各类音频放大电路
D类音频功率放大器（Class D Audio Power Amplifier）
近二十年来电子学课本上所讨论的放大器偏压(Bias)分类不外乎A类、B类、C类等放大电路，而讨论音频功率放大器仅强调A类、B类、AB类而却把D类放大器给忘掉了，事实上D类放大器早在1958年已被提出(注一)，甚至还有E 类、F类、G类、H类及S类等(注二)，只是这些类型的电路与D类很接近，运用机会低，所以也就很少被提及。
音频功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率输出，而卫衍生与电源所供给功率不对等的关系，即所谓功率放大器的效率(输出功率与输入功率之比)如表一所示:
随着轻、薄、短、小手持电子装置的发展，诸如手机、MP3、PDA、IPOD 及LCD TV…数位家庭等，寻求一个省电的高效率音频功率放大器是必然的。因此最近几年音频功率放大器由AB类功率放大器转以D类功率放大器为主流。如图1所示(注三)，在实际应用上D类放大效率可达90%以上远超过效率50%的AB类放大。所以D类放大的晶体管散热可大大的缩小，很适合应用于小型化的电子产品。
表一各類功率放大器的效率比
圖 1 D類及AB 類效率比
A类放大器(又称甲类放大器)的特点是不论是否输入信号，其输出电路恒有电流流通，而且这种放大器通常是在特性曲线的线性范围内操作，如图2所示，以求放大后的信号不失真。所以它的优点，是失真度小，信号越小传真度越高，最大的缺点是“功率效益”（Power Efficiency）低，最大只有25%，不输入信号时丝毫不降低消耗功率，极不适合做功率放大。但因其高传真度，部分高级音响器材仍采用A类放大器。
图1
图2(a)、(b)皆属A类放大器，设计时让V CE=1/2V CC，以求最大不失真范围。注意到V i 不输入时仍有0.5V CC/R L的电流流过晶体管，所以晶体管需要良好的散热环境。由于“共集极”组态（图2(a) Common Collector组态又称“射极跟随器”）转移特性曲线较“共射极”组态（图2(b) Common Emitter组态）有较佳的线性度（亦即失真较低）及较低的输出组抗，因此，同属于A类放大器，射级随耦器却较常被当成输出级使用（“共射级”组态较常被当成“驱动级”使用）。
a b
图2 A类放大器
图3 变压器耦合A类放大器
图4 变压器耦合A类放大器的直流负载特性
B类功率放大器（乙类功率放大器）是工作点在特性线极端处的一种放大器，如图1所示。当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。所以，若将上图的左图V BB拿掉，则根据定义，这种零偏压的电路就是一种B类放大器。然而，由于它的静态点在（V CC，0）处，因此，对于一个正弦波输入信号，它的输出端波形只剩半个周期是可以预期的。
图1 B类功率放大器电路图
解决上述问题的方法，是将另一半周期的信号以一PNP型BJT与原射级跟随器相接，形成所谓的“互补式射级跟随器”(Complementary Emitter Follower)，又称为“B 类推挽式放大器”（Class B Push-Pull Amplifier），如图1所示。其动作原理，在V i的正半周其间，Q1导通且Q2截止，所以，形成图2的输出端正半周正弦波；同理，当V i为负半周时，Q1截止而Q2导通，结果形成输出端负半周正弦波，如图2虚线部分所示。
图2 B类功率放大器特性图
由于B类推挽式放大器在无输入信号时不消耗功率，因此它较A类放大器有更高的最大功率效益（可达78%）。然而，由于推挽式放大器的信号振幅范围有一段是在特性线的非线性区域上，因此导致严重的失真，如2所示，这种失真我们称它做“交越失真”（Cross-Over Distortion）。为了改善这种情形，所以有了AB类放大器，见下篇。
图3 B类双端推挽放大器
图4 交流信号输入示意图
图5 集极电流的变化情形
AB类功率放大器（又称-甲乙类功率放大器）（Class AB Amplifier）
