第一篇：2009年全國大學生電子設(shè)計競賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國大學生電子設(shè)計競賽G題低頻功率放大器題解分享 2009年全國大學生電子設(shè)計競賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國大學生電子設(shè)計競賽G題是一個設(shè)計功率放大器的題，主要考核學生模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)技能，要求是一定要用場效應(yīng)晶體管做末級放大，且電路增益要求很大，如5mV的輸入要達到5W（8歐負載）的輸出，算下來要1265倍，這么大倍數(shù)的放大器還要求噪聲非常小，小到5mV，失真度1%，這題相對來說是比較難的。

此外，還要檢測放大器的輸出功率、電源供給功率以及效率，這部分稍微容易些，但是也

不是那么輕易就能解決的。

先說說實現(xiàn)方案吧。

功率放大器實現(xiàn)方法有幾類，低頻的有甲、乙、甲乙、丁等幾種。

甲類效率很低，約20%左右，但是其失真度可以做的非常小，如0.1%，效率沒做評分要點，只是適當考慮，所以可以采用；

乙類的只能有半周輸出，失真度太大所以不能采用。

甲乙類是解決甲類的效率和乙類的失真度的綜合途徑，推薦采用；

丙類肯定不用了，那是高頻功率放大器專用的類型，這里是低頻的（10Hz~50KHz），所以

不能采用；

丁類的（就是所謂的D類）采用H橋的開關(guān)方式工作，輸入的信號要進行PWM（PWM是脈沖寬度調(diào)制），H橋輸出后是一個開關(guān)量，要經(jīng)過LC濾波轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，再傳送給揚聲器。這種方法效率極高，但是電路復雜，調(diào)試困難，且效率不做評分的主要依據(jù)，建議舍棄這

種方案。

經(jīng)過綜合權(quán)衡考慮，宜采用甲乙類比較合適。

再說下電路組成結(jié)構(gòu)

該課題有三個主要部分構(gòu)成，1：功率傳輸部分；2：電壓放大部分（1265倍以上）；3：

信號測量部分

功率傳輸部分沒得選，課題已經(jīng)規(guī)定了，一定得用場效應(yīng)管，最好是P溝道和N溝道互補，這么大功率的場效應(yīng)管要用V-MOS的，需要查場效應(yīng)管資料來選型，尤其注意其源極電阻要小，這樣才能發(fā)揮出優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率，此外就是電壓和電流的選型。電壓為雙12V，幾乎所有的V-MOS管都能滿足，電流要大于2A，內(nèi)阻選8毫歐的便可。

電壓放大器選擇很重要，頻帶要求是50KHz，放大倍數(shù)是1265倍，則增益帶寬積要大于

1265*50=63.25M，選100M以上的。

測量部分由MCU、AD轉(zhuǎn)換器、顯示單元組成，注意，要兩路AD轉(zhuǎn)換，一路負責對揚聲器上的電壓測量，另一路負責對電源電流的測量，顯示器選擇很多，LCD點陣、LCD字符、LED數(shù)碼管等均可以。

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繼續(xù)

根據(jù)OCL電路的電壓和功率和負載三者之間的數(shù)據(jù)關(guān)系（P=V2/8RL電壓的平方除以8倍的負載電阻）計算得到

V=17.88V，這是理想狀況，由于管子的UG與US之間有一定的壓降（2-4V，兩只為4-8V，比普通三極管的UBE要大得多），實際上電壓需要更大一些，我們先選24V，即+12V和-12V。

電路如圖，逐個元件分析。

N溝和P溝的V-MOS場效應(yīng)管選擇跨導、UGS、RD相同的對管，10K電位器用于調(diào)節(jié)跟蹤兩個UGS并略大些，以便消除交越失真，兩個4148接在電位器上，4148一定要接近場效應(yīng)管的散熱片，以感受熱量，實現(xiàn)溫度負反饋，以便調(diào)節(jié)管子溫度過高而導致的電流加大，這是利用反向飽和電流隨溫度變高而變大，UGG減小，導通能力變小，電流減小，溫度降

低從而保護場效應(yīng)管。

這里要隆重展現(xiàn)兩個1000uF電容的功勞，這里起到自舉的作用，隨著正弦輸入信號的上升，上面的電容上方電壓有超過電源正電位的可能，隨著正弦輸入信號的下降，下面的電容下端的電壓低于電源負電位的可能，這樣，隨著信號的增大，場效應(yīng)管的輸出有完全跟蹤輸入信號的幅度的可能，使得輸出功率達到極致，電源利用效率大大提高。

