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公司通了国际线路了，晶体管集成电路问题提问GPT

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JuncoJet
     
发表于 2025-4-11 09:55:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
首先说明我是豆包粉
GPT免费版被豆包免费版碾压

设计一个推8R喇叭2000W的AB类功放
峰值功率2000W

  1. 了解了，你的目标是：
  2. ?? **峰值功率 2000W @ 8Ω 负载**
  3. ---
  4. ### ?? 重新计算：峰值功率条件下的输出参数
  5. \[
  6. P_{peak} = \frac{V_{peak}^2}{R} \Rightarrow V_{peak} = \sqrt{P_{peak} \cdot R} = \sqrt{2000 \cdot 8} = \sqrt{16000} ≈ 126.5V
  7. \]
  8. \[
  9. I_{peak} = \frac{126.5V}{8Ω} ≈ 15.8A
  10. \]
  11. ---
  12. ### ?? 对应电源电压需求
  13. - 为了能在负载上输出 ±126.5V 峰值电压，考虑功放电压损耗（管压降、结电阻等），电源轨需要略高：
  14.   - **建议 ±140V DC 电源轨**
  15.   - 变压器AC输出需约 **100V~105V AC × 2**
  16. ---
  17. ### ?? 电源部分建议（峰值2000W）：
  18. - **总功率容量需求 ≥ 2500VA**
  19. - 滤波电容：建议总容量 > 60,000μF@160~200V（每路）
  20. - 整流桥：≥25~35A，带散热片
  21. ---
  22. ### ?? 输出级建议：
  23. #### 晶体管方案（BJT）：
  24. - 使用 2SC5200 / 2SA1943（230V/15A）
  25. - 并联 4~6 对输出对，每对带 0.22Ω 均流电阻
  26. #### 或使用 MOSFET：
  27. - IRFP240 / IRFP9240（200V/20A）
  28. - 需要加驱动电路匹配输入电容
  29. ---
  30. 我可以基于这些条件为你绘制出一份完整的 AB 类功放原理图，包括：
  31. 1. 差分输入放大器（LTP）
  32. 2. 电压放大级（VAS）
  33. 3. 偏置控制（热补偿）
  34. 4. 大电流输出对（BJT 并联）
  35. 5. 电源连接
  36. 6. 散热器建议、保护模块预留
  37. ? 你希望我画 **BJT 版本** 还是 **MOSFET 版本** 的输出级？以及是否需要立体声双通道布局？
复制代码