前面提到的B类推挽式放大器的交越失真，是由于信号大小在-0.6V 图1 AB类放大器 AB类放大器所产生的失真虽然比B类放大器小，但这项改进所付出的代价是待命功率的浪费及功率效率的损失。 G类放大器一般用于高频电路，这里不再敷述。 图2(a) B类放大器的交越失真图2(b) AB类放大器消除交越失真的情形 图3 变压器耦合AB类推挽放大器 图4 AB类放大器对于交叉失真的改善情形 各种类型放大器优缺点比较： A类放大器B类放大器AB类放大器C类放大器 工作点位置负载线中点负载线截止点负载线中点与截止 点之间 负载线截止点以下 的区域 导通角度θ=360°θ=180°180°＜θ＜360°0°＜θ＜180° 失真度失真最小失真度略高于AB 类，有交叉失真 可消除交叉失真 失真度最大，有截波 失真 功率转移效率效率最低，在50% 以下 效率约为50%至 78.5% 效率略低于B类 效率最高，在85% 以上 主要用途失真度低的小功率 放大器 大功率放大器一般的音响扩大机射频电路与倍频器 三极管Hi-Fi放大器的功率级大部分使用B类SEPP.OTL功率放大电路。因为B 类放大电路功率较高，最高达78.5%，除非是发烧级的音响，为求完美的不失真才会用A类。就三极管的散热以及电源电路的容量，B类都比A类好很多。 PP 电路中虽然有输出电路产生的偶次高谐波可互相抵销的优点，但实际上，主放大器推动PP电路中的A类驱动级就会产生二次高谐波，因此高谐波还是很多。不过，B类PP电路为减少交叉失真，须特别注意偏压的稳定。以下介绍几个代表性的B类SEPP.OTL电路 图a 半对称互补OTL放大电路 图b 全对称互补OTL放大电路 图一输入变压器式功放电路 输入变压器式SEPP电路如图一，利用输入变压器进行相位反转作用。线路简单而中心电压又稳定，如果使用两电源方式，可简单剪掉输出电容器。又，输出短路时，不容易流出大电流，对过载引起的破坏，有很大的防止作用。不过因为输入变压器的影响，不能有较深的负反馈，所以不能获得较低的失真，在高频特性及失真会显著恶化是主要缺点。 CE分割方式 图二CE分割方式 如图二所示，利用三极管Q1 集电极与发射极之相位相反进行反向的方式，与真空管的PK分割相同。因为可以由NPN型三极管构成，所以很容易找到特性整齐的三极管。但是，因为有电路比较复杂，需用的交连电容多，低频特性不好，所以一直不能成为主流的电路。 互补方式 图三互补方式 如图三所示，利用NPN与PNP型三极管之组合作为相位相反兼驱动的电路，三极管放大器几乎都使用这种方式。因为电路直接交连，相位偏差少，且可以有较大的负反馈，所以容易作成超低失真度的放大器。可以获得Intermodulation少，输出组抗低等优点。然而，过载时有非常大的电流经过输出三极管，因此必须有适当的保护电路。从防止被破坏来讲，这点很不利。此外，输出三极管之偏压须经过稳定化，对于电源电压之变动及温度变化须做适当补偿。输出三极管虽然亦有采用NPN和PNP型组合的纯互补电路，但是大输出的PNP硅晶体现在很贵，不容易买到，所以较少采用。利用硅NPN及锗PNP三极管组合的纯互补电路，上下对称特性虽然较差，但因为线路单纯，所以最常被使用。现在就图三的电路图作说明。 图三是互补式放大器第二级后的电路。Q1为A类驱动级，利用VR1偏压调整，改变Q1的集电极电流，将中心电压调整到Vcc的1/2。因为利用R2从Q1的集电极(约与中间电压同电位)进行DC 负反馈加以稳定化，因此只要电路常数选择的当，中间电压几乎没有调整的必要。二极管与VR2用来改变Q2与Q3的基极偏压，进而调整Q4及Q5的无信号电流。无信号电流在Pc 100W级的三极管以30~50mA，Pc 25W级的三极管以20~30Am最恰当。Q3，Q4负责信号的上半部，Q2，Q5负责信号的下半部，分别交替进行动作。因此，无信号电流如果太少，即出现跨越失真，上下信号之接和部分变形。无信号电流如过多，则损失增多，产生热的问题，因此须利用温度补偿使其保持一定大小。温度补偿的方法等一下会提到。 直接交连双电源无电容式方式 图四交连双电源无电容式方式 从图四可知，将互补式电路的初级改成差动放大，使电源电压即使有变动，中间电压亦能保持零电位的电路，就是直接交连二晶体无电容方式。因为没有输出电容，所以低频部分阻尼特性非常好，即使1 KHz附近的波形，亦可完整而极少失真的再现。但是，加上电源时，中间电压的稳定度会有问题，Q1，Q2的差动放大级与Q3的A类驱动级，电路常数应适当选择，使加上电源时，尽可能由低电压开始动作。 负反馈与阻尼因数 放大器的阻尼因数以DF=RL/Zout表示，因此，输出阻抗越低的放大器DF越好，不加负反馈的互补电路，输出阻抗为1~5Ω。使用complementary电路放大器，输出阻抗很容易做到0.1Ω以下。 冲击噪声防止电路 OTL电路当电源加入时，输出电容瞬间被充电，因此一下子会有很大的冲击。防止这个冲击的方法，就是使中间电压慢慢上升，图四即为此种电路的例子。 温度补偿方式 使用三极管的功率放大器为防止热失控，须进行温度补偿。