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PDA、MP3、蜂窩電話等便攜式音頻裝置在設計時，必須滿足高效率、尺寸小、噪聲低、能夠與處理器協同工作等要求。D 類音頻放大器的功率管工作在開關方式，在沒有輸入信號的時候不會產生靜態功耗，具有高效率(理論上可以達到 100%)，在
應用中不需要散熱片等優點。但是，由于 D 類放大器把音頻信號變成了非線性的脈沖，這個過程難免會引入比較大的失真，傳統的 D 類放大器還要增加濾波器以濾除高頻載波，這不但增加了系統成本，而且會占據很大的 PCB 面積。所以研究低失真、免濾波的 D 類音頻放大器具有很重要的現實意義。本文詳細分析了幾種對 D 類音頻放大器性能影響比較大的非線性失真，如三角波非線性、死區時間和因反饋產生的相位失真、占空比失真等，采用傅立葉分析的方法對各種失真建立了模型，并提取了一些對設計至關重要的參數，用以指導后面的高性能 D 類音頻放大器設計。另外，對免濾波 D 類音頻放大器的設計方法和對音頻性能的影響也進行了分析。最后設計了一種單環二階免波波的 D 類音頻功率放大器。該功率放大器內部設有恒流基準源、前置運算放大器、三角波振蕩器、脈寬調制(PWM)比較器和功率輸出電路，并且該芯片還可以通過外部引腳對整個系統的閉環增益進行調節。本文設計的三角波發生器采用弛張方式，極大地減小了因三角波非線性所引入的失真；同時通過合理地設置閉環增益，可以在有效抑制各種開環失真的同時引入較小的閉環失真。該音頻放大器采用 300 KHz 的脈寬調制頻率，在 2.5 V-5.5 V 的電源電壓下為4 Ω負載提供最大 2 Watt 的輸出功率，輸出信號的典型總諧波失真(THD)<0.1%，同時輸出效率可達到 80%以上。
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