電壓放大部分比較簡單，選擇的原則是要滿足增益帶寬積為100MHz的要求，其次是開環(huán)增益要大，如10的9次方，如果兼顧考慮選擇斬波穩(wěn)零放大器，且溫度漂移小的，則功率傳輸部分的輸入電容可以改為直達的直接耦合方式，以進一步展寬頻帶。但這樣的運放放大器很貴。

該運放還可以分兩級來完成，前一級和后一級的AV的乘積為1265倍也可，這樣一方面對放大器的增益帶寬積的要求可以降低，另一方面對運算放大器的開環(huán)增益要求也可降低。但是這樣做對輸出噪聲的要求不利，且級數(shù)多了容易發(fā)生自激現(xiàn)象。

綜合考慮，采用一級100MHz增益帶寬積、高增益的運放，交流耦合，這樣對輸出噪聲參數(shù)的要求（0輸入時5mV）有利，對失調(diào)電壓、零點漂移的要求可以降低，只要輸出電容的容量足夠大，滿足頻帶要求是不成問題的。

第二篇：2009年全國大學生電子設(shè)計競賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國大學生電子設(shè)計競賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國大學生電子設(shè)計競賽G題是一個設(shè)計功率放大器的題，主要考核學生模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)技能，要求是一定要用場效應(yīng)晶體管做末級放大，且電路增益要求很大，如5mV的輸入要達到5W（8歐負載）的輸出，算下來要1265倍，這么大倍數(shù)的放大器還要求噪聲非常小，小到5mV，失真度1%，這題相對來說是比較難的。

此外，還要檢測放大器的輸出功率、電源供給功率以及效率，這部分稍微容易些，但是也不是那么輕易就能解決的。

1、先說說實現(xiàn)方案吧。

功率放大器實現(xiàn)方法有幾類，低頻的有甲、乙、甲乙、丁等幾種。

甲類效率很低，約20%左右，但是其失真度可以做的非常小，如0.1%，效率沒做評分要點，只是適當考慮，所以可以采用；

乙類的只能有半周輸出，失真度太大所以不能采用。

甲乙類是解決甲類的效率和乙類的失真度的綜合途徑，推薦采用；

丙類肯定不用了，那是高頻功率放大器專用的類型，這里是低頻的（10Hz~50KHz），所以不能采用；

丁類的（就是所謂的D類）采用H橋的開關(guān)方式工作，輸入的信號要進行PWM（PWM是脈沖寬度調(diào)制），H橋輸出后是一個開關(guān)量，要經(jīng)過LC濾波轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，再傳送給揚聲器。這種方法效率極高，但是電路復雜，調(diào)試困難，且效率不做評分的主要依據(jù)，建議舍棄這種方案。

經(jīng)過綜合權(quán)衡考慮，宜采用甲乙類比較合適。

2、再說下電路組成結(jié)構(gòu)

該課題有三個主要部分構(gòu)成：

1、功率傳輸部分；

2、電壓放大部分（1265倍以上）；

3、信號測量部分

功率傳輸部分：沒得選，課題已經(jīng)規(guī)定了，一定得用場效應(yīng)管，最好是P溝道和N溝道互補，這么大功率的場效應(yīng)管要用V-MOS的，需要查場效應(yīng)管資料來選型，尤其注意其源極電阻要小，這樣才能發(fā)揮出優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率，此外就是電壓和電流的選型。電壓為雙12V，幾乎所有的V-MOS管都能滿足，電流要大于2A，內(nèi)阻選8毫歐的便可。

電壓放大器：選擇很重要，頻帶要求是50KHz，放大倍數(shù)是1265倍，則增益帶寬積要大于1265*50=63.25M，選100M以上的。

測量部分：由MCU、AD轉(zhuǎn)換器、顯示單元組成，注意，要兩路AD轉(zhuǎn)換，一路負責對揚聲器上的電壓測量，另一路負責對電源電流的測量，顯示器選擇很多，LCD點陣、LCD字符、LED數(shù)碼管等均可以。

繼續(xù)

功率傳輸部分：

根據(jù)OCL電路的電壓和功率和負載三者之間的數(shù)據(jù)關(guān)系（P=V2/8RL電壓的平方除以8倍的負載電阻）計算得到

V=17.88V，這是理想狀況，由于管子的UG與US之間有一定的壓降（2-4V，兩只為4-8V，比普通三極管的UBE要大得多），實際上電壓需要更大一些，我們先選24V，即+12V和-12V。電路如圖，逐個元件分析。