顺便补充一下前面说过的互补式电路的温度补偿。 三极管温度一上升，电流亦增加，此增加部分可用二极管，热电阻或三极管等进行补偿。因 为补偿可以减少跨越失真，因此，可以达到稳定无信号电流的作用。对于电源电压的变动亦有稳定化的必要。图六为利用热敏电阻及三极管作补偿之例，具有非常优秀的特性。 图六温度补偿方式 频率特性以及功率频带宽度 频率特性为判断放大器好坏一个很重要的因素，通常以输入方波的方式看输出的波型来看频率特性。图九是一特性平坦的放大器，波型右侧微微成直线下斜是因为10 Hz附近频率特性下降的缘故。图十之波形上升部分略成圆钝，表示中频的100~500Hz部分特性略有起伏变化。图11之方波频率为10 KHz，输出波形非常漂亮，此放大器之特性至少从1KHz到50 KHz附近均完全平坦。图12因为30Khz附近之频率特性下降，所以上升部份成圆钝状。因为这些方波特性可以直接表现出频率特性的好坏，所以非常重要。如果输出波形有Ringing现象，表示高频特性有peak存在。 假设输出50W的放大器从10Hz~30KHz间频率特性衰减在3dB内，则输出功率在25W以上范围可从10Hz~30KHz，此即放大器的功率频带宽度。功率频带宽度对放大器的超低音及超高音部分很重要。低频部分特性由电源电容及输出电容决定，高级放大器使用大容量的电容就是这个原因。 图七 图八 图九 图十 一、D 类放大器的架构 D 类放大器又可称数字式功率放大，基本架构如图2所示，输入讯号经由脉波宽度调变器(Pulse Width Modulation)将音频信号调制成数字信号后，由功率晶体管(Q1,Q2)放大输出，再经由低通滤波器(Lf,Cf)取出原输入端的音频讯号送至喇叭输出。 由于功率晶体管输入为一数字信号，Q1,Q2工作处于饱和与截止两个状态，因此Q1,Q2本身所消耗功率将非常小，提高整个放大器的效率，而使散热装置大幅减小进而在组件的设计上可以大大缩小其体积。如图3所示MP7720具有20W 输出的D 类放大器的尺寸为4.8mm x 5.8mm x 0.135mm (注四) 二、D 类放大器的功率分析 功率放大器的输出属开关状态，即输出为一方波波形，由傅利叶级数分析知: V o (t)= π Vcc 4( t ωsin + 31t ω3sin +51t ω5sin +7 1 t ω7sin +…) 高次谐波经由低通滤波器滤除后，输出信号的最大值为π Vcc 4，因此负载所能得到的最大功率P Lm 为 圖3 MP7720 元件圖 圖2 D 類放大器基本架構 P Lm =L m R V 2 =L R c 22 c 8V π 而电路的平均电流I av= πm V 2=L R c 2c 8V π，则电源输入功率P s=V cc *I av=L R c 22c 8V π 由P Lm 与P s 比值知， D 类放大效率达到100%。 三、脉波宽度调变器(Pulse Width Modulation;PWM ) PWM 属于数字元通讯中调变模式的一种方式，也经常被应用在直流马达的伺服控制、交换式电源供给器(switching power supply )…等， 其间的差异在于所使用振荡器频率的不同，基本架构如图4所示，就是利用一三角波经由比较器与输入信号作比较而产生一方波输出，而方波的输出频率与输入三角波频率相同，仅方波的工作周期随着输入信号(正弦波)振幅大小而改变如图5所示。图6所 示为一简易型PWM 产生 电路(注五)，由枢密特电路及积分电路所组成，振荡器频率由R 、C 、及R 1’R 2所决定: f o =1 2 4RCR R 圖4 PWM 基本架構 圖5 PWM 輸出波形 D 类放大器主要提供20~20Khz 音频放大，因此PWM 调制频率必须使用大于10倍以上的频率，频率愈高还原后的信号将愈细腻、清晰，例如MP7720如表二所示均使用在600Khz 以上。 四、MP7720电路分析 D 类放大器的常见业者有ADI 、Cirrus Logic 、MAXIM 、Motorola 、NS 、Philips 、Sanyo 、ST 、TI …等，图7电路所示为MonolithicPower 公司所生 产的MP7720应用电路，提供20W 的输出功率(Vdd =24v )，放大倍数由R 4,R 1 决定，Av=-14R R , C 3负责调制频率的大小如表二所示，电路频率为720KHz, 而R3,R2决定放大器工作点的偏压。 