如何使用STC單片機(jī)制作D類功放

　　眾所周知在各類功放中D類功放以其極高的效率著稱，因此更符合綠色革命的潮流，也因此D類功放越來(lái)越引起各方面的重視。筆者在參考了相關(guān)資料后決定嘗試用一，單片機(jī)和功率三極管來(lái)DIY一簡(jiǎn)單有趣的D類功放。因?yàn)檫@個(gè)DIY既有模擬電路方面的知識(shí)，也有數(shù)字電路方面的知識(shí)，特別是PCB出圖時(shí)AD采樣中地的處理、雙聲道采樣最佳時(shí)序處理和PWM輸出對(duì)筆者來(lái)說(shuō)是種鍛煉和提高。

　　D類功放是放大元件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的一-種放大模式。無(wú)信號(hào)輸入時(shí)放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，不耗電。工作時(shí)，靠輸入0或1的信號(hào)讓晶體管進(jìn)入飽和或截至狀態(tài)，晶體管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，把電源與負(fù)載直接接通或截止。理想品體管因?yàn)闆](méi)有飽和壓降而不耗電，實(shí)際上品體管總會(huì)有很小的飽和壓降而消耗部分電能。這種耗電只與管子的特性有關(guān)，而與信號(hào)輸出的大小無(wú)關(guān)，所以特別有利于超大功率的場(chǎng)合。在理想情況下，D類功放的效率為100%。

　　第一部分為AD轉(zhuǎn)換，是利用單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換功能將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為占空比隨模擬信號(hào)電壓變化而變化的PWM信號(hào)。這里選用價(jià)格低廉的深圳宏晶科技的STC12C5202AD單片機(jī)。該單片機(jī)運(yùn)行速度是普通8051單片機(jī)的數(shù)倍，并且可以使用高達(dá)40MHz的外部晶振。AD采樣速率可達(dá)250kHz。同使用運(yùn)放+三角波形做基準(zhǔn)信號(hào)源產(chǎn)生PWM的方法比較，該方案更容易產(chǎn)生形狀、額率穩(wěn)定準(zhǔn)確的PWM波形。

　　由于一般音源的輸出信號(hào)較為微弱，在AD采樣前要加預(yù)放（筆者在第- -版中沒(méi)有設(shè)計(jì)預(yù)放引起輸出功率偏低） ;并且為適應(yīng)單片機(jī)正5伏的工作模式，需要在模擬信號(hào)上疊加正;2. 5V直流電壓。若音頻輸入信號(hào)為零、直流偏置為單片機(jī)AD采樣基準(zhǔn)電壓的1/2，則單片機(jī)輸出的方波高低電平持續(xù)的時(shí)間一樣，輸出就是一個(gè)占空比為1： I的方波。當(dāng)有音頻信號(hào)輸入時(shí)，正半周期間，單片機(jī)輸出方波高電平的時(shí)間比低電平長(zhǎng)，方波的占空比大于1:1;負(fù)半周期間，由于還有直流偏置，所以單片機(jī)采樣腳的電平還是大于零，方波占空比小于1： 1。這樣，單片機(jī)輸出的波形就是-一個(gè)脈沖寬度被音頻信號(hào)幅度調(diào)制后的波形，稱為PWM（Pul se W idth Modulat ion脈寬調(diào)制）。順便提下F PWM和PDM（Pul se Durat ion Modulat ion脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制）還是有區(qū)別的，PDM是高電平寬度固定低電平寬度隨調(diào)制信號(hào)而變化的方波，即單位時(shí)間內(nèi)“標(biāo)準(zhǔn)脈沖”個(gè)數(shù)可以被信號(hào)調(diào)制。它的好處是高頻能量分布在更廣的頻率范圍內(nèi)，而不是像PWM由于載頻固定，高頻能量集中在載頻倍頻的音調(diào)中。