功率放大器
功率放大器
摘要
在音频领域发展的几十年里，A类，B类，AB类音频功率放大器一直占着主导地位，随着科技的不断发展，音频功率放大器也有了新的研究成果—D类功率放大器。D类功率放大器有很多优点，因为低功耗产生热量较少，节省印制电路板（PCB）面积和成本，并且能够延长便携式系统的电池寿命。D类放大器，是通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器。D类放大器是最近几年才发展起来的，在系统的耐用上以及音频质量等都有了很大的提高。
关键词：D类功率放大器、TDA8922TH、PWM调制、电压开关型驱动电路。
目录
一、绪论 (7)
1.1 D类功放的发展背景 (7)
1.2 D类功放诞生的原因 (7)
1.3功率放大器的基本组成 (8)
1.4 对功率放大器的基本要求 (9)
二、D类功放的特点与电路组成 (10)
2.1 功放的分类 (10)
2．2几类经典功放的工作原理点 (10)
2.4 D类功放的特点 (13)
2.5 D类功放的组成与原理 (13)
2.6 D类功放的要求 (14)
2.7 D类功放选择 (16)
三、结论 (22)
3.1 调试过程 (22)
3.2 毕业设计感想 (22)
四、致谢 ................................................... 错误！未定义书签。
五、参考文献 (23)
一、绪论
在高保真音响设备中，功率放大器用来对各种音源输出的音频信号进行加工处理和不失真地放大，使之达到一定的功率去推动扬声器发声。其中，如何对音频信号进行功率放大，使之达到功率大、效率高、失真小，是功率放大器所要解决的最主要问题。也是我们所做的毕业设计任务要求。
1.1 D类功放的发展背景
以家庭影院为时代标志的现代家庭影音系统自20世纪80、90年代兴起后，马上得到广大民众，特别是青年一代的青睐，以惊人的速度进入了千家万户和公共娱乐场所。随着数字电路和计算机技术的不断发展，家庭影音系统工程日趋成熟与完美，越来越多的电子爱好者期望能自己制作出体现自己意愿特殊的家庭影音系统。我们毕业研究的课题，就是家庭影音系统的一部分，最高效的功放，它正慢慢改变我们的生活，使我们的生活变得更美好。
1.2 D类功放诞生的原因
几十年在音频领域中，A类，B类，AB类音频功率放大器一直占据统治地位。音频功率放大器发展经历了这样的几个过程：所有器件从电子管、晶体管到集成电路的过程：电路组成从单管到推挽的过程：电路形成从变压器输出到OTL、OCL、BTL的形式过程。其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备的环保要求。迫使人们开发，高效、节能、环保、数字化的音频功率放大器，它应该具有工作效率高，便于与其它数字化设备相连接的特点。D类功率放大器就是PWM型功率放大器。它基本符合上面的要求。近几年来，国际上对D类功放的研究与开发已经有了很大的发展。几家著名的研究机构与公司已经成功的研制出好几种此类的音频功率放大器。这一技术显示了它高效、节能、环保、数字化的特点。现在这一技术正在迅猛发展，前景一片光明。
1.3功率放大器的基本组成
在高保真音响电路中，功放电路通常由两个或两个以上的音频声道所组成。每个声道分为两个主要的部分，即前置放大器和功率放大器。两部分电路可分设在两个机箱内，也可组装在同一个机箱内，后者称为综合放大器。
由于左、右声道完全相同，所以在双声道电路中只介绍其中一路，电路组成框图如图1.3所示。图中左侧为前置放大器，右侧为功率放大器。
图1.3 功率放大器电路组成框图
（1）前置放大器的组成。前置放大器具有双重功能：它要选择所需要的音源信号，并放大到额定电平；还要进行各种音质控制，以美化声音。这些功能由均衡放大、音源选择、输入放大和音质控制等电路来完成。
○1音源选择。音源选择电路的功能是选择所需的音源信号送入后级，同时关闭其他音源通道。各种音源的输出是各不相同的，通常分为高电平与低电平两类。调谐器、录音座、CD 唱机、VCD/DVD影碟机等音源的输出信号电平达50～500mV，称为高电平音源，可直接送入音源选择电路；而动圈式和动磁式电唱机的输出电平仅为0.5～5mV，称为低电平音源，须经均衡放大后才能送入音源选择电路。线路输入端又称为辅助输入端，可增加前置放大器的用途和灵活性，供连接电视信号和其他高电平音源之用。
○2输入放大。输入放大器的作用是将音源信号放大到额定电平，通常是1V左右。输入放大器可设计为独立的放大器，也可在音质控制电路中完成所需要的放大。
○3音质控制。音质控制的目的是使音响系统的频率特性可以控制，以达到高保真的音质；或者根据聆听者的爱好，修饰与美化声音。有时还可以插入独立的均衡器，以进一步美化声音。音质控制包括音量控制、响度控制、音调控制、左、右声道平衡控制、低频噪声和高频噪声抑制等。
（2）功率放大器的组成。虽然功率放大器的电路类型很多，但基本上都由激励级、输出级和保护电路所组成。
○1激励级。激励级又可分为输入激励级和推动激励级，前者主要提供足够的电压增益，后者还需提供足够的功率增益，以便能激励功放输出级。
○2输出级。输出级的作用是产生足够的不失真输出功率。为了获得满意的频率特性、谐波失真和信噪比等性能指标，可在输出级与激励级之间引入负反馈。
○3保护电路。保护电路用来保护输出级功率管和扬声器，以防过载损坏。此外，一个完备的高保真功率放大器，还必须设置直流稳压电源及电平显示电路等。
1.4 对功率放大器的基本要求
（1）输出功率要大。为了得到足够大的输出功率，功放管的工作电压和电流接近极限参数。功放管集电极的最大允许耗散功率与功放管的散热条件有关，改善功放管的散热条件可以提高它的最大允许耗散功率。在实际使用中，功放管都要按规定安装散热片。
（2）效率要高。扬声器获得的功率与电源提供的功率之比称为功率放大器的效率。功率放大器的输出功率是由直流电源提供的，由于功放管具有一定的内阻，所以它会有一定的功率损耗。功率放大器的效率越高越好。
（3）非线性失真要小。由于功率放大器中信号的动态范围很大，功放管工作在接近截止和饱和状态，超出了特性曲线的线性范围，必须设法减小非线性失真。
二、D类功放的特点与电路组成
2.1 功放的分类
传统的功率放大器主要有A类（甲类）、B类(乙类)、AB类（甲乙类），除此之外，还有工作在开关状态下的D类（丁类）功放。
2．2几类经典功放的工作原理及特点
A类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器。其晶体管总是工作在放大区，并且在输入信号的整个周期内晶体管始终工作在线性放大区域。它的优点是输出信号的失真比较小。缺点是输出信号的动态范围小，效率低，理想情况下的效率为50%。考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损耗，A类功率放大器的效率仅为20%左右。
图2.2.1
B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为50%，因为其晶体管只有在输入信号的正半周期工作在放大区，在输入信号的负半周是截止的。它的优点是在理想的情况下其效率为78.5%，比A类提高了很多。其缺点是非线性失真比A类功放大，而且会产生交越失真，增加噪声。
图2.2.2
AB类功率放大器是以两类的结合，是每个功率放大器的导通时间在50%—100%，此类功率放大器流行过一段时间，它兼顾了失真与效率两方面的性能指标。在设计该功率放大器是要设置晶体管的静态偏置电路。使其工作在甲乙类状态，这类放大器的失真要比乙类的小，但其效率比乙类功放要低一些。
图2.2.3
2.3 传统功放与D类功放的比较
功率消耗在所有线性输出级，因为产生输出电压vout的过程中不可避免地会在至少一个输出晶体管内造成非零的ids和vds。功耗大小主要取决于对输出晶体管的偏置方法。
A类放大器拓扑结构使用一只晶体管作为直流（dc）电流源，能够提供扬声器需要的最大音频电流。A类放大器输出级可以提供优良的音质，但功耗非常大，因为通常有很大的dc 偏置电流流过输出级晶体管（这是我们不期望的），而没有提供给扬声器（这是我们期望的）。
