2009年全国电子设计大赛：高效D类音频功率放大器设计

"2009年电子设计比赛低频功率放大器设计书" 这篇设计书主要涉及的是在2009年全国电子设计比赛中的一项任务，即设计和构建一个高效率的音频功率放大器以及相关的测量和显示设备。设计任务要求参赛者制造一个能在+5V电源电压下工作的功率放大器，负载为8Ω电阻，满足一系列性能指标，包括3dB通频带、最大不失真输出功率、输入阻抗、电压放大倍数、低频噪声电压和效率等。 设计要求分为基本要求和发挥部分。基本要求中，功率放大器的3dB通频带需在300～3400Hz之间，输出无明显失真，最大不失真输出功率至少1W，输入阻抗大于10kΩ，电压放大倍数可调范围为1～20。此外，还要求设计一个信号变换电路，将双端输出转换为单端输出，并通过RC滤波供给测试仪表，同时要制作一个能精确显示3位数字的功率测量装置，精度优于5%。 发挥部分则鼓励参赛者在保持一定输出功率的情况下，扩展3dB通频带、提高放大器效率、降低电源电压、添加短路保护功能或实现其他创新。设计说明中指出，提高效率的关键在于采用D类放大技术，但不允许使用现成的D类功率放大集成电路。效率计算仅考虑功率放大器部分，不包括额外电路的功耗。整个测试过程需确保输出波形无明显失真。 方案论证与比较环节，设计者需要考虑不同的功率放大器类型。A类、B类和AB类放大器由于效率较低，不符合设计要求。D类功率放大器因其开关工作模式和高效的特性，成为首选方案。它通过音频信号幅度调制高频脉冲宽度，利用LC低通滤波器恢复音频信号，理论效率可达100%，实际应用中也能达到80%~90%。 设计书中提到的系统组成框图涵盖了高效率功率放大器、信号变换电路和功率测量装置这三个主要部分。在设计和实现这些电路时，参赛者需要充分考虑效率测试的便利性，确保输出波形的质量，同时在发挥部分尽可能创新，以提升设计的竞争力。