N溝和P溝的V-MOS場效應(yīng)管選擇跨導、UGS、RD相同的對管，10K電位器用于調(diào)節(jié)跟蹤兩個UGS并略大些，以便消除交越失真，兩個4148接在電位器上，4148一定要接近場效應(yīng)管的散熱片，以感受熱量，實現(xiàn)溫度負反饋，以便調(diào)節(jié)管子溫度過高而導致的電流加大，這是利用反向飽和電流隨溫度變高而變大，UGG減小，導通能力變小，電流減小，溫度降低從而保護場效應(yīng)管。

這里要隆重展現(xiàn)兩個1000uF電容的功勞，這里起到自舉的作用，隨著正弦輸入信號的上升，上面的電容上方電壓有超過電源正電位的可能，隨著正弦輸入信號的下降，下面的電容下端的電壓低于電源負電位的可能，這樣，隨著信號的增大，場效應(yīng)管的輸出有完全跟蹤輸入信號的幅度的可能，使得輸出功率達到極致，電源利用效率大大提高。

電壓放大器

電壓放大部分比較簡單，選擇的原則是要滿足增益帶寬積為100MHz的要求，其次是開環(huán)增益要大，如10的9次方，如果兼顧考慮選擇斬波穩(wěn)零放大器，且溫度漂移小的，則功率傳輸部分的輸入電容可以改為直達的直接耦合方式，以進一步展寬頻帶。但這樣的運放放大器很貴。

該運放還可以分兩級來完成，前一級和后一級的AV的乘積為1265倍也可，這樣一方面對放大器的增益帶寬積的要求可以降低，另一方面對運算放大器的開環(huán)增益要求也可降低。但是這樣做對輸出噪聲的要求不利，且級數(shù)多了容易發(fā)生自激現(xiàn)象。

綜合考慮，采用一級100MHz增益帶寬積、高增益的運放，交流耦合，這樣對輸出噪聲參數(shù)的要求（0輸入時5mV）有利，對失調(diào)電壓、零點漂移的要求可以降低，只要輸出電容的容量足夠大，滿足頻帶要求是不成問題的。

精密整流濾波電路.JPG(18.02 KB)

此題不易，某省測試沒有一個理想的，省會元件中心賣的2元MOS管子質(zhì)量不好。。雙電源12伏很難出來..雙電源12V不采取雙自舉當然無法獲得5W，引入雙自舉后我的在交專家處測試為6.3W

如果我手頭有增益帶寬積為80-100M的，開環(huán)增益為10的8次方的運算放大器的話，我的就完美了，國家一等獎沒問題

但是我只有10M的NE5534，通頻帶不夠大，只有6KHz，所以只封樣，沒沖進國家獎，遺憾。

省測試結(jié)果：

失真度 0.2%（特強）功率 6.3W（特強）噪聲 3mV 通頻帶 8Hz~6KHz（太差）效率 61% 50Hz陷波 = 接近60db（特強）

測量電路的測量結(jié)果：專家無異議，滿足5%要求

電源電流檢測電路

G題共享完畢

第三篇：2009年全國大學生電子設(shè)計競賽 G題低頻功率放大器 設(shè)計與題解

2009年全國大學生電子設(shè)計競賽G題低頻功率放大器題解分享

2009年全國大學生電子設(shè)計競賽G題是一個設(shè)計功率放大器的題，主要考核學生模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)技能，要求是一定要用場效應(yīng)晶體管做末級放大，且電路增益要求很大，如5mV的輸入要達到5W（8歐負載）的輸出，算下來要1265倍，這么大倍數(shù)的放大器還要求噪聲非常小，小到5mV，失真度1%，這題相對來說是比較難的。

此外，還要檢測放大器的輸出功率、電源供給功率以及效率，這部分稍微容易些，但是也不是那么輕易就能解決的。

先說說實現(xiàn)方案吧。

功率放大器實現(xiàn)方法有幾類，低頻的有甲、乙、甲乙、丁等幾種。

甲類效率很低，約20%左右，但是其失真度可以做的非常小，如0.1%，效率沒做評分要點，只是適當考慮，所以可以采用；

乙類的只能有半周輸出，失真度太大所以不能采用。

甲乙類是解決甲類的效率和乙類的失真度的綜合途徑，推薦采用；

丙類肯定不用了，那是高頻功率放大器專用的類型，這里是低頻的（10Hz~50KHz），所以不能采用；

丁類的（就是所謂的D類）采用H橋的開關(guān)方式工作，輸入的信號要進行PWM（PWM是脈沖寬度調(diào)制），H橋輸出后是一個開關(guān)量，要經(jīng)過LC濾波轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，再傳送給揚聲器。這種方法效率極高，但是電路復雜，調(diào)試困難，且效率不做評分的主要依據(jù)，建議舍棄這種方案。