B 类放大器拓扑结构没有dc偏置电流，所以功耗大大减少。其输出晶体管是以推拉方式独立控制，从而允许高端晶体管为扬声器提供正电流，而低端晶体管吸收负电流。由于只有信号电流流过晶体管，因而减少了输出级功耗。但是B类放大器电路的音质较差，因为当输出电流过零点和晶体管在通断状态之间切换时会造成线性误差（交越失真）。
A/B 类放大器是A类放大器和B类放大器的组合折衷，它也使用dc偏置电流，但它远小于单纯的A类放大器。小的dc偏置电流足以防止交越失真，从而能提供良好的音质。其功耗介于A类放大器和B类放大器之间，但通常更接近于B类放大器。与B类放大器电路类似，A/B类放大器也需要一些控制电路以使其提供或吸收大的输出电流。
不幸的是，即使是精心设计A/B类放大器也有很大的功耗，因为其中等范围的输出电压通常远离正电源或负电源。由于漏源极之间的电压降很大，所以会产生很大的瞬时功耗ids×vds。D类放大器由于具有不同的拓扑结构，其功耗远小于上面任何一类放大器。D类放大器的输出级在正电源和负电源之间切换从而产生一串电压脉冲。这种波形有利于降低功耗，因为当输出晶体管在不导通时具有零电流，并且在导通时具有很低的vds，因而产生较小的功耗ids×vds 。
2.4 D类功放的特点
（1）效率高。在理想情况下，D类功放的效率为100%（实际效率可达90%左右）。B 类功放的效率为78.5%（实际效率约50%），A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。这是因为D类功放的放大元件是处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。
（2）功率大。在D 类功放中，功率管的耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合，输出功率可达数百瓦。
（3）失真低。D 类功放因工作在开关状态，因而功放管的线性已没有太大意义。在D 类功放中，没有B 类功放的交越失真，也不存在功率管放大区的线性问题，更无需电路的负反馈来改善线性，也不需要电路工作点的调试。
（4）体积小、重量轻。D 类功放的管耗很小，小功率时的功放管无需加装体积庞大的散热片，大功率时所用的散热片也要比一般功放小得多。而且一般的D 类功放现在都有多种专用的IC 芯片，使得整个D 类功放电路的结构很紧凑，外接元器件很少，成本也不高。
2.5 D 类功放的组成与原理
D 类功放的电路组成可以分为三个部分：PWM 调制器、脉冲控制的大电流开关放大器、低通滤波器。电路结构组成如图2.5.1所示。 驱动开关式
功放PWM 调制器
低通滤波器比较器
模拟音频输入三角波发生器高频振荡
(几百kHz)数字音频输入等比特调制器数字内插
滤波器
D 类放大PWM 信号LC 网络
图2.5.1 D 类功放的组成
其中第一部分为PWM 调制器。最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。把原始音频信号加上一定直流偏置后放在运放的正输入端，另外通过自激振荡生成一个三角形波加到运放的负输入端。当正端上的电位高于负端三角波电位时，比较器输出为高电平，反之则输出低电平。若音频输入信号为零时，因其直流偏置为三角波峰值的1/2，则比较器输出的高低电平持续的时间一样，输出就是一个占空比为1：1的方波。当有音频信号输入时，正半周期间，比较器输出高电平的时间比低电平长，方波的占空比大于1：1；音频信号的负半周期间，由于还有直流偏置，所以比较器正输入端的电平还是大于零，但音频信号幅度高于三角波幅度的时间却大为减少，方波占空比小于1：1。这样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后的波形，称为PWM （Pulse Width Modulation 脉宽调制）或PDM （Pulse Duration Modulation 脉冲持续时间调制）波形。音频信息被调制到脉冲波形中，脉冲波形的宽度与输入的音频信号的幅度成正比。
第二部分为脉冲控制的大电流开关放大器。它的作用是把比较器输出的PWM 信号变成高电压、大电流的大功率PWM 信号。能够输出的最大功率由负载、电源电压和晶体管允许流过的电流来决定。
第三部分为由LC 网络构成的低通滤波器。其作用是将大功率PWM 波形中的声音信息还原出来。利用一个低通滤波器，可以滤除PWM 信号中的交流成份，取出PWM 信号中的平均值，该平均值即为音频信号。但由于此时电流很大，RC 结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用，必须使用LC 低通滤波器。当占空比大于1：1的脉冲到来时，C 的充电时间大于放电时间，输出电平上升；窄脉冲到来时，放电时间长，输出电平下降，正好与原音频信号的幅度变化相一致，所以原音频信号被恢复出来。D 类功放的工作原理见图2.5.2。
PWM 调制
比较器模拟音频输入三角波发生器
PWM 信号
+V DD 驱动-V SS LPF L F C F
原音频信号波形比较器上的
两个波形
比较器输出
的PWM 信号LPF 后的恢复信号波形
（a ）原理简图 （b ）工作波形
图2.5.2 D 类功放原理图
对于数字音频信号输入时，经数字内插滤波器和等比特调制器后，即可得到脉冲宽度与数字音频的采样点数据成正比的PWM 信号。其中数字内插滤波器是在数字音频信号的数据之间再插入一些相关联的数据，以内插方式提高数字音频信号的采样点数（采样频率），等比特调制器是将数字信号的数据大小转换为脉冲的宽度，使输出信号的脉冲宽度与输入数据的大小成正比。
2.6 D 类功放的要求
（1）对功率管的要求。D 类功放的功率管要有较快的开关响应和较小的饱和压降。D 类功放设计考虑的角度与AB 类功放完全不同。此时功放管的线性已没有太大意义，更重要的是开关响应和饱和压降。由于功放管处理的脉冲频率是音频信号的几十倍，且要求保持良好的脉冲前后沿，所以管子的开关响应要好。另外，整机的效率全在于管子饱和压降引起的管耗。所以，管子的饱和压降小不但效率高，且功放管的散热结构也能得到简化。若干年前，这种高频大功率管的价格昂贵，限制了D 类功放的发展，现在小电流控制大电流的MOSFET
已在Hi-Fi功放上得到广泛应用。
（2）对PWM调制电路的要求。
PWM的工作原理图
图2.6
PWM调制电路也是D类功放的一个特殊环节，要把20kHz以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到200kHz（三角波的频率应在音频信号频率的10~20倍以上）。当频率过低时要达到同样要求的THD（总谐波失真）标准，则对无源LC低通滤波器的元件要求就高，结构复杂。如果三角波的频率高，输出波形的锯齿小，就能更加接近原波形，使THD小，而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来构成低通滤波器，造价相应降低。但是，晶体管的开关损耗会随频率的上升而上升，无源器件中的高频损耗、射频的聚肤效应都会使整机效率下降。更高的调制频率还会出现射频干扰，所以调制频率也不能高于1MHz。而在实际的中小功率D类数字功放中，当三角波的频率达到500kHz以上时，也可以直接由扬声器的音圈所呈现的电感来还原音频信号，而不用另外的LC低通滤波器。
另外在PWM调制器中，还要注意到调制用的三角波的形状要好、频率的准确性要高、时钟信号的抖晃率要低，这些参数都会影响到后面输出端由LPF所复原的音频信号的波形是否与输入端的原音频信号的波形完全相同，否则会使两者有差异而产生失真。