ChatGPT Image 2025年4月11日 09_46_01.png

使用delta-sigma实现D类功放驱动，该如何搭建电路
使用运放

  1. 非常好！如果你打算**用运放（Op-Amp）实现一个ΔΣ调制器**并驱动一个**模拟型的D类功放结构**，那我们就不使用FPGA或MCU，而是搭建一个**全模拟的Delta-Sigma调制+D类功放系统**，这个思路很复古但非常有意思，适合教学、实验和Hi-Fi探索。
  2. ---
  3. ## ?? 总体结构（全模拟 Delta-Sigma + D类功放）
  4. 1. **输入音频信号（模拟）**
  5. 2. **一阶Delta-Sigma调制器（模拟实现，用运放）**
  6. 3. **比较器/施密特触发器（1-bit bitstream输出）**
  7. 4. **功率MOSFET开关级**
  8. 5. **LC滤波器**
  9. 6. **扬声器负载**
  10. ---
  11. ## ?? 具体电路模块设计
  12. ---
  13. ### ? 1. 一阶模拟Delta-Sigma调制器（用运放）
  14. 这是一个基本结构：
  15. #### 构成模块：
  16. - **积分器（用运放）**
  17. - **比较器（Schmitt Trigger或高速运放）**
  18. - **反馈路径（1-bit DAC，通常是一个模拟开关接电压源）**
  19. #### 原理图结构如下：
  20. ```
  21.               +-------------+
  22. 音频输入 ---->|   差分放大   |---+
  23.               +-------------+   |
  24.                                 v
  25.                           +-----------+
  26.                           | 积分器（运放） |
  27.                           +-----------+
  28.                                 |
  29.                                 v
  30.                           +-----------+
  31.                           | 比较器（运放） |
  32.                           +-----------+
  33.                                 |
  34.                                 v
  35.                          Bitstream输出（驱动MOS管）
  36.                                 |
  37.                      +-------------------+
  38. 反馈DAC（1-bit）<----| +Vref / -Vref 模拟反馈 |
  39.                      +-------------------+
  40. ```
  41. #### 实现说明：
  42. - 差分器可以直接做减法，计算输入与反馈之间的误差。
  43. - 运放积分器积分误差信号。
  44. - 比较器将输出与0作比较，输出1或0。
  45. - 输出再反馈到前端，通过模拟开关切换±Vref（形成1-bit DAC）
  46. > 可参考文献：[Analog Delta-Sigma Modulator for Audio Applications - IEEE](https://ieeexplore.ieee.org/document/)
  47. ---
  48. ### ? 2. 比较器输出驱动MOSFET
  49. 比较器的输出是一个高频bitstream（比如100kHz~2MHz），可以直接送给功率MOSFET驱动器：
  50. - 低功率实验：可以用IRF540/IRF9540（N/P MOS）直接由比较器驱动。
  51. - 实际电路：加上MOSFET Driver芯片，如 IR2110/IR2184。
  52. ---
  53. ### ? 3. LC滤波器（典型值）
  54. - **L = 10~33 μH**
  55. - **C = 470nF~1uF**
  56. - 设计截止频率在约25~30kHz，保证音频信号通过，高频噪声滤掉。
  57. ---
  58. ### ? 4. 电源设计
  59. - ±15V 供运放
  60. - +12V 或 +24V 供MOSFET驱动段
  61. - 分离模拟/数字地，以减少干扰
  62. ---
  63. ## ?? 仿真推荐
  64. 用LTSpice 或 TINA-TI 做电路仿真，尤其测试：
  65. - Bitstream稳定性（不振荡）
  66. - 输出THD+N
  67. - 频谱分析
  68. - 滤波器响应
  69. ---
  70. ## ?? 实验Tips
  71. - 初期可以先把bitstream输出接到示波器看波形。
  72. - 音频输入建议先用固定正弦波（1kHz），逐渐测试频率响应。
  73. - 为安全考虑，MOSFET前端可加一个LED负载先验证驱动是否正常。
  74. ---
  75. 如果你有更具体的参数目标，比如音频带宽、分辨率、最大功率等，我可以给你更详细的原理图草图或仿真文件！你打算用哪种运放？比如TL072、OPA2134、LM324这些？
复制代码