圖6 PWM 產生器 表二 MP7720增益、調制頻率及電容的關係表 表二 MP7720典型應用電路 五、结论 D类放大器由于具有高效率、省电及体积小的特点，随着掌上型、行动式、掌上型装置的发展，其音效部分大都以D类放大器为主流，因此在电子学的教学方面应多加强调，尤其PWM电路观念的介绍，对学习电子、信息及电机领域的同学帮助很大。 六、参考数据 注一:Class D Audio Amplifier,Analog Dialogue 40-60,June(2006),https://www.360docs.net/doc/5b4319576.html, 注二:Solid State Radio Engineering”,Herbert L.Krauss ,1980竹一出版社 注三:Sergio Sánchez Moreno (ColdAmp) ,June 2005, https://www.360docs.net/doc/5b4319576.html,/articles/pwm.htm 注四:MP7720 20W Class D Mono Single Ended Audio Amplifier,https://www.360docs.net/doc/5b4319576.html, 注五:PWM Motor/Light Controller, https://www.360docs.net/doc/5b4319576.html, 一、设计题目：音频功率放大电路 二、设计的任务和要求 1、主要要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路， 负载为扬声器，阻抗8Ω。 2、性能指标：频带宽50H Z ～20kH Z ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W； 输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47KΩ。 三、原理电路和程序设计 3.1、方案的确定及论证 1、OTA互补对称功率放大器 OTL 电路通常由两个对称的异型管构成，因此又称为互补对称电路，图 3-1 为单电源 OTL 互补对称功率放大电路。电路中 T1 是推动级（电压放大，也叫激励级），其中Rb1、Rb2是 T1 的基极偏置电阻，Re为 T1发射极电阻，Rb为T1集电极负载电阻，它们共同构成 T1 的稳定静态工作点；T2、T3 组成互补对称功率放大电路的输出级，且 T2、T3工作在乙类状态；C2 为输出耦合电容。功率放大器采用射极输出器，提高了输入电阻和带负载的能力。 性能分析： 乙类互补推挽功放(OTL)的输出功率的计算公式如下： 输出功率：P o =U o I o =U o 2/R L 输出最大功率：P om =U o I o =U o 2/R L =U om 2/2R L =V CC 2/8R L 显然P 与电源电压及负载有关 om 2/8R 当输入功率为8w，阻抗8w时，有Pom=V CC V =8*8*8≈22.6v 则电路所需的电源为22.6v。 CC 2、用集成器件实现 Tda2030简介：TDA2030是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。 电路特点： [1].外接元件非常少。（基本应用电路图3-2） [2].输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。 [3].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。 [4].开机冲击极小。 [5].内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。 [6].TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。 图3-2使用单电源供电的tda2030基本应用电路 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 音频小信号前置放大电路 1 选题背景 在现在的时代我们的身边有着各种各样对于声音放大的需求，如麦克风，及一些音像设备中是最常见的，随着人们生活质量的提高对于音质的要求也越来越高，简单的音质已经无法满足大家的需求，恶劣的音质也对人们的日常生活有很大的影响，就如同噪音一样，在对音质进行调整中，对其放大是很重要的内容，音频放大电路就是在保持原声的基础上对声音进行放大，对声音中小信号的放大在音频放大电路中也有着很重要的应用，对小信号的放大可以让我们更好的获得对较弱的原声的放大，对较弱的音频进行放大后可以更好的去分析这个音频信号，对于科学研究和电子产品的开发很有帮助，也可以充分的满足人们的需求。 