（3）对低通滤波器的要求。位于驱动输出端与负载之间的无源LC低通滤波器也是对音质有重大影响的一个重要因数。该低通滤波器工作在大电流下，负载就是音箱。严格地讲，设计时应把音箱阻抗的变化一起考虑进去，但作为一个功放产品指定音箱是行不通的，所以D类功放与音箱的搭配中更有发烧友驰骋的天地。实际证明，当失真要求在0.5%以下时，用二阶Butterworth最平坦响应低通滤波器就能达到要求。如要求更高则需用四阶滤波器，这时成本和匹配等问题都必须加以考虑。近年来，一般应用的D类功放已有集成电路芯片，用户只需按要求设计低通滤波器即可。
（4）D类功放的电路保护。D类功率放大器在电路上必须要有过电流保护及过热保护。
此二项保护电路为D类功率IC或功率放大器所必备，否则将造成安全问题，甚至伤及为其供电的电源器件或整个系统。过电流保护或负载短路保护的简单测试方法：可将任一输出端与电源端（Vcc）或地端（Ground）短路，在此状况下短路保护电路应被启动而将输出晶体管关掉，此时将没有信号驱动喇叭而没有声音输出。由于输出短路是属于一种严重的异常现象，在短路之后要回到正常的操作状态必需重置（Reset）放大器，有些IC则可在某一延迟（Delay）时间后自动恢复。至于过热保护，其保护温度通常设定在150°~160°C，过热后IC自动关掉输出晶体管而不再送出信号，待温度下降20°C~30°C之后自动回复到正常操作状态。
（5）D类功放的电磁干扰。D类功率放大器必须要解决AB类功率放大器所没有的EMI （Electro Magnetic Interference，电磁干扰）问题。电磁干扰是由于D类功率放大器的功率晶体管以开关方式工作，在高速开关及大电流的状况下所产生的。所以D类功放对电源质量更为敏感。电源在提供快速变化的电流时不应产生振铃波形或使电压变化，最好用环牛变压器供电，或用开关电源供电。此外解决EMI的方案是使用LC电源滤波器或磁珠（bead）滤波器以过滤其高频谐波。中高功率的D类功率放大器因为EMI太强目前采用LC滤波器来解决，小功率则用Bead处理即可，但通常还要配合PCB版图设计及零件的摆设位置。比如，采用D类放大器后，D类放大器接扬声器的线路不能太长，因为在该线路中都携带着高频大电流，其作用犹如一个天线辐射着高频电磁信号。有些D类放大器的接线长度仅可支持2cm，做得好的D类放大器则可支持到10cm。
2.7 D类功放选择
下面以荷兰飞利浦公司生产的TDA8922功放芯片为例，对D类功放电路进行介绍。
TDA8922是双声道、低损耗的D类音频数字功率放大器，它的输出功率为2×25W。具有如下特点：效率高（可达90%），工作电压范围宽（电源供电±12.5V~±30V），静态电流小（最大静流不超过75mA），失真低，可用于双声道立体声系统的放大（SE接法，Single-Ended）或单声道系统的放大（BTL接法，Bridge-TiedLoad），双声道SE接法的固定增益为30dB，单声道BTL接法的固定增益为36dB，输出功率高（典型应用时2×25W），滤波效果好，内部的开关振荡频率由外接元件确定（典型应用为350kHz），并具有开关通断的“咔嗒/噼噗”噪声抑制，负载短路的过流保护，静电放电保护，芯片过热保护等功能。广泛应用于平板电视、汽车音响、多媒体音响系统和家用高保真音响设备等。
1．内部结构与引脚功能
TDA8922的内部结构如图2.7.1所示，包含两个独立的信号通道和这两个通道共用的振荡器与过热、过流保护及公共偏置电路。每个信号通道主要包括脉宽调制和功率开关放大两个部分。
图2.7.1 TDA8922内部结构
（1）脉宽调制。输入的模拟音频信号经电压放大后，与固定频率的三角波相比较，全部音频信息被调制在PWM 信号的宽度变化中。三角波的产生由压控振荡器实现，三角波的频率由7脚外接的RC定时元件确定。比较器是一个带锁相环的脉宽调制电路，调制后的电路与功率输出级的门控电路相连，地线被连接到公共地端。当音频信号幅度大于三角波信号幅度时，比较器输出高电平，反之，比较器输出低电平。PWM 信号是一个数字脉冲信号，其脉宽的变化反映音频信号的全部信息。脉冲信号的高、低电平控制两组功率管的通/断，高/低两值之间的转换速度决定两组功率管之间的通/断的转换时间。电路中采用触发器来调整比较器输出的波形，通过快速转换使输出波形得到明显的改善。（2）功率开关放大。功率开关放大部分由门控电路、高电平与低电平驱动电路、MOSFET功率管所组成。门控电路用于输出级的功率开关管在开关工作时的死区校正，防止两个MOSFET管在交替导通的瞬间的穿透电流所引起的无用功耗，因为在高频开关工作时，需要分别将两个MOSFET管的截止时间提前而将导通时间滞后，防止两个管子在交替导通的瞬间同时导通而产生贯通电流，这一贯通电流是从正电源到负电源直通而不流向负载的。PWM 信号控制着MOSFET功率管的通/断，驱动扬声器发声。开关功率管集成在数字功率IC内，有利于缩小整个功放的体积，降低成本，提高产品竞争力。在输出端与高电平驱动器之间接有自举电容，用于提高在上管导通期间的高电平驱动器送到上管栅极的驱动电平，保证上管能够充分导通。
（3）工作模式选择与过热过流保护电路。TDA8922芯片中除了每个声道中的脉宽调制与功率开关放大电路外，还有工作模式选择与过热保护与过流保护。
6脚为工作模式选择端，当6脚外接5V电源时为正常工作模式，此时D类功放各电路正
常工作；当6脚接地（0V）时为待机状态，此时芯片内的主电源被切断，主要电路都不工作，整机静态电流极小；当6脚电平为电源电压的一半（约2.5V）时为静音状态，此时各电路都处于工作状态，但输入级音频电压放大器的输出被静音，无信号输送到扬声器而无声。
过热保护与过流保护是通过芯片温度检测和输出电流检测来实现的。当温度传感器检测到芯片温度>150 oC时，则过热保护电路动作，将MOSFET功放级立即关闭；当温度下降至约130 oC时，功放级将重新开始切换至工作状态。如果功放输出端的任一线路短路，则功放输出的过大电流会被过流检测电路所检出，当输出电流超过最大输出电流4A时，保护系统会在1μs内关闭功率级，输出的短路电流被开关切断，这种状态的功耗极低。其后，每隔100毫秒系统会试图重新启动一次，如果负载仍然短路，该系统会再次立即关闭输出电流的通路。
除过热过流保护外，芯片内还有电源电压检测电路，如果电源电压低于±12.5伏，则欠压保护电路被激活而使系统关闭；如果电源电压超过±32伏，则过压保护电路会启动而关闭功率级。当电源电压恢复正常范围（±12.5V~±32V）
时，系统会重新启动。
（4）输出滤波器。输出滤波器的用途是滤除PWM 信号中的高频开关信号和电磁干扰信号, 降低总谐波失真。LPF参数的选择与系统的频率响应和滤波器的类型有关。音频信号的频率在20Hz～20 kHz，而开关脉冲信号和电磁干扰信号的频率都远大于音频信号频率，因此LPF所用的LC元件参数，可选择在音频通带内具有平坦特性的低通滤波器。
TDA8922包含两个独立的功率放大通道，这两个独立的通道可接成立体声模式，也可接成单声道模式。立体声模式采用SE（Single-Ended）接法， L、R输入的模拟音频信号分别送入各自声道的输入端，L、R扬声器分别接在各自声道输出端的LPF上，从而构成立体声放音系统；单声道模式采用平衡桥式（BTL）接法，如图2.7.2所示，此时两个通道的输入信号的相位相反，扬声器直接跨接在两个通道的输出端，此时扬声器获得的功率可增加一倍（6dB）。
图2.7.2 TDA8922用于单声道的BTL接法
(5)TDA8922TH各引脚的功能如表2.7.3所示。表3.2 TDA8922各引脚功能
引脚符号功能
引
脚
符号功能
1 VSSA2
通道2模拟
电路的负电源供
电端
13 PROT
保护电路用的外接时间
常数电容
2 SGND2
通道2的信
号接地端
14 VDDP1
通道1功率输出级开关
电路的正电源供电端
3 VDDA2
通道2模拟
电路的正电源供
电端
15 BOOT1 通道1自举电容
4 IN2－
通道2音频
输入负端
16 OUT1
通道1的PWM信号输出
端
5 IN2+
通道2音频
输入正端
17 VSSP1
通道1功率输出级开关
电路的负电源供电端
6 MODE
工作模式选
择：待机、静音、
正常工作
18 STABI
内部偏置稳压器的外接
滤波电容端
7 OSC
振荡器频率
调整或跟踪输入
19 HW 芯片连接到VSSD引脚