TL072
  1. 完美！TL072 是一个非常经典且性价比高的双路 JFET 输入运放，非常适合做模拟信号处理，低噪声、带宽也足够应付音频及简单的 ΔΣ 模拟调制器。
  2. ---
  3. ## ? 用 TL072 搭建一阶模拟 ΔΣ 调制器 + D 类功放（原理框图）
  4. 我们来分步构建这个系统：
  5. ---
  6. ### ?? 一、差分比较 + 积分器（运放 U1）
  7. TL072 的第一个通道我们用作积分器，构建如下电路：
  8. ```
  9.        +Vref      输入音频（Vin）
  10.         |              |
  11.         |              |
  12.         R1             R2
  13.         |              |
  14.         |              |
  15.         +------->(-)U1A        +-----> 到比较器（U2）
  16.                [运放积分器]    |
  17.         |                    ===
  18.         C1                   GND
  19.         |
  20.        GND
  21. ```
  22. #### 参数建议：
  23. - **R1 = R2 = 10kΩ**
  24. - **C1 = 1nF ~ 10nF**（决定调制器的响应速度）
  25. - **+Vref** 是参考电压，比如使用 2.5V 或 TL431 稳压源
  26. ---
  27. ### ?? 二、比较器（TL072 第二通道 U1B）
  28. 虽然 TL072 不是专门的比较器，但在低频下可胜任。
  29. ```
  30.        来自积分器输出
  31.               |
  32.               |
  33.               +-----> (+)U1B 输出 -----> Bitstream
  34.               |
  35.              ---
  36.              GND
  37.    施密特触发功能可加入正反馈：
  38.    在输出和 - 输入间串一个电阻 Rf（如100k），制造回滞特性。
  39. ```
  40. ?? 注意：
  41. - 若需要更锐利的切换，可考虑用 TLV3501、LM393 等高速比较器代替 TL072 的 U1B。
  42. ---
  43. ### ?? 三、反馈DAC（1-bit 模拟反馈）
  44. 这个部分很关键。我们用一个 SPDT 模拟开关（如 CD4066、74HC4066），根据比较器输出选择 ±Vref（或 +Vref/0V）反馈到积分器输入。
  45. ```
  46.                             +Vref
  47.                              |
  48. 比较器输出 --------> 控制脚 --|
  49.                              |===> 到积分器的负输入
  50.                              |
  51.                             -Vref
  52. ```
  53. ---
  54. ### ?? 四、MOSFET 驱动输出级（小功率实验）
  55. 你可以用 IRF540（N沟道）作为输出级，用比较器输出直接驱动 MOSFET（不建议大电流场合直接驱动，可加 IR2110）。
  56. ```
  57. Bitstream 输出 ----> IRF540 栅极
  58.                               漏极接 +V
  59.                               源极接负载 ---> GND
  60. ```
  61. ---
  62. ### ?? 五、LC 滤波器设计
  63. #### 目标截止频率：约 25kHz
  64. 典型参数：
  65. - **L = 22 μH（铁氧体磁芯或空气心）**
  66. - **C = 680 nF（低 ESR 电容）**
  67. 截止频率计算公式：
  68. \[
  69. f_c = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \approx 26kHz
  70. \]
  71. ---
  72. ## ?? 总结：模块分配（用一颗TL072）
  73. | 模块 | TL072通道 | 功能描述 |
  74. |------|-----------|-----------|
  75. | U1A  | 第1通道   | 积分器（误差积分） |
  76. | U1B  | 第2通道   | 比较器（输出1-bit流） |
  77. ---
  78. ## ?? 实验建议
  79. - 用信号源输入正弦波（1kHz），观察 bitstream 输出频率如何变化
  80. - 把bitstream接到小功率负载+滤波器，测试音频还原效果
  81. - 用示波器分析输出频谱、滤波效果
  82. ---
  83. 如果你需要，我可以为你画出详细原理图（LTspice / KiCad / 手绘格式）、或提供仿真模型。你想继续用 TL072 搭一个 breadboard 实验？还是想PCB化？
复制代码


ChatGPT Image 2025年4月11日 09_46_24.png
ChatGPT Image 2025年4月11日 09_46_18.png

虽然豆包不支持画图，但GPT还是妥妥的辣鸡
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MT4S301
     
发表于 2025-4-11 10:02:56 来自手机 | 显示全部楼层
羡慕呀，大公司
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JuncoJet
     
 楼主| 发表于 2025-4-11 10:12:57 | 显示全部楼层
MT4S301 发表于 2025-4-11 10:02
羡慕呀，大公司

研发上有需要才装的
很多插件后台都是国外接口
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冰岛
     
发表于 2025-4-11 10:32:37 来自手机 | 显示全部楼层
峰值输出功率的2000W了，怎么还要设计成AB类？这么大功率须考虑功率管散热，AB类发热太多，通常要做成G类或者H类。
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JuncoJet
     
 楼主| 发表于 2025-4-11 10:35:29 | 显示全部楼层
冰岛 发表于 2025-4-11 10:32
峰值输出功率的2000W了，怎么还要设计成AB类？这么大功率须考虑功率管散热，AB类发热太多，通常要做成G类或 ...

AB类更好听吧
H类声音够大但低音下潜没深度
G类不了解
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冰岛
     
发表于 2025-4-11 12:24:46 来自手机 | 显示全部楼层
JuncoJet 发表于 2025-4-11 10:35
AB类更好听吧
H类声音够大但低音下潜没深度
G类不了解

G、H类功放工作原理与AB类是相同的设计没问题的话，音质与AB类没差别。G类、H类功放的原理是根据信号的瞬时值同步调整电源输出电压，从而降低功放管集-射极电压差。G、H类功放，两组功放管的工作状态与AB类一样处于射极跟随状态，每组功放管的导通角是181°，功放管基极信号来自运算放大器，这是完全没差别的，因此音质也几乎没有差别。G类功放的原理是电源输出多组电压，由多组电压比较器、二极管和MOS开关管在多个供电电压之间快速切换。G类功放有与AB类功放相同的音质，但是效率却远远高于AB类，非常适合超大功率应用。

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