1．1指导思想 “放大”的本质是实现能量的控制，即能量的转换：用能量比较小的输入信号来控制另一个能源，使输出端的负载上得到能量比较大的信号。放大的对象是变化量，放大的前提是传输不失真。通过NE5532对小信号进行放大，对相应的电阻进行合理的选择以达到对放大倍数的要求，对输出部分串电阻来达到对输出电阻的要求。 1．2 方案论证 方案一：采用NE5532两级电路放大方法，用运算放大器作音频前置放大电路。其优点是体积小、噪音低、功耗小、一致性较好。利用运算放大器可取得很深的负反馈，同时提高不失真输出，使信号失真度在1%以下。 方案二：采用NE5532一级放大方法，优点是所用资源少，更加的简便，缺点是不稳定，电流过大，故予以否定 综合考虑，采用方案一 1．3 基本设计任务 设计并制作音频小信号前置放大电路。具体要求如下： ≥1000；（40分） （１）放大倍数A V （２）通频带20Hz~20KHz；（40分） ≥１MΩ;输出电阻R O＝600Ω；（10分）（３）放大电路的输入电阻R I 说明：设计方案和器件根据题目要求自行选择，但要求在通用器件范围内。 测试条件：技术指标在输入正弦波信号峰值Vpp=10mv的条件进行测试（输入输出 电阻通过设计方案预以保证），设计报告中应有含有详细的测试数据说明设计结 果。 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 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： 输出功率：10 ~ 20W（额定功率）； 频率响应：20Hz ~ 100kHz（≤3dB） 谐波失真：≤1％ (10W,30Hz~20kHz）； 输出阻抗：≤0.16Ω; 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 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。 3．了解有关集成电路特点和性能资料情况 4．根据实际机壳大小设计1：1印刷板布线图 5．制作印刷线路板 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 导书》有关放大器测试过程 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 注意：将输入电位器调到最大输入的情况。 1．测量输出电压放大倍数A u 测试条件：直流电源电压14v，输入信号1KHｚ 70 mv（振幅值100mv），输出负 载电阻分别为4Ω和8Ω。 2．测量允许的最大输入信号（1KHｚ）和最大不失真输出功率测试条件：①直流电源电压14v，负载电阻分别为4Ω和8Ω。 ②直流电源电压10v，负载电阻为8Ω。 3．测量上、下限截止频率f H 和f L 测试条件：直流电源电压14v，输入信号70mv（振幅值100mv），改变输入信号频率、负载电阻为8Ω。 五、参考资料 TDA2030简介：TDA 2030 是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA 2030 在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。 TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。 TDA2030 集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。 TDA2030 在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0．5％）；在电源电压±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0．5％）。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电路可供低频课程设计选用。 双电源供电BTL音频功率放大器 工作原理:用两块TDA2030 组成如图1所示的BTL功放电路，TDA 2030（1）为同相放大器，输入信号V in通过交流耦合电容C1馈入同相输入端①脚，交流闭环增益为K VC①＝1＋R3 / R2≈R3 / R2≈30dB。