8 IN1+
通道2音频
输入正端
20 VSSP2
通道2功率输出级开关
电路的负电源供电端
9 IN1－
通道2音频
输入负端
21 OUT2
通道2的PWM信号输出
端
10 VDDA1
通道1模拟
电路的正电源供
电端
22 BOOT2 通道2自举电容
11 SGND1
通道1的信
号接地端
23 VDDP2
通道2功率输出级开关
电路的正电源供电端
2．典型应用电路
TDA8922的典型应用电路如图2.7.4所示。
图2.7.4 TDA8922TH的应用电路
当将TDA8922用于双声道立体声的D类数字功放时，左、右声道的模拟音频信号分别加至输入端的in1和in2。左、右声道的扬声器采用SE接法，分别接在各自声道功放输出端的LPF后与地之间，扬声器的阻抗选用4Ω，此时输入端的4个开关的状态为：J1和J2处于接通状态，J3和J4处于断开状态。两个声道各自独立。
当将TDA8922用于单声道的D类数字功放时，电路采用平衡桥式接法（BTL）。单声道模拟音频信号加在in1（或者in2）端子上，此时输入端的4个开关设置状态为：J1和J2处于断开状态，J3和J4处于接通状态，两个声道输入端所加的模拟音频信号的相位正好相反。功放输出端的扬声器选用8Ω，直接跨接在双声道功放输出端LPF的两端，构成BTL的接法。
正常工作时，6脚的模式选择开关置于“on”位置，即6脚接在5.6V的稳
压源上。
3.TDA8922TH的原理图如图2.7.5所示
图2.7.5
3.1.TDA8922TH的工作参数静态特性如图2.7.6所示
符号参数条件最小
值
典型
值
特征
值
单位
供应
V p 电源电压引脚1 ±
12.5V
±
20V
±
30V
V
I q
总静态电源
电流
空载——55 75 mA
I stb
备用电源电
流
——100 500 uA
信号输入：引脚IN1-、IN1+、IN2-、IN2+
V 1
直流输入电
压
引脚2 ——0 ——
放大输出:引脚 OUT1、OUT2
V o
输出失调电
压
opera
ting
————150 mV
V o1
输出失调电
压变化量
opera
ting
————80 mV
温度保护
T prot
温度保护激
活
150 ————°C
T
hys
滞后温度——20 ——°C 图2.7.6
3.2 D类高效率音频功率放大器器件参数及PCB如图2.7.72.7.8所示
图2.7.7器件参数
音频功率放大器设计报告分析
目录 课程设计任务书 (2) 摘要 (3) 1 模电课设概述 (5) 1.1设计背景 (5) 1.2音频放大类别 (5) 1.3设计目的及意义 (6) 1.4开发环境Multisim 10.0简要介绍 (7) 2 课程设计内容 (8) 2.1功放电路方案的选择 (8) 2.2 BTL电路的组成 (10) 2.3 电路仿真 (13) 3 实物焊接及调试过程 (18) 3.1 焊接实物 (18) 3.2 调试过程遇到的问题及解决方法 (19) 4 总结与心得 (20) 附录 (21) 附件一实验原理图 (21) 附录二元件清单 (22) 附录三参考文献 (23) 成绩评定表 (24)
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：、 题目: 音频功率放大器 初始条件：芯片：TDA2030A、极性电容、非极性电容、可变电阻、定值电阻、扬声器、 要求完成的主要任务: 1.选择合适的功放电路，如：OCL、OTL、或BTL电路。完成对高 保真音频功率放大器的设计、装备与调试； 2.输入信号Uid≤100mv,频率响应范围30Hz-3KHz； 3.在8Ω扬声器的负载下，输出功率连续可调，最大输出功率达 到6W； 4.音频信号放大后，失真≤5%。 5.效率≥60% 时间安排： 安装调试，地点： 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 这学期刚学习模电课,学校要求我们完成一次课程设计任务。模电这门课程主要讲 直流稳压电源。功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL 率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。有用继承运算放大器 BTL功 TDA2030A集成功放，并采用双电源电源供电。TDA2030A集成电路的特点是输出功率大，而且保护性能比较完善，其工作电压范围较广，信号失真度较小，使用两块TDA2030A组成BTL电路，输出功率可增至35W。实验用multism软件对BTL multism软件模拟 该电路由于价廉质优，使用方便，广泛应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。 BTL、TDA2030A、功率放大、multism。
音频功率放大器设计详解
音频功率放大器设计 一、设计任务 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度≤5mV，负载电阻等于8Ω的 条件下，音频功率放大器满足如下要求： 1、最大输出不失真功率P OM≥8W。 2、功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。 3、在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。 4、输入阻抗R i≥100kΩ。 5、具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高 音10kHz处有±12dB的调节范围。 二、设计方案分析 根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图所示框图实现。 下面主要介绍各部 分电路的特点及要求。 图1 音频功率放大器组成框图 1、前置放大器 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输
出驱动扬声器。声音源 的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低
D 类放大高效率音频功率放大器电路图原理
D类放大高效率音频功率放大器电路图原理为提高功放效率，以适应现代社会高效、节能和小型化的发展趋势，以D类功率放大器为核心，以单片机89C51和可编程逻辑器件（FPGA）进行控制及时数据的处理，实现了对音频信号的高效率放大。系统最大不失真输出功率大于1W,可实现电压放大倍数1~20连续可调，并增加了短路保护断电功能，输出噪声低。系统可对功率进行计算显示，具有4位数字显示，精度优于5%。 传统的音频功率放大器主要有A类（甲类）、B类（乙类）和AB（甲乙类）。A类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件，它的优点是输出信号的失真比较小，缺点是输出信号的动态范围小、效率低，理想情况下其最高效率为50%.B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为50%,它的优点是在理想情况下效率可达78.5%,但缺点是会产生交越失真，增加噪声。AB类（甲乙类）功率放大器是以上两种放大器的结合，每个功率器件的导通时间在50%~100%之间，兼有甲类失真小和乙类效率高的特点，其工作效率介于二者之间。传统音频功率放大器效率偏低，体积偏大的缺点与音频功率放大高效、节能和小型化的发展趋势的矛盾，催生了D类（丁类）音频功率放大器出现和发展。本系统即采用D类功率放大实现，并用单电源供电，符合现代社会对电源小巧、便携要求的实际需要。 1系统方案论证与选择 1.1整体方案 方案①：数字方案。输入信号经前置放大调理后，即由A/D采入单片机进行处理，三角波产生及与音频信号的比较均由软件部分完成，然后由单片机输出两路完全反向的PWM 波给入后级功率放大部分，进行放大。此种方案硬件电路简单，但会引入较大数字噪声。 方案②：硬件电路方案。三角波产生及比较、PWM产生仍由硬件电路实现，此方案噪声较小、且幅值能做到更大，效果较好，故采用此方案。 1.2三角波产生电路设计 方案①：利用NE555产生三角波。该电路的特点是采用恒流源对电容线性冲、放电产生三角波，波形线性度较好、频率控制简单，信号幅度可通过后加衰减电位器控制。 方案②：对方波积分产生三角波。积分器与比较器级联，通过对比较器产生的方波积分得到三角波，频率与幅值控制只需调整某些电阻值，控制简单。但考虑积分电路存在积分漂移。 此处采用选择方案①。
