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D类功率放大器设计理念完全异于先前的模拟功率放大器设计,功率晶体管直接工作于饱和与截止状态,模拟功率放大器中由晶体管线性工作区所导致的功耗问题被有效地规避开来。由于D类功率放大器的主要功耗全在于晶体管饱和压降所引起的功率消耗,而理想条件下,晶体管导通内阻可视为为零,截止情况下内阻为无穷大,因此不会消耗功率,故D类功率放大器理论效率为所有功率放大器类型之最。更高的效率意味着更低的功耗,同时也避免了发热、散热等问题,因此在相同额定功率条件下,D类功率放大器往往可以获得更小的封装尺寸与应用电路面积,使得D类功率放大器越发广泛地应用于终端产品中。本文主要研究内容是构建音频系统的全链路仿真,实现音频系统中的电路模型与发声器件物理模型的联合仿真。一个完整的D类音频系统设计包含了音频电路硬件设计与扬声器设计,论文基于德州仪器公司SMART PA系列D类功率放大器芯片TAS2560,搭建单通道D类音频功放电路,作为实际样机对其测试与分析。以STM32F429主控核心构建TAS2560输入、输出音频数据采集系统。论文系统地阐述了 D类功率放大器的工作机理,并基于双变量傅里叶变换求解得到脉宽调制输出信号的数学表达式,在数学层面上验证了 D类数字功率放大器的可行性以及D类功率放大器非线性失真原因。在单音测试实验条件下通过最小二乘法曲线拟合方法获取输出信号的幅值、频率以及相位信息,从而描述出来TAS2560 10Hz～24KHz频段内的幅频、相频特性,并构建了 TAS2560单音仿真行为模型。之后基于TAS2560的实际音频输入、输出数据,应用三阶离散Volterra级数构建TAS2560离散时域行为模型。在Volterra级数模型辨识过程中,利用反问题理论阐明了 TAS2560 Volterra模型核函数参数及求解过重中出现的不适定病态问题,通过Tiknonov正则化方法求解Volterra模型辨识过程中所产生的线性病态方程组,从而得到Volterra级数核函数的稳定解,通过MATLAB编写TAS2560单音与Volterra级数行为模型,从而建立TAS2560电路仿真模型。最后基于COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台建立了锥形动圈式扬声器虚拟模型,通过LiveLinkforMATLAB接口实现了 MATLAB与COMSOL的联合仿真,将TAS2560输出电压作为扬声器音圈激励源,最终获得在不同输出电压激励条件下,音频系统的输出电流以及扬声器声压分布情况,为扬声器设计打下一定基础。