經(jīng)過綜合權(quán)衡考慮，宜采用甲乙類比較合適。

再說下電路組成結(jié)構(gòu)

該課題有三個主要部分構(gòu)成，1：功率傳輸部分；2：電壓放大部分（1265倍以上）；3：信號測量部分

功率傳輸部分沒得選，課題已經(jīng)規(guī)定了，一定得用場效應(yīng)管，最好是P溝道和N溝道互補，這么大功率的場效應(yīng)管要用V-MOS的，需要查場效應(yīng)管資料來選型，尤其注意其源極電阻要小，這樣才能發(fā)揮出優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率，此外就是電壓和電流的選型。電壓為雙12V，幾乎所有的V-MOS管都能滿足，電流要大于2A，內(nèi)阻選8毫歐的便可。

電壓放大器選擇很重要，頻帶要求是50KHz，放大倍數(shù)是1265倍，則增益帶寬積要大于1265*50=63.25M，選100M以上的。

測量部分由MCU、AD轉(zhuǎn)換器、顯示單元組成，注意，要兩路AD轉(zhuǎn)換，一路負責對揚聲 器上的電壓測量，另一路負責對電源電流的測量，顯示器選擇很多，LCD點陣、LCD字符、LED數(shù)碼管等均可以。

根據(jù)OCL電路的電壓和功率和負載三者之間的數(shù)據(jù)關(guān)系（P=V2/8RL電壓的平方除以8倍的負載電阻）計算得到

V=17.88V，這是理想狀況，由于管子的UG與US之間有一定的壓降（2-4V，兩只為4-8V，比普通三極管的UBE要大得多），實際上電壓需要更大一些，我們先選24V，即+12V和-12V。電路如圖，逐個元件分析。

N溝和P溝的V-MOS場效應(yīng)管選擇跨導、UGS、RD相同的對管，10K電位器用于調(diào)節(jié)跟蹤兩個UGS并略大些，以便消除交越失真，兩個4148接在電位器上，4148一定要接近場效應(yīng)管的散熱片，以感受熱量，實現(xiàn)溫度負反饋，以便調(diào)節(jié)管子溫度過高而導致的電流加大，這是利用反向飽和電流隨溫度變高而變大，UGG減小，導通能力變小，電流減小，溫度降低從而保護場效應(yīng)管。

這里要隆重展現(xiàn)兩個1000uF電容的功勞，這里起到自舉的作用，隨著正弦輸入信號的上升，上面的電容上方電壓有超過電源正電位的可能，隨著正弦輸入信號的下降，下面的電容下端的電壓低于電源負電位的可能，這樣，隨著信號的增大，場效應(yīng)管的輸出有完全跟蹤輸入信號的幅度的可能，使得輸出功率達到極致，電源利用效率大大提高。

電壓放大部分比較簡單，選擇的原則是要滿足增益帶寬積為100MHz的要求，其次是開環(huán)增益要大，如10的9次方，如果兼顧考慮選擇斬波穩(wěn)零放大器，且溫度漂移小的，則功率傳輸部分的輸入電容可以改為直達的直接耦合方式，以進一步展寬頻帶。但這樣的運放放大器很貴。

該運放還可以分兩級來完成，前一級和后一級的AV的乘積為1265倍也可，這樣一方面對 放大器的增益帶寬積的要求可以降低，另一方面對運算放大器的開環(huán)增益要求也可降低。但是這樣做對輸出噪聲的要求不利，且級數(shù)多了容易發(fā)生自激現(xiàn)象。

綜合考慮，采用一級100MHz增益帶寬積、高增益的運放，交流耦合，這樣對輸出噪聲參數(shù)的要求（0輸入時5mV）有利，對失調(diào)電壓、零點漂移的要求可以降低，只要輸出電容的容量足夠大，滿足頻帶要求是不成問題的。