音频功率放大器实验报告
一、实验目的 1）了解音频功率放大器的电路组成，多级放大器级联的特点与性能； 2）学会通过综合运用所学知识，设计符合要求的电路，分析并解决设计过程中遇到的问题，掌握设计的基本过程与分析方法； 3）学会使用Multisim、Pspice等软件对电路进行仿真测试，学会Altium Designer使用进行PCB制版，最后焊接做成实物，学会对实际功放的测试调试方法，达到理想的效果。 4）培养设计开发过程中分析处理问题的能力、团队合作的能力。 二、实验要求 1）设计要求 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8Ω。要求直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，所设计的电路满足以下基本指标： （1）频带宽度50Hz～20kHz，输出波形基本不失真； （2）电路输出功率大于8W； （3）输入阻抗：≥10kΩ； （4）放大倍数：≥40dB； （5）具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz 处有±12dB的调节范围； （6）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （7）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 发挥部分： （1）增加电路输出短路保护功能； （2）尽量提高放大器效率； （3）尽量降低放大器电源电压； （4）采用交流220V，50Hz电源供电。 2）实物要求 正确理解有关要求，完成系统设计，具体要求如下： （1）画出电路原理图； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出；
（5）PCB文件生成与打印输出； （6）PCB版图制作与焊接； （7）电路调试及参数测量。 三、实验内容与原理 音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，它主要应用于对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分，如图1所示。 v 图1 音频功率放大器的组成框图 1）前置放大级 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD 唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，
OCL功率放大器
带三段均衡的OCL 功率放大器（C题）设计报告
功率放大器 摘要：本设计主要是音频放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，输出的功率尽可能大（功放管的电压和电流变化范围很大），输出信号的非线性失真尽可能的小（在大信号状态下，电压、电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区），效率尽可能高（负载上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比），实现了对功率的放大作用。 功率放大电路的电路形式很多，有双电源供电的OCL互补对称功放电路，单电源供电的OTL功放电路，BTL桥式推挽电路和变压器耦合功放电路，等等。我选用的是双电源供电的OCL互补对称功放电路。 本次设计选用了双运放LM358、二端接口若干、三极管9013、9012、BD237、BD238、TIP41、TIP42、L7812、L7912、电阻若干、电容若干、构成了三段均衡电路和功率放大电路。经测试成功的使功率放大，达到了对声音的放大效果。 关键字：LM358 功率放大
1 方案比较与论证 方案一：采用LM358双运放设计电路和四个三极管组成，运放为电路的驱动级电路。差分电压±30V，输入电压±16.5V。四个三极管构成功率输出级由双电源供电的OCL互补功放电路构成。为了克服交越失真，由二极管和电阻构成输出级的偏置电路。为了稳定工作状态和功率增益并减小失真，电路中引入电压串联负反馈。功率放大器的作用是给音响放大器的负载（一般是扬声器）提供所需要的输出功率。 方案二：采用LM324通用四运算放大器，双列直插8脚封装，其内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V o”为输出端。两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端,表示运放，输出端V o的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端V o的信号与该输入端的相位相同。 方案选取：本设计选择方案一采用LM358和三级管就能满足实验要求了，这样设计电路简单，应用简单。
高效音频功率放大器
高效音频功率放大器 一、设计任务与要求 1、设计任务 设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限），负载为8Ω电阻。 2、设计要求 ⑴基本要求 ①功率放大器 a．3 dB通频带为300～3400Hz，输出正弦信号无明显失真。 b．最大不失真输出功率≥1W。 c．输入阻抗>10kΩ，电压放大倍数1～20连续可调。 d．低频噪声电压(20kHz以下)≤10mV，在电压放大倍数为10、输入端对地交流短路时测量。 e．在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50％。 ②设计并制作一个放大倍数为1的信号变换电路，将功率放大器双端输出的信号转换为单端输出，经RC滤波供外接测试仪表用，如下图所示。图中，高效率功率放大器组成框图可参见本题第3项“说明”。 图1 系统组成框图 ③设计并制作一个测量放大器输出功率的装置，要求具有3位数字显示，精度优于5％。 ⑵发挥部分 ① 3dB通频带扩展至300Hz～20kHz。 ②输出功率保持为200mW，尽量提高放大器效率。 ③输出功率保持为200mW，尽量降低放大器电源电压。 ④增加输出短路保护功能。 ⑤其他。 1、说明 ⑴采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一，D类放大原理框图如下图所示。本设计中如果采用D类放大方式，不允许使用D类功率放大集成电路。
图2 D类放大原理框图 ⑵效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5 v)，不包括“基本要求”中第(2)、(3)项涉及的电路部分功耗。制作时要注意便于效率测试。 ⑶在整个测试过程中，要求输出波形无明显失真。 二、方案论证与比较 根据设计任务的要求，本系统的组成方框图如图1所示。下面对每个框电路的设计方案分别进行论证与比较。 1、高效率功率放大器 ⑴高效率功放类型的选择 方案一：采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。 方案二：采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率。理论上为100％，实际电路也可达到80％～95％，所以我们决定采用D类功率放大器。 ⑵高效D类功率放大器实现电路的选择本题目的核心就是功率放大器部分，采用何种电路形式以达到题目要求的性能指标，这是关键。 图3 脉宽调制器电路 ①脉宽调制器(PWM) 方案一：可选用专用的脉宽调制集成块，但通常有电源电压的限制，不利于本题发挥部分的实现。 方案二：采用图3所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路，各部分的功能清晰，实现灵活，便于调试。若合理的选择器件参数，可使其能在较低的电压下工作，故选用此方案。 ②高速开关电路
