2.1 原理分析

　　D 類功率放大器的工作過程是： 當(dāng)輸入模擬音頻信號(hào)時(shí)，模擬音頻信號(hào)經(jīng)過PWM 調(diào)制器變成與其幅度相對應(yīng)脈寬的高頻率PWM 脈沖信號(hào)，控制開關(guān)單元的開/關(guān)，經(jīng)脈沖推動(dòng)器驅(qū)動(dòng)脈沖功率放大器工作，然后經(jīng)過功率低通濾波器帶動(dòng)揚(yáng)聲器工作。

　　2.2 比較器

　　比較器電路采用低功耗、單電源工作的雙路比較器芯片LM311 構(gòu)成。此處為提高系統(tǒng)效率，減少后級(jí)H 橋中CMOS 管不必要的開合， 用兩路偏置不同的三角波分別與音頻信號(hào)的上半部和下半部進(jìn)行比較，當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端的電位時(shí)，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。這樣產(chǎn)生兩路相互對應(yīng)的PWM波信號(hào)給后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行處理，雙路比較電路如圖3所示。

　　圖3 比較器電路

　　此處值得注意的是將上半部比較處理為音頻信號(hào)接比較器的負(fù)向端、三角波信號(hào)接正向端；下半部比較則相反，這樣形成相互對應(yīng)，在音頻信號(hào)的半部形成相應(yīng)PWM 波時(shí)，另半部為低電平，可保征后級(jí)H 橋中的CMOS 管沒有不必要的開合，以減少系統(tǒng)功率損耗。電路以音頻信號(hào)為調(diào)制波，頻率為70kHz 的三角波為載波，兩路信號(hào)均加上2．5V 的直流偏置電壓，通過比較器進(jìn)行比較，得到幅值相同，占空比隨音頻幅度變化的脈沖信號(hào)。

　　LM311 芯片的供電電壓為5V 單電源，為給V＋＝V－提供2．5V的靜態(tài)電位，取R10＝R11，R8＝R9，4 個(gè)電阻均取10kΩ。由于三角波Vp－p＝2V，所以要求音頻信號(hào)的Vp－p 不能大于2V，否則會(huì)使功放產(chǎn)生失真。由于比較器芯片LM311 的輸出級(jí)是集電極開路結(jié)構(gòu)，輸出端須加上拉電阻，上拉電阻的阻值采用1kΩ 的電阻。

　　2.3 驅(qū)動(dòng)電路以及互補(bǔ)對稱輸出和低通濾波電路

　　如圖4所示。將PWM 信號(hào)整形變換成互補(bǔ)對稱的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 用CD40106 施密特觸發(fā)器并聯(lián)運(yùn)用以獲得較大的電流輸出，送給由晶體三極管組成的互補(bǔ)對稱式射極跟隨器驅(qū)動(dòng)的輸出管，保證了快速驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路晶體三極管選用9012 和9014 對管。

　　H 橋互補(bǔ)對稱輸出電路對VMOSFET 的要求是導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度快，開啟電壓小。因輸出功率稍大于1W，屬小功率輸出，可選用功率相對較小、輸入電容較小、容易快速驅(qū)動(dòng)的對管，IRF9630 和IRFZ48N VMOS 對管的參數(shù)能夠滿足上述要求，故采用之。實(shí)際電路如圖4 所示。本設(shè)計(jì)采用4 階Butterworth低通濾波器。

　　圖4 H 橋互補(bǔ)對稱輸出及低通濾波電路

　　對濾波器的要求是上限頻率≥20kHz， 在通頻帶內(nèi)特性基本平坦�；パa(bǔ)PWM 開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)交替開啟Q6 和Q8 或Q12和Q10，分別經(jīng)兩個(gè)4 階巴特沃茲濾波器濾波后推動(dòng)喇叭工作。