第四篇：2009全國大學生電子設(shè)計競賽 ——《數(shù)字幅頻均衡功率放大器》

2009全國大學生電子設(shè)計競賽 題目F：

《數(shù)字幅頻均衡功率放大器》

參賽學生：徐宋靜 劉玉河 梁杰

指導教師： 趙正敏 楊定禮

學 校：淮陰工學院

院 系： 電子與電氣工程學院

2009年9月5日

摘要：

本系統(tǒng)采用DSP作為主控制器，通過前置放大、濾波，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換，對信號進行采樣，把連續(xù)信號離散化，然后通過離散傅氏變換（DFT）運算，在時域和頻域?qū)σ纛l信號各個頻率分量以及功率等指標進行分析和處理，最后通過低頻功放將信號放大，并通過計算機輔助設(shè)計軟件MATLAB將處理后的參數(shù)送入DSP,同時將信息在液晶屏上顯示出來。

關(guān)鍵詞：DSP、數(shù)字均衡、低頻功放、MATLAB 引言

隨著數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展，DSP技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。借助于現(xiàn)代數(shù)字電子及數(shù)字信號處理技術(shù)，古老的音響技術(shù)也煥發(fā)出新的活力。本次大賽中我們選擇了F題，圍繞這一課題我們進行方案選擇與論證、系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計與調(diào)試，基本實現(xiàn)了課目的各項指標也要求。并在此基礎(chǔ)上，撰寫了本報告的。

整個系統(tǒng)分為前置放大、信號濾波、數(shù)字均衡及功率放大幾個部分，以下分別介紹。前置放大器的設(shè)計

2.1 前置放大的硬件設(shè)計和帶阻網(wǎng)絡(luò)

2.1.1 前置放大的硬件設(shè)計

可控增益寬帶放大器由芯片AD603構(gòu)成。AD603為單通道、低噪聲、增益變化范圍線性連續(xù)可調(diào)的可控增益放大器，AD603的帶寬為90MHz時，其增益高達30dB.本課題中，我們選擇兩片AD603，構(gòu)成如圖.1所示的自動增益控制放大器。C1310VAD603輸入電阻100歐C1710VR10R15R13110VC9J4U5U6128C113578R0103Q157R910VR74C141210VR114R011C18AGC時間常數(shù)電容CavQ21266J29C20R8C013+C12C15C16+12R12R16R14J35J512R17R18R1910V可編程放大器電路P14312

圖.1可編程放大電路

2.1.2 帶阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

本題中要求，所制作的帶阻網(wǎng)絡(luò)對前置放大電路所輸出的信號v1進行濾波，根據(jù)題目要求，本次制作的帶阻網(wǎng)絡(luò)電路圖如圖.2所示。

圖.2帶阻網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)題目中所給的阻帶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們采用Multisim進行了輔助分析與設(shè)計，其幅頻特性的分析結(jié)果如圖.4所示。

圖.3波特圖

根據(jù)圖.3可知，在以10kHz時輸出信號v2電壓幅度為基準，衰減大約為30db，達到了最大衰減?10dB的要求。數(shù)字均衡方法比較與選擇

在音響系統(tǒng)中，均衡器可以分別調(diào)節(jié)音頻信號的各頻率成分增益，從而可以補償揚聲器和聲場的缺陷。均衡器可分為三類：圖示均衡器，參量均衡器和房間均衡器。傳統(tǒng)的均衡器僅將音頻信號按高頻、中頻、低頻三段頻率進行調(diào)節(jié)。采用數(shù)字信號處理技術(shù)可以實現(xiàn)對音頻信號的更精細的調(diào)節(jié)，這類均衡器稱為數(shù)字均衡器。數(shù)字均衡器可以作成圖示EQ、參量EQ或者兩者兼有的EQ，不僅性能指標優(yōu)異，操作方便，而且還可同時儲存多種用途的頻響均衡特性，以供不同節(jié)目要求選用。數(shù)字均衡可以做到10段參量均衡和29段圖示均衡，結(jié)合其它功能，如噪聲門功能等。

在本次設(shè)計中，我們給出了一個有參量EQ或者兩者兼有的EQ。其設(shè)計過程 如下：

3.1 數(shù)字均衡器實現(xiàn)方案選擇

方案一：采用ARM（嵌入式系統(tǒng)）實現(xiàn)數(shù)字均衡

基于精簡指令集（RISC）的32位ARM微控制器具有一定的數(shù)字信號處理能力，可以用來實現(xiàn)簡單的數(shù)字均衡器，但當均衡器的功能及性能要求較高時，ARM就不能勝任了。

方案二：采用基于DSP的數(shù)字信號處理系統(tǒng)