音频功率放大器的设计毕业论文
音频功率放大器的设计毕业论文
单刀音频功率放大器的设计 摘要 本次课程设计题目为音频功率放大器，简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放。 设计中主要采用OP07进行音频放大器的设计，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。设计中的音频功率放大器主要由直流稳压电源、前置放大电路、二级放大电路和功率放大电路组成。前置放大电路采用了反相比例运算放大器，二级放大电路用一个低通滤波器和一个高通滤波器组成一个带通滤波器，功率放大电路采用了OCL电路。直流电源采用桥式电路进行整流，输出则采用了三端集成稳压器。 对前置放大电路和二级放大电路进行了输入、输出分析和频率响应分析。对功率放大电路进行了输入和输出功率分析。对直流电源进行了输出电压验证。最后对总电路进行了输入、输出
分析、频率响应分析、噪声分析。 关键词： OP07 音频功率放大器
目录 摘要................................................................ I Abstract.......................... 错误!未定义书签。第一章音频放大器的概述.. (1) 1.1音频放大电路的回顾 (1) 1.2音频功率放大器的介绍 (2) 1.2.1 A类(甲类)功率放大器 (3) 1.2.2 B类(乙类)功率放大器 (3) 1.2.3 AB类(甲乙类)功率放大器 (4) 1.2.4 C类(丙类)功率放大器 (4) 1.2.5 D类(丁类)功率放大器 (5) 1.3放大器的技术指标 (5) 第二章音频功率放大器的设计 (11) 2.1设计方案分析 (11) 2.2前置放大电路设计 (11) 2.3二级放大电路设计 (15) 2.2.1 低通滤波器设计 (15) 2.2.2 高通滤波器设计 (17) 2.2.3 二级放大电路电路设计 (20) 2.4功率放大器设计 (21) 2.5 直流稳压电源设计 (23)
功率放大器原理功率放大器原理图
袁蒁膃蚇腿肀肃功率放大器原理功率放大器原理 图 芃蚆葿艿袂薇蒆要说功率放大器的原理，我们还是先来看看功率放大器的组成：射频功率放大器（RF PA）是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。 射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。 螆肇葿蚄蚆芈羁功率放大器原理 衿蚈膂袆袆膁螁高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。在“低频电子线路” 课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。 高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100％，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。 我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至20000 Hz，高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535－1605 kHz的频段范围）的频带宽度为10 kHz，如中心频率取为1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。 近年来，宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率
OCL功率放大器设计分析
设计题目：OCL功率放大器设计 姓名： 学号： 班级：14级 专业：电子信息工程 设计时间：2016 2016年 7 月 4 日
目录 概述 (3) 一、任务及要求： (4) 1.设计任务 (4) 2.设计要求 (4) 二．总体方案设计 (4) 1.设计思路 (4) 2. OCL功放各级的作用和电路结构特征 (4) 三．单元电路的选择及设计 (5) 1、设计方案 (5) 2、设计选择 (5) (1)设计一个放大器所需要的直流稳压电源 (5) (2)差分放大电路电路图 (6) (3)复合管放大电路电路图 (7) (4) U的倍增电路电路图 (7) BE 四.总体电路图 (9) 五．元器件参数的选择： (10) a.确定工作电压 V (10) CC b.功率输出级的设计： (11) c.推动级（V4）的设计 (12) d.输入级的设计 (13) 六、总结与体会 (15)
概述 (1)放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是，功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。对电压放大电路的主要的要求是使其输出端得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压增益，输入和输出阻抗等，输出的功率并不一定大。而功率放大电路则不同，它主要要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率，因此功率放大电路包含这一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题，这些问题是： 要求输出功率尽可能大 为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。 效率更高 (2)由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。 非线性失真小 (3)功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同。 (4)功率器件的散热问题:在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件承受的电压高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题了。 (5)此外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。 (6)OCL功率放大器是一种一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽，保真度高，动态特性好及易于集成化等特点。OCL是英文Output Capacitor Less 的缩写，意为无输出电容。采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL功放电路也是定压式输出电路。
OTL功率放大器设计解析
电子技术基础课程设计任务书 20xx－20xx学年第一学期第xx周－xx周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
目录 一、设计任务 (2) 二、总体方案的设计与选择 (2) 三、总体电路图及印刷板图 (6) 四、计算机仿真 (7) 五、安装调试 (8) 六、焊接实图 (10) 七、心得体会 (11) 参考书籍 (11)