R3 同时又使电路构成直流全闭环组态，确保电路直流工作点稳定。TAD 2030（2）为反相放大器，它的输入信号是由TDA 2030（1）输出端的U01经R5、R7分压器衰减后取得的，并经电容C6 后馈给反相输入端②脚，它的交流闭环增益K VC②＝R9 / R7//R5≈R9/R7≈30dB。由R9＝R5，所以TDA 2030（1）与TDA 2030（2）的两个输出信号U01 和U02 应该是幅度相等相位相反的，即： U01≈U in·R3 / R2 摘要 本次电路设计课题是音频小信号放大电路，它属于模拟电路课程设计，所以实验中就需要用到大量的模拟电路知识。对于音频小信号放大电路它是由两级放大电路组成，第一部分是运用到了两级负反馈放大电路，旨在放大电压，第二部分OCL功率放大电路采用复合三极管，目的放大电路电流。两部分放大电路的设计根本目的就是为了将小信号放大为一个大信号而不失真。失真这是设计音频放大电路中的一个难点，电路的巧妙设计可以有效的避免失真，电容的运用是解决失真的关键。 目录 1 选题背景 (2) 1．1 指导思想 (2) 1．2 方案论证 (2) 1．3 基本设计任务 (2) 1．4 发挥设计任务 (2) 1．5电路特点 (3) 2 电路设计 (3) 2.1 总体方框图..................................... 错误！未定义书签。 2.2 工作原理 (3) 3 各主要电路及部件工作原理 (3) 3.1 第一级—输入信号放大电路 (4) 3.2 NE5532简要说明................................. 错误！未定义书签。 3.3 第二级—功率放大电路........................... 错误！未定义书签。 3.4 直流信号过滤电路 (6) 4 原理总图 (7) 5 元器件清单 (7) 6 调试过程及测试数据（或者仿真结果） (7) 6.1 仿真检查 (8) 6.1.1第一级仿真检查 (8) 6.1.2第二级仿真检查 (9) 6.2 通前电检查 (10) 6.3 通电检查 (10) 6.3.1第一级电路检查 (10) 6.3.2第二级电路检查 (10) 6.3.3完整电路检查 (10) 6.4 结果分析 (10) 7 小结 (10) 8 设计体会及今后的改进意见 (11) 8.1 体会 (11) 8.2 本方案特点及存在的问题 (11) 8.3 改进意见 (11) 参考文献 (12) 实验报告 课程名称： 电路与模拟电子技术实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 音频功率放大电路 实验类型： 研究探索型实验 同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求 1、理解音频功率放大电路的工作原理。 2、学习手工焊接和电路布局组装方法。 3、提高电子电路的综合调试能力。 4、通过myDAQ 来分析理论数据和实际数据之间的关系。 二、实验内容和原理（必填） 音频功率放大电路，也即音响系统放大器，用于对音频信号的处理和放大。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。 作为音响系统中的放大设备，它接受的信号源有多种形式，通常有话筒输出、唱机输出、录音输出和调谐器输出。它们的输出信号差异很大，因此，音频功放电路中设置前置放大级以适应不同信号源的输入。 为了满足听众对频响的要求和弥补设置了音调控制放大器，希望能对高音、低音部分的频率特性进行调节扬声器系统的频率响应不足，。 为了充分地推动扬声器，通常音响系统中的功率放大器能输出数十瓦以上功率，而高级音响系统的功放最大输出功率可达几百瓦以上。 扩音机的整机电路如下图所示，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。 装 订 线 前置放大电路： 前置放大级输入阻抗较高，输出阻抗较低。前置放大级的性能对整个音频功放电路的影响很大，为了减小噪声，前置级通常要选用低噪声的运放。 由A1组成的前置放大电路是一个电压串联负反馈同相输入比例放大器。 理想闭环电压放大倍数为：23 1R R A vf + = 输入电阻：1R R if = 输出电阻：0of =R 功率放大级： 对于功率放大级，除了输出功率应满足技术指标外，还要求电路的效率高、非线性失真小、输出与音箱负载相匹配，否则将会影响放音效果。 