數(shù)字信號處理器具有強大的數(shù)字信號處理功能，能夠勝任較為復雜的音頻信號的各種處理功能，速度快，功耗低。但是DSP弱于事務(wù)管理。往往要結(jié)合其它處理器，實現(xiàn)友好的人機界面。

方案三：大規(guī)?？删幊唐骷?/p>

利用大規(guī)模可編程器件實現(xiàn)的算法是以邏輯運算完成的最大優(yōu)越性在于“高速”，實現(xiàn)算法的系統(tǒng)延時非常小，但價格較高。

綜合以上各種因素，并考慮到我們的知識與能力，我們選擇DSP實現(xiàn)音頻信號的數(shù)字均衡，并以DSP實現(xiàn)簡單的人機界面。

3.2 數(shù)字均衡算法選擇

3.2.1 軟件理論實現(xiàn)方案有三種，如下： 方案一：帶通濾波器

根據(jù)數(shù)字均衡基本原理，我們可以采用一組中心頻率和帶寬符合一定要求、增益可調(diào)的帶通濾波器（band-pass filter）實現(xiàn)均衡，并采用MATLAB等計算機輔助分析與設(shè)計工具，選擇設(shè)計理想的濾波器，生成濾波函數(shù)的時域沖激響應(yīng)系數(shù)，最后在DSP中以時域卷積的形式實現(xiàn)濾波與均衡。

方案二：傅立葉變換

傅立葉變換是將信號從時域變換到頻域的一種變換形式，是信號處理領(lǐng)域中的一種重要的分析工具。離散傅立葉變換（DFT）是連續(xù)傅立葉變換在離散系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式。在信號的頻譜分析、系統(tǒng)分析、設(shè)計和實現(xiàn)中都會用到DFT的計算?？焖俑盗⑷~變換（FFT）算法，這是一種快速計算的DFT，可以明顯降低運算量，大大地提高了DFT的運算速度。

綜上所述，由于水平有限，我們在軟件理論中采用了帶通濾波器的方式。3.2.2用Matlab實現(xiàn)帶通濾波器

Matlab的信號處理工具箱提供了支持實現(xiàn)FIR濾波器和IIR濾波器設(shè)計方法的函數(shù)，以下是通過Matlab所畫出的濾波圖。低頻功放的硬件設(shè)計

由于甲類功率放大器的效率小于50%，所以不符合題目中≥60%的要求。B類功率放大器雖然效率較高，但是其交越較大，所以也不符合要求。AB類功放存在著交越失真，也不符合，所以選擇D類功率放大器。D類功放具有效率高、體積小、輸出功率大等優(yōu)點。

對于D類功放有三種方案

4.1 采用專用的D類功放器件

此類D 類功放主要由脈沖寬度調(diào)制器、開關(guān)放大器和低通濾波器等三部分組成，由三角波發(fā)生器、比較器和音頻輸入信號構(gòu)成脈寬調(diào)制器(PWM)；兩只輸出場效應(yīng)管組成開關(guān)放大器；LF 和 CF 構(gòu)成低通濾波器，用以恢復音頻信號。驅(qū)動級用來驅(qū)動開關(guān)放大器，使放大器輸出信號為在VDD和?VDD 間切換的高頻方波。

圖.4經(jīng)典D 類功放結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 基于DSP或ARM的D類功率放大器件

首先對輸入的音頻PCM信號進行采樣, 然后進入DSP 處理系統(tǒng)進行數(shù)字變換和濾波, 包括差值運算器, 數(shù)字低通濾波器和Σ-△調(diào)制器。然后用已經(jīng)獲得的二進制序列法去控制MOS管的通斷, 并通過模擬的0~24K 的低通濾波器傳輸?shù)侥M輸出。

此方案是利用DSP 芯片的高速計算能力, 實現(xiàn)了數(shù)字功率放大器的功能及數(shù)字處理本身的特性, 整個放大過程的精度、信噪比和延時都可以通過對算法的修改來實現(xiàn),。比PWM技術(shù)具有更大的靈活性, 且能實現(xiàn)較好的還原效果。

4.3 采用可編程器件實現(xiàn)D類功率放大器 在全數(shù)字音頻功率放大器的設(shè)計中，采用了CPLD來實現(xiàn)將PCM數(shù)字語音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成PWM信號，并在D類放大器的實現(xiàn)上采用了改進的PWM方案，實現(xiàn)了D類放大器具有效率高、濾波器設(shè)計簡化等特點。