设计题目：OTL功率放大器设计 一、设计任务 （一）设计任务：设计一个OTL功率放大器 （二）设计要求： 1、要求电路采用集成电路组成； 2、额定输出功率大于等于10W； 3、负载阻抗等于８Ω； 4、采用TDA2003集成芯片。 二、总体方案的设计与选择 （一）电路原理 1、OTL功放原理 （1）乙类输出无变压器（output transformerless 简记OTL）功率放大器 图2-5-14所示乙类OTL功放电路， V 1与V 2 为互补对称管，故这种电 路也是互补对称电路。 由于电路结构上的对称性，静态下A、B对地电压均为U G /2，C 1 、C 2 端 电压U C1=U C2 =UG/2。因此，输出耦合电容又相当于一个U G /2的直流电源。图 中的A点又称中点。 图2-5-14 乙类OTL功放 当电路输入正弦信号，且u i >0时，功放管V １ 导通、V ２ 截止，电路为射 极输出器，u Ｏ≈u i ，u Ｏ 输出正半周，其振幅最多可达U Ｇ /2，；u i <0时，V １ 截 止，V ２导通，u Ｏ ≈u i ，u o 输入负半周，振幅最多可达U G /2。当U om ＝U G /2时，
功率放大器,功率放大器的特点及原理
功率放大器,功率放大器的特点及原理是什么? 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。 功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。 一、功率放大器的特点 向负载提供信号功率的放大器，通常称为功率放大器。功率放大器工作时，信号电压和电流的幅度都比较大，因此具有许多不同于小信号放大器的特点。 l．功率放大器的效率 功串放大的实质是通过晶体管的控制作用，把电源提供给放大器的直流功率转换成负载上的交流功率。交流输出功串和直流电源功率息息相关。一个功率放大器的直流电源提供的功率究竟能有多少转换成交流输出功率呢？我们当然希望功率放大器最好能把直流功率（PE= EcIc）百分之百转换成交流输出功率（Psc＝Uscisc）实际上却是不可能的。因为晶体管自身要有一定的功率消耗，各种电路元件（电阻、变压器等）要消耗一定的功率，这就有个效率问题了。放大器的效率η指输出功率Psc与电源供给的直流动率PE之比，即通常用百分比表示： η=Psc/PE 通常用百分比表示： η=Psc/PE×100% 效率越高，表示功率放大器的性能越好。 晶休管在大信号工作条件下，工作点会上下大幅度摆动。一旦工作点跳出输入或输出特性曲线的线性区，就会出现非线性失真。所以对声频功率放大器来说，输出功率总要和非线性失真联系在一起考虑。一般声频功率放大器都有两个指标棗最大输出功率和最大不失真输
TDA2030集成电路功率放大器设计方案
TDA2030集成电路功率放大器设计 一、设计题目集成电路功率放大器 二、给定条件字串5 设计一款额定输出功率为10 ~ 20W的低失真集成电路功率放大器，要求电路简洁，制作方便、性能可靠。性能主要指标： 字串3 输出功率：10 ~ 20W （额定功率）； 字串9 频率响应：20Hz ~ 100kHz （ < 3dB 字串6 谐波失真：w 瑶（10W,30Hz~20kHz ）; 字串9 输出阻抗：< 0.16 Q字串4 输入灵敏度：600mV （1000Hz，额定输出时） 三、设计内容 1 ?根据具体电路图计算电路参数字串8 2?选取元件、识别和测试。包括各类电阻、电容、变压器的数值、质量、电器性能的准确判断、解决大功率放大器散热的问题。字串5 3 ?了解有关集成电路特点和性能资料情况 字串5 4?根据实际机壳大小设计1：1印刷板布线图字串3 5 ?制作印刷线路板
字串4 6 ?电路板焊接、调试（调试步骤可以参考《模拟电子技术实验指 字串2 导书》有关放大器测试过程字串5 7?实训期间必须遵守实训纪律、听从老师安排和注意用电安全。 四、功率放大电路的测试基本内容 字串6 注意：将输入电位器调到最大输入的情况。 字串2 1测量输出电压放大倍数Au字串7 测试条件：直流电源电压14v,输入信号1KH z 70 mv （振幅值100mv）,输出负载电阻分另为4Q 和8Q O 字串3 字串4 2.测量允许的最大输入信号（1KH z）和最大不失真输出功率 字串5 测试条件：①直流电源电压14v，负载电阻分别为4 Q和8 Q O 字串3 ②直流电源电压10v,负载电阻为8Q O
新型定压输出功率放大器电路分析与维修图解
新型定压输出功率放大器电路分析与维修图解 定压输出的功放过去叫扩音机，在农村和企业常作广播系统使用，近年来在宾馆、饭店、广场播放背景音乐也得到广泛应用。目前流行的定压功放一改过去推挽输出的功率放大电路，而是采用如彩页附图REESOUND MA－300这种新型功放电路。如ET－5350、MP－600P等机型都采用了这种电路。 从电路图中可看出这种功放电路与普通OCL功率放大器有很大区别。普通的家用或专业功放电路功率管均采用发射极输出形式，功率输出由中点通过负载到公共地构成回路。此电路功率管却是集电极输出方式，PNP和NPN不同极性的功率管集电极直接连在一起，输出中点与信号输入地连接。电源变压器B1次级单绕组120V经桥式整流后通过C1、C2、R1、R2分压形成正负电源（±60V)和悬浮地。作为负载的输出变压器B2的初级绕组就跨接在输入地和悬浮地之间。有资料把这种电路形式叫电流源激励共射输出放大电路。功率管不在大环路反馈环之内，克服了功率管温度特性不稳定的缺点，并充分发挥了集电极输出电压增益高的优点ZD1、ZD2两个3V稳压管相对着跨接在输入端与地之间，可防止输入信号过强。T1、T2、T3、T4组成双差分放大电路，反馈信号不象普通电路取自中点而是取自悬浮地。送往下级的信号不是由输入管集电极取出，而是从反向输入管集电极取出，这也是与传统OCL电路的不同之处。T5、T6和T7、T8组成共射共基电压放大电路，用D1、D2，D3、D4发光二极管给T6、T7基极提供稳定的电压可减小因电压波动而引起的
非线性失真。T9是恒压偏置管，热敏电阻Rt并联在T9基极的上偏置电路里，安装在散热片上，起到温度补偿的功能。ZD3、ZD4两个12V稳压管和电阻电容给前两级提供稳定电压，有效的隔离了功率输出引起的电压波动。T10、T11，T12、T13构成复合电流放大级，ZD5、ZD6的加入可防止信号过强时引起对功率管的过激励，是一种新颖的保护电路。T14－T23是五对功率管（原电路板有六对位置只装五对），因采用这种新电路使功率管安装很方便，不用云母片而直接固定在方桶型散热片上（配有风机）。C3、R3是茹贝尔补偿网络，克服输出变压器纯感性负载造成的高频移相自激。T24、T25组成过流检测电路，T26是悬浮地直流检测电路。当电路过流或悬浮地直流偏移严重时两个检测电路就会使继电器驱动电路截止，释放继电器起到保护作用。T27、T28是继电器J驱动电路，温度继电器Jt是常闭型，安装在散热片上。当散热片温度过高时，Jt由常闭转为打开状态，T28失去偏置而截止，继电器J释放，触点JK打开而停止功率输出。因扬声器是通过线间变压器和输出变压器与直流电路隔离，不存在开机电流冲击现象，因此继电器不需要延迟闭合，开机就吸和。也有机型采用继电器常态不吸和，利用常闭触点接通负载，在有故障时继电器吸和断开负载。输出变压器B2次级设置有20V、70V、100V三档，其中20V可直接配接16Ω25W号筒喇叭。100V输出需经过定压式线间变压器再连接号筒喇叭或吸顶扬声器、室外音柱。为适应饭店多套客房背景音乐的控制，有的机型面板还设置了四个选择开关，背后增加了四组接线柱，按下某个选择开关相应一路就接入100V输出端。
功放的工作原理与作用