集成功率放大器通常有OTL 和OCL 两种电路结构形式。OTL 功放的优点是只需单电源供电，缺点是输出要通过大电容与负载耦合，因此低频响应较差；OCL 功放的优点是输出与负载可直接耦合，频响特性较好，但需要用双电源供电。（实验室提供本功能模块） 本实验电路的功率放大级由集成功率器件TDA2030A 连成OCL 电路输出形式。 TDA2030A 功率集成电路具有转换速率高，失真小，输出功率大，外围电路简单等特点，采用5脚塑料封装结构。其中1脚为同相输入端；2脚为反相输入端；3脚为负电源；4脚为输出端； 5脚为正电源。 功放级电路中，电容C15、C16用作电源滤波。D1和D2为防止输出端的瞬时过电压损坏芯片的保护二极管。R11、C10为输出端校正网络以补偿感性负载，其作用是把扬声器的电感性负载补偿接近纯电阻性，避免自激和过电压。 图中通过R10、R9、C9引入了深度交直流电压串联负反馈。由于接入C9，直流反馈系数F ′＝1。对于交流信号而言， 模电课程设计： 简单的音频放大电路 指导教师：王学忠 学院：物理电气信息学院 班级：电子一班 学号：111111111111 姓名：阳仔 简单音频放大电路 一、实验目的 1.掌握简单音频放大电路性能和特点。 2.学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性 能及对放大电路输出信号失真情况的影响。 3.学会判断三极管b.c.e极 二、实验电路图 图一固定偏置，电源电压对偏置电流影响很大基本的共发射极电路 图二偏置接入负反馈，放大倍会变小，电源电压对偏置电流影响较小。 电压负反馈接法,适应电压范围更宽。 此种属甲类放大类，效率最低，特点是简单。低电压电路中极少采用，因为输出功率太小，实际多用在功率推动电路，同时放大电压和电流。 三、实验器材 电阻R1 10K,R2 470,电容C1 10uF,V1，喇叭，坏耳机线，BJT管S8050,电池两节 四、实验原理 1.输入端不能直接接话筒 输入端不能直接接话筒，由于话筒提供的信号非常弱，一般要在前面加一个前置放大器（如下图所示），不能用上图简单音频放大电路直接放大。 如要用话筒输入则应采用三级结构：前置放大级、音调控制级、功率放大级。 当时领原件时，领了个话筒装上根本不出声，才知道简单音频放大电路输入端只能加载信号较强的音频信号，故只能取一个耳机线，耳机线一端接手机，另一端接简单音频放大电路的输入端，用手机播放音乐，在输出端喇叭才放出音乐信号。 2.音乐信号失真的调节 用手机输入音乐信号后，经过简单音频放大电路放大后，声音信号变花，出现了信号失真，故在放大电路中加入了一个电位器，调节电位器电阻的大小，使在最大输出时信号不失真即可，减小R可输出的功率。如果有万用表，可将C 极电压调为电源电压的1/2左右。 通过调节电位器，c极电压调为0.5伏，再用手机和耳机线输入音乐信号，经过简单音频放大电路的放大后，音乐的清晰度明显提高。 3.三极管极性的判断 一、判断三极管b极 对于NPN型三极管，用黑表笔接某一个电极，红表笔分别接另外两个电极，若测量结果阻值都较小，交换表笔后测量结果阻值都较大，则可断定第一次测量中黑表笔所接电极为基极；如果测量结果阻值一大一小，相差很大，则第一次测量中黑表笔接的不是基极，应更换其他电极重测。 二、判断三极管发射极e和集电极c 三极管基极确定后，通过交换表笔两次测量e、c极间的电阻，如果两次测量的结果应不相等，则其中测得电阻值较小的一次为红表笔接的是e极，黑表笔接的是c极。 对于PNP型三极管，方法与NPN管类似，只是红、黑表笔的作用相反。五、设计总结 通过本实验课程设计，能够实现将手机中音乐信号经过耳机线输入设计的简单音频放大电路放大后在小喇叭能放出略有失真的放大的音乐信号，加入电位器调节静态工作点后，能将音乐调清晰。 音频放大器原理图 音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大 器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。 音频放大器简介 进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋 势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人 具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所 有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持 最低的失真情况下得到最高的效率。 