信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器進入DSP器件，再經(jīng)過由CPLD構(gòu)成的脈沖寬度調(diào)制器，產(chǎn)生的信號用來驅(qū)動級由MOS管構(gòu)成的開關(guān)放大器，經(jīng)濾波之后將信號反饋到輸入端，與輸入值作比較來減少輸出波形的失真度。如圖.5所示。

本次設(shè)計中，我們采用由高速模擬比較器、波形發(fā)生成及

PID環(huán)節(jié)構(gòu)的控

制器。硬件系統(tǒng)的設(shè)計

5.1 DSP的硬件設(shè)計

本開發(fā)板配有8位數(shù)碼管顯示、16個按鍵的控制電路、外接21引腳液晶顯示、2個138譯碼器、AD與DA轉(zhuǎn)換器和豐富的外部擴展接口。具體功能和應(yīng)用介紹如下。

5.1.1 DSP芯片介紹

此次競賽采用TMS320C5416芯片，這個芯片的特點有：1采用哈佛結(jié)構(gòu)，能同時對程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器進行操作；2采用多種線結(jié)構(gòu)，可同時進行取指令和多個數(shù)據(jù)存取操作；3采用流水線操作；4配有專用的硬件乘法—累加器，可在一個周期內(nèi)完成一次乘法和一次累加操作；5具有的特殊DSP指令；6快速的指令周期；7硬件配置強；支持多處理結(jié)構(gòu)；省電管理和低功耗。

5.1.2 按鍵電路

本實驗板有16個小按鍵，按鍵讀寫控制由138譯碼器（U10）的11、12腳結(jié)合兩塊SN74HC573芯片控制，以識別按鍵操作。138再由DSP的A12到A15端口（高四位地址）控制按鍵的選通。按鍵電路可以用于控制數(shù)碼管顯示、液晶顯示等等，這主要由編程控制

5.1.3 液晶電路

實驗板上提供外接21腳液晶，我們采用外接型號為ATM240128的液晶顯示屏。

液晶顯示內(nèi)容由DSP的D0到D7端口外接10千歐電阻提供數(shù)據(jù)。液晶的現(xiàn)實控制由138譯碼器控制LCD使能端口、DSP_R/W控制WR和RD端口、DSP_A0、A1分別控制LED背景光源負極和數(shù)據(jù)命令選擇端。

5.1.4 AD / DA轉(zhuǎn)換器

實驗板AD轉(zhuǎn)換器由貼片芯片TLV1571組成，DA轉(zhuǎn)換器由貼片芯片TLV5619組成。TLV1571 是TI 公司專門為DSP 配套制作的一種10 位并行A/D 轉(zhuǎn)換器，具有速度高、接口簡單、功耗低的特點，外圍電路中通過A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由DSP 實時地對大量數(shù)據(jù)進行數(shù)字技術(shù)處理。TLV5619是美國德州儀器公司推出的高速低功耗DAC器件, 它是帶有12位并行數(shù)字輸入的電壓輸出型DAC。該器件與TMS320系列器件的并行接口兼容, 采用2.7~5.5 V單電壓供電。當使用LDAC管腳時, 它可以異步更新緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。當設(shè)置為低功率時, 其功耗僅為50 nW。軟件設(shè)計

6.1軟件流程圖如圖.10所示。

開始初步確定中心頻率用matlab仿真進行輔助設(shè)計滿足技術(shù)指標？YN參數(shù)處理導入CCS，進行仿真N滿足技術(shù)指標？Y下載運行結(jié)束

圖.10 軟件流程圖 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試過程中，首先通過MATLAB仿真，按照競賽要求設(shè)計20hz-20khz的衰減小于1.5分貝，得到濾波系數(shù)h(n),然后通過ccs進行數(shù)字信號處理。首先通過A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將輸入的信號與h(n)進行卷積，得到濾波的信號，本設(shè)計考慮到實行性，及穩(wěn)定性采用40階的FIR濾波器。在調(diào)試的過程中，遇到的問題很多，如實時性，首先用80階的FIR,不能完成實時性，后來，通過調(diào)試改為40階FIR濾波器。D類功放的測試分控制電路部分、功率主回路部分及系統(tǒng)總體測試。首先完成了，D類功放主回路的調(diào)試與測試，這部分調(diào)試通過后，再調(diào)試控制回路，完成了其中的高速PWM發(fā)生器，PID環(huán)節(jié)。8 設(shè)計總結(jié)