功放的工作原理与作用 功放的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大，以推动扬声器放声。一套良好的音响系统功放的作用功不可没。 功放作为各类音响器材中的大块头，它主要是将音源器材输入的较弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也不尽相同。 汽车功放电路图 汽车音响系统跟家用音响一样，使用功率放大器才能使整个系统完整。如果是刚接触汽车音响的人，对于在汽车中也安装功率放大器，甚至是安装多个功率放大器，可能会觉得不可思议。这个要从汽车自身来讲开，因为汽车的电源电压一般只有14.4V，功率(P)＝电压(U)x电流(I)，最多能达到4x55W。如果只用主机自身的功率放大器，只能推动功率小的扬声器，而且音量开大就会失真，声音听起来生硬，缺乏弹性。人耳听觉是有限度的，其下限比所能听到的音量上限还要少，这个可解释为何声音在一开始时感觉比较强烈，慢慢会觉得微弱下去。要让任何声音达到最逼真的状态，对于目前技术还无法解决。挡风玻璃，内装饰，发动机以及车底盘和轮胎在路面行驶时所发出的噪音，对聆听环境造成不可忽视的影响。只能加装功率放大器，才能解决低声压级和后级功率不足的缺陷，来重播音乐的全部信息。如果车用功率放大器内部使用逆变电源，将电源电压提高到40V左右，功率也会随之得到提高，这样便可推动大功率扬声器。由于储备功率加大，提高音量就不会产生失真，音质有力且富有弹性。尤其在推动大尺寸的低音扬声器时，低音区更加延伸，声音变得丰满，这样这个难题就能迎刃而解。
实际上功放是高保真地还原音频信号。我们来打个简单的比方，其实功放就好比复印机工作。为何要把这两个风马不相及的概念扯在一块，听我仔细一一道来。它们的实质作用都是复制某物，正如复印机可以把较小的纸张复印成较大的纸张。假如你去复印A4的纸张原件，那么你除了可以得到A4纸张的复印件，还可以得到A3或A1，甚至更大的纸张，新的复印件其实就是就是原件的放大版，这个你自己根据需要可以去控制调节。功放酷似复印机，复印件并非本源的原件。经过功放加工的信号就是原音频的还原加强版，音量比源音频输入要大。它改变的只是音频输入的音量，而音色并无改变。如果它的音色也改变了.那么它的波长及频率也相应有所改变。对于此话题本文将不做详细且有深度的阐述。这个比方通俗易懂，恰如其分。现在，我想大家对于功放应该有了大致的认识。总而言之.车载功放就是把输入端(主机、CD播放机等等)的音频输入还原放大，同时使它达到足够的强度，以至于能够带动喇叭工作。 功率放大器的工作原理就是靠电压来控制电流通道的大小来达到控制电流大小的目的。利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。而场效应管则是用栅极电压来控制源极与漏极的电流，其控制作用用跨导表示，即栅极变化一毫伏，源极电流变化一安，就称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率的输出，并非真的将功率放大了！它们是转化的电源功率，而不是对能量的放大。以我们目前的技术我们还是要遵守能量守恒定律的。
功率放大器的设计
课程设计任务书 学生姓名：专业班级：电子1003班 指导教师：葛华工作单位：信息工程学院 题目: 功率放大器的设计 初始条件： 计算机、Proteus软件、Cadence软件 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：2周 2、技术要求： （1）学习Proteus软件和Cadence软件。 （2）设计一个功率放大器电路。 （3）利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版，用Proteus软件对该电路进行仿真。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。 2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 2013.11.17-11.21对功率放大器进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2013.11.22 提交课程设计报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要........................................................................ I Abstract ................................................................... II 1 功放的工作原理及分类 (1) 1.1功放的工作原理 (1) 1.2功放的分类 (1) 2 软件介绍 (2) 2.1 Proteus (2) 2.1.1 Proteus简介 (2) 2.1.2工作界面 (2) 2.1.3 对象的放置和编辑 (3) 2.1.4 连线 (4) 2.2Cadence软件 (4) 2.2.1 Cadence简介 (4) 2.2.2 Cadence软件的特点 (4) 2.2.3电路PCB的设计步骤 (4) 3 设计方案 (6) 3.1 运算放大电路的设计 (6) 3.2 功率放大电路的设计 (7) 3.3 音频功率放大电路 (9) 3.4方案总结及仿真 (10) 4 Candence软件操作 (11) 4.1 Cadence画电路原理图 (11) 4.2 布线及PCB图 (11) 4.2.1布线注意事项 (11) 4.2.2 PCB制作 (12) 5.心得体会 (14) 6.参考文献 (15)
音频功率放大器的设计与实现
模拟电子电路实验课程设计 ——音频功率放大器的设计与实现 一、设计任务 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8 。要求直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，所设计的电路满足以下基本指标： （1）频带宽度50Hz～20kHz，输出波形基本不失真； （2）电路输出功率大于8W； （3）输入阻抗：≥10kΩ； （4）放大倍数：≥40dB； （5）具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz 处有±12dB的调节范围； （6）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （7）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 发挥部分： （1）增加电路输出短路保护功能； （2）尽量提高放大器效率； （3）尽量降低放大器电源电压； （4）采用交流220V，50Hz电源供电。 二、设计要求 正确理解有关要求，完成系统设计，具体要求如下： （1）画出电路原理图； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出； （5）PCB文件生成与打印输出； （6）PCB版图制作与焊接； （7）电路调试及参数测量。 根据以上设计要求编写设计报告，写出设计的全过程，附上有关资料和图纸。设计报告格式请参见附录一。 三、实验原理 音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，它主要应用于
对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分，如图1所示。 v 图1 音频功率放大器的组成框图 1．前置放大级 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD 唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，采用低噪声场效应管组成放大器是合理的选择。如果采用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。对于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。 常用的前置放大器按结构划分有五种类型： （1）单管前置放大器 （2）双管阻容耦合前置放大器