶体管用作一个能提供扬声器所需的最大音频电流的DC电流源。A类输出级可以提供良好的音响品质，但由于输出级晶体管上往往流过很大的DC偏置电流（这是我们所不希望出现的），而这一电流无法提供给扬声器（这反而是我们所希望的），因此会产生过大的功率耗散。 B类扬声器取消了DC偏置电流，所耗散的功率大大下降。其输出晶体管按照推拉方式进行分别控制，这样，其中的一个器件向扬声器提供正向电流而另一个则吸纳负向电流。这减少了输出级的功率耗散，晶体管中只流过信号电流。然而

15、，B类电路的音响质量较差，因为当输出电流过0点、晶体管在导通和关断状态间切换时，其工作在非线性状态（交越失真）。 AB类输出电路是A类和B类电路之间的一种折中，它具有一定的DC偏置电流，但该电流远小于纯A类设计所用的电流。小的DC偏置电流足以防止交越失真，从而保证良好的音响质量。功率耗散虽然在A类和B类之间，但一般更接近B类。AB类电路必须采取某种类似于B类电路的控制机制，以便能够提供或者吸纳很大的输出电流， 一种不同的拓扑结构D类放大器的出现，是值得庆幸的事，它所消耗的功率远低于其他任何一种电路。其输出级在正、负电源之间来回切换，以便产生一个电压脉冲链。这一波形对于降低功率耗散来说是有利的，

16、因为输出晶体管在不发生开关动作时电流为零，而在导通电流时其两端电压很低，因此IDS×VDS值更小。 因为大多数音频信号并非脉冲链，因此，必须通过一个调制器来将音频输入变换为脉冲。这些脉冲的频率分量既包括所需要的音频信号，也包括调制过程引入的显著的高频能量。 输出级和扬声器之间常常要放入一个低通滤波器，以便最大限度地降低电磁干扰（EMI），并避免驱动扬声器的高频能量过高。滤波器应该是无损耗的（或者接近无损耗的）以便保证开关输出级的低功率耗散的优势。该滤波器通常由电容和电感构成，唯一的一个有意引入的功率耗散元件就是扬声器本身。喀嗒声和砰爆声 要保证D类放大器的总体上的优良的音响品质，就必

17、须解决若干问题。 放大器导通和关断会伴随有令人厌烦的喀嗒声和砰爆声。不幸的是，D类放大器中很容易引入这些噪声，除非能够在放大器的静音和非静音的状态切换过程中对调制器的状态、输出级的定时关系和LC滤波器状态进行精心的调控。 为了避免放大器背景噪声能造成人耳可以听到的咝咝声，在便携式应用中的低功率放大器的信噪比（SNR）往往要大于90dB，而用于中等功率和大功率的设计的放大器的SNR应分别为100dB和110dB以上。多种类型的放大器实现方案都可以做到这一点，但在放大器设计中应该追踪各个噪声源，以确保总的SNR达到令人满意的程度。 产生失真的机制包括调制技术或者调制器实现方案中的非线性以及为了防止

18、直通（shoot-through）电流问题而在输出级引入的“死区”（dead time）。 关于音频信号强度的信息通常是通过D类调制器输出脉冲的宽度来编码的。为了防止输出级的直通电流而引入死区，就会带来非线性的定时误差，这又会在扬声器上产生与相对于理想脉冲宽度的定时误差成正比的失真量。为了最大限度减小失真，避免直通而引入的死区时间应该尽可能缩短。 其它的失真源包括输出脉冲的上升和下降时间的不匹配、输出晶体管栅极驱动电路的定时特性的不匹配以及LC低通滤波器的元件的非线性。 在电源波动抑制能力方面，电源噪声几乎可以在受到很小的抑制的情况下，直接耦合到扬声器上。之所以如此，是因为输出级的晶体管将电源通过一个很小的电阻直接连接到低通滤波器上。滤波器可以抑制高频噪声，但可以通过所有音频分量，包括噪声。高级D类放大器的选择范围正