我們花了兩個多月的時間來準備電子設(shè)計大賽，從9月2日起，比賽正式開始，到今日為止，整整四天三夜。在這些天的奮斗過程中，大家互相合作，互補不足。俗話說：“三個臭皮匠，頂個諸葛亮?！痹谶@四天三夜里，我們集聚了個人的所長，及時的完成了我們選的題目。在這次的次賽中，我們對電子制作有了更加濃厚的興趣，對數(shù)字信號處理、數(shù)字均衡、DSP及相關(guān)期間有了更進一步的了解，我們再完成任務(wù)的同時，也鍛煉了我們吃苦耐勞的能力。但，由于初次參加此類比賽，對有些芯片還不是很了解，導致在比賽過程中，在芯片選擇上，花費了大量的時間。這說明我們的準備工作做的還不是非常到位。

參考文獻

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[3]曾寶國;曾妍.《D 類功率放大器的原理及應(yīng)用》.四川信息職業(yè)技術(shù)學院

[4]符曉玲;姜 波.《基于DSP 的數(shù)字音頻功率放大器的設(shè)計》.新疆大學電氣工程學院

第五篇：全國大學生電子設(shè)計競賽

全國大學生電子設(shè)計競賽

全國大學生電子設(shè)計競賽是教育部倡導的大學生學科競賽之一，是面向大學生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學校促進信息與電子類學科課程體系和課程內(nèi)容的改革，有助于高等學校實施素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學生的實踐創(chuàng)新意識與基本能力、團隊協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實際的學風；有助于學生工程實踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高學生針對實際問題進行電子設(shè)計制作的能力；有助于吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。

全國大學生電子設(shè)計競賽的特點是與高等學校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動其課程教學、教學改革和實驗室建設(shè)工作。競賽的特色是與理論聯(lián)系實際學風建設(shè)緊密結(jié)合，競賽內(nèi)容既有理論設(shè)計，又有實際制作，以全面檢驗和加強參賽學生的理論基礎(chǔ)和實踐創(chuàng)新能力。

全國大學生電子設(shè)計競賽每逢單數(shù)年的9月份舉辦，賽期四天（具體日期屆時通知）。在雙數(shù)的非競賽年份，根據(jù)實際需要由全國競賽組委會和有關(guān)賽區(qū)組織開展全國的專題性競賽，同時積極鼓勵各賽區(qū)和學校根據(jù)自身條件適時組織開展賽區(qū)和學校一級的大學生電子設(shè)計競賽。

競賽采用全國統(tǒng)一命題、分賽區(qū)組織的方式，競賽采用“半封閉、相對集中”的組織方式進行。競賽期間學生可以查閱有關(guān)紙介或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資料，隊內(nèi)學生可以集體商討設(shè)計思想，確定設(shè)計方案，分工負責、團結(jié)協(xié)作，以隊為基本單位獨立完成競賽任務(wù)；競賽期間不允許任何教師或其他人員進行任何形式的指導或引導；競賽期間參賽隊員不得與隊外任何人員討論商量。參賽學校應(yīng)將參賽學生相對集中在實驗室內(nèi)進行競賽，便于組織人員巡查。為保證競賽工作，競賽所需設(shè)備、元器件等均由各參賽學校負責提供。

為保證競賽工作的順利進行，應(yīng)嚴格遵守全國競賽組委會屆時頒布的《全國大學生電子設(shè)計競賽競賽規(guī)則與賽場紀律》。競賽期間，各賽區(qū)組織巡視人員，嚴格執(zhí)行巡視制度。

競賽題目是保證競賽工作順利開展的關(guān)鍵，應(yīng)由全國專家組制定命題原則，賽前發(fā)至各賽區(qū)。全國競賽命題應(yīng)在廣泛開展賽區(qū)征題的基礎(chǔ)上由全國競賽命題專家統(tǒng)一進行命題。全國競賽命題專家組以責任專家為主體，并與部分全國專家組專家和高職高專學校專家組合而成。

全國競賽采用兩套題目，即本科生組題目和高職高專學生組題目，參賽的本科生只能選本科生組題目；高職高專學生原則上選擇高職高專學生組題目，但也可選擇本科生組題目，并按本科生組題目的標準進行評審。只要參賽隊中有本科生，該隊只能選擇本科生組題目，并按本科生組題目的標準進行評審。凡不符合上述選題規(guī)定的作品均視為無效，賽區(qū)不予以評審。

時間：每逢單數(shù)年的9月份舉辦，賽期四天（具體日期屆時通知）

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