数控直流电源+简易音阶发生器设计+高效率PWM音频功率放大器+调频(3)

系统原理框图如图3.3所示。可采用AD521实现双端输入变单端输出的信号变换。在

测试部分采用乘法器将变换电路输出的信号电压加以平方，经分压送至表头显示。

图3.3系统原理框图

第1节PWM功率放大器

实验一三角波发生器及误差放大器

用555芯片构成三角波发生电路，如图3.4所示。

电子设计大赛

图3.4三角波发生电路

本设计利用555组成的多谐振荡器的C4充放电特性加以改进，实现C4的线性充放电获得三角波。利用VT1、VT2和R6构成的恒流源对C4实现线性充电，利用VT3、VT4和R7构成的恒流源实现对C4的放电，电容C4的三角波经VT5射极跟随器输出该振荡器的震荡频率f=0.33/(116＋R7)C4。按图中各元件的参数，我们得到了一个线性很好、频率约为100kHz、峰峰值为2.18V的三角波，将其输入到脉宽调制比较器的一个输入端。

该部分的作用是将输入信号按比例放大以便与三角波比较，通过以OP-37运算放大器为核心加上相关元件形成反向比例放大电路，电路如图3.5

所示。

图3.5误差放大器电路

R2、R4共同分压将OP-37③脚的电压抬至2.5V，这样可使放大后的波形中点在2.5V处，且是下对称无失真，放大比例系数由R3和R1决定，即A=R3/R1，C1、C3起隔直作用，电容C2的作用是用来限制通频带的宽度。C2越大，频带越窄；C2越小，频带越宽。

电子设计大赛

实验二脉宽调制比较器及死区时间控制

该部分的作用是将误差放大器输出的波形与三角波发生器输出的波形进行比较。输出一个脉宽与误差放大器输入信号幅值成比例的可变脉宽方波。三角波频率远远高于输入信号频率，相当于对输入信号采样点大大增加，从而保证还原后的波形不失真。

其中核心器件为LM139，该芯片为四比较器集成电路。这里所要注意的是必须使三角波和音频信号的电压中心线重合，即LM139的④、⑤管脚的静态电位相同，否则脉宽调制信号的占空比将不能在要求的范围内变化。我们通过可调电阻R12来实现这一要求。脉宽调制比较器电路如图3.6

所示。

图3.6脉宽调制比较器电路

提示：死区时间不应超过调制脉冲的1/10，否则输出的波形将出现明显的失真；另外，死区时间也不可过短，否则桥路管子将会共同导通，在极短的时间内大电流将从MOS1、

电子设计大赛

MOS2和MOS3、MOS4同时流过，造成电能的损耗，使整体的效率下降，甚至烧毁管子。所以死区时间的建立是整个D类放大器性能提高的关键之一。电路如图3.7

所示。

图3.7时间建立电路

实验三高速门开关和滤波网络

高速门开关和滤波网络电路如图3.8所示。驱动电路除注意其驱动能力外，还应注意要使其反应尽量快，提高对窄脉冲的反应，以保证对波形的完整还原。在高速低耗的MOS管的D极和S极间反向并联上高速二极管(VD1～VD4)，使电感(L1、L2)上产生的电流在死区时间内快速泄放，以保证下一个调制脉冲的电流正常工作，否则桥臂会出现电流的停滞，输出波形将会出现失真、幅值过小等。

滤波网络的主要功能是滤除高次谐波，还原调制波中所带载的低频信号。滤除效果的好坏主要取决于与负载相并联的电容的大小，电容越大，滤波效果越好，但是电容越大，放大器的频带宽度、放大倍数及频率都会受到影响。通过反复实验，我们选择了4.7μF的电容，使上述三者达到了较好优化。此外，电感大小也是影响这三者的重要因数，电感相对小时，会大大提高三者的指标，但过小又会降低高次谐波的滤除效果，实验证明选择20μF的电感较为合适。