(论文 页数:52 字数:21916)摘 要:随着生活水平的提高，人们对声音欣赏的要求越来越高，音频功放作为承担声音重放任务的设备，正日益受到人们的重视。在半导体，集成电路的快速发展的前提下，以模拟电子技术为基础的音频功放技术也在飞速发展，传统音频放大电路的设计需要大量的理论分析，设计并搭建电路进行测试，进行比较完整的音频测试分析需要购置各种价格昂贵的专用仪器，如信号发生器、频谱分析仪、失真度测试仪等，仪器的功能比较单一，而且传统模拟分析测试仪器不能存储数据，也不能对测量数据立即进行加工分析。功放性能的提升伴随着电路复杂度的升高，这就必然需要利用新的设计手段进行音频功率放大器的实际与分析。EDA技术的发展，开创了“软件即仪器”，“软件即元器件”的新概念。在这样的虚拟现实环境中可以方便地对功放电路的各种性能参数进行分析。
本文首先阐述了音响功率放大器的发展和主要性能指标、音频放大器电路的设计现状和反映功放电路性能的各种性能参数，结合Protel DXP软件先进的电路仿真设计功能介绍计算机在分析功放电路中的应用。随后分别对A类，B类，D类功率放大器进行原理分析与参数计算，并比较了这几类电路的优缺点。最后利用Protel DXP对B类放大电路进行详细的分析，包括交流、瞬态、噪声、失真、参数扫描、直流、交流与蒙特卡罗等分析。在虚拟的环境下获得反映功放一系列性能的参数。
利用Protel DXP的仿真环境对功放电路进行测试分析，在计算机虚拟环境下对电路改进与测试，不断地提高整个电路的性能，以求最后满足电路设计的要求, 这样可以使设计周期大大缩短,免除各种硬件测试所消耗的时间与成本，低成本，高效率地完成传统设计方法需要长时间才能完成的反复设计过程，并且在整个设计周期都可以查看和分析电路的性能指标，及时发现设计中所存在的问题并加以改正，这样设计者能够准确地分析电路的工作状况，从而提高电路的设计工作效率、缩短开发周期、降低生成成本。
关键词：功放电路,Protel仿真,音频参数分析
目 录
1 高保真功率放大器概述 1
1.1 高保真功率放大器的历史 1
1.2 功率放大器的结构 1
1.3 音频放大器设计现状 2
1.4 高保真功率放大器的评价标准 2
1.4.1 基本参数测量 3
1.4.2 输出功率 3
1.4.3 效率 4
1.4.4 频率响应 4
1.4.5 转换速率 5
1.4.6 总谐波失真和信噪比 7
1.4.7 动态范围 7
2 基于Protel DXP的音频功放分析 8
2.1 计算机电路仿真概述 8
2.1.1 Protel DXP电路仿真概述 8
2.1.2 Protel DXP电路仿真设计的一般步骤 8
2.2 Protel DXP在音频功放电路分析中的应用。 9
2.2.1 静态工作点分析 9
2.2.2 瞬态分析与傅里叶分析 9
2.2.3 交流小信号分析 10
2.2.4 参数扫描分析 10
2.2.5 噪声分析 10
2.2.6 直流扫描分析 10
2.2.7 蒙特卡罗分析 11
3 A类（甲类）放大器 11
3.1 静态工作分析 12
3.2 动态工作情况分析 13
3.3 输出功率 14
3.4 分析结论 14
4 B类（乙类）推勉放大器 15
4.1 电路理论分析 15
4.3 B类（乙类）推勉放大器设计与分析 18
4.3.1 B类推勉放大器电路工作原理 19
4.3.2 参数扫描分析确定电路参数 21
4.3.3 静态工作点的设置 22
4.3.4 电路参数设计 23
4.3.5 最大输出功率 25
5.3.6 频率响应 25
4.3.7响应速度分析 28
4.3.8 噪声分析 31
4.3.9 温度扫描分析 32
4.3.10 谐波失真 32
5 D类功率放大器 34
5.1 类功率放大器原理 34
5.2 正弦脉冲宽度调制的基本原理 36
5.3 D类放大器设计举例 38
5.3.1 三角波产生电路 39
5.3.2 比较器 40
5.3.3 驱动电路 40
5.3.4 H桥互补对称输出、低通滤波电路 41
5.3.5 信号变换电路 42
5.4 D类音频放大器总结 42
6 总结 43
致 谢 44
参考文献 45
英文摘要 46
附 录 47
1 高保真功率放大器概述
1.1 高保真功率放大器的历史
自从爱迪生在1877年发明留声机至今已有120多年了，由当年机械式录音/回放系统发展到现在的高科技数码系统，其中的进步可谓翻天覆地。不过在这120多年中的音响技术发展却是很不平均的，在发明留声机后的大约60至80年中，音响技术的发展是相当缓慢的不过也取得了一定的成果，例如录放音以电动方式取代了机械方式，开始采用多极真空管等等。音响技术得以快速发展是在1927年，美国贝尔实验室公布了划时代的负反馈（负反馈，NFB）技术，声频放大器从此开始步入了一个新纪元。所谓高保真（High Fidelity）放大器，其鼻祖应该是追溯至1947年发表的威廉逊放大器，当时Willianson在一篇设计Hi-Fi放大器的文章中介绍了一种成功运用负反馈技术，使失真降至0.5%的胆机线路，迅即风靡全世界，成为了一个重要的里程碑。在威廉逊放大器面世后4年，即1951年，美国Audio杂志又发表了一篇“超线性放大器”的文章。第二年6月，又发表了一篇将威廉逊放大器超线性放大器相结合的线路设计。由于超线性设计将非线性失真大幅度降低，再次形成了一个热潮。超线性设计的影响时至今日21世纪仍然存在，可以说威廉逊放大器和超线性放大器标志着负反馈技术在音响技术中的成熟。从那时候开始，放大器的设计和种类可谓百花争艳。技术的进步是前70年所望尘莫及的。伴随着科学技术的迅速发展，人们生活水平的不断提高，对音频功率放大器的要求越来越高。音频是多媒体中的一种重要媒体。设计性能更高的音频功率放大器是许多人为之努力的永恒的课题。
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