高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需 要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。 音频放大器背景 音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音量和 功率级都要理想一一如实、有效且失真低。音频范围为约20Hz?20kHz，因此放大 器在此范围内必须有良好的频率响应（驱动频带受限的扬声器时要小一些，如低音喇 叭或高音喇叭）。根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC 音频的数瓦，再到迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商 用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。 音频放大器的一种简单模拟实现方案是采用线性模式的晶体管，得到与输入电压 成比例的输出电压。正向电压增益通常很高（至少40dB）。如果反馈环包含正向增益， 则整个环增益也很高。因为高环路增益能改善性能，即能抑制由正向路径的非线性引起的失真，而且通过提高电源抑制能力（PSR）来降低电源噪声，所以经常采用反馈。 音频放大器类别 长期以来，高品质音频放大器的工作类别，只限于A类（甲类）和AB类（甲乙类）。 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 第二章高保真电路的组成及基本原理 2.1电路整体方案的确定 音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真地加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美的声音。放大器一般包括前置放大和功率放大两部分，前者以放大信号振幅为目的，因而又称电压放大器；后者的任务是放大信号功率，使其足以推动扬声器系统。 功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器OCL（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器OTL（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器BTL等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题也必须要重视。 OCL电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。本课题输出级选用OCL功率放大器，偏置电路选用甲乙类功放电路。为了使电路简单，信号失真小，本电路选用反馈型音调控制电路。为了不影响音调控制电路，要求前置输入阻抗比较高，输出阻抗低，本级电路选用场效应管共源放大器和源级跟随器组成。 高保真音频放大器组成框图 2.2 OCL功率放大器的原理 OCL功率放大器电路通常可分成：功率输出级、推动级和输入级三部分。根据给定技术指标，选择下图所示电路 功率输出级是由四个三极管组成的复合管准互补对称电路，可以得到较大的输出功率。再用一些电阻来减小复合管的穿透电流，增加电路的稳定性。前置电路用NPN型三极管组成恒压电路，保证功率输出管有合适的初始电流，以克服交越失真。 推动级采用普通共射放大电路。 输入级部分由三极管组成差动放大电路，减小电路直流漂移。 2.3音调控制电路的原理 常用的音调控制电路有三种：一种是衰减式RC音调控制电路，其调节范围 河南城建学院 《电子线路设计》课程设计说明书 设计题目：音频功率放大器 专业：计算机科学与技术 指导教师：杜小杰 班级：0814141 学号：081414109 姓名：罗含霜 同组人：娄莉娟 计算机科学与工程学院 2016 年6月6日 前言 在介绍音频功率放大器的文章中，有时会看到“THD+N”，THD+N是英文Total Hormonic Distortion +Noise 的缩写，译成中文是“总谐波失真加噪声”。它是音频功率放大器的一个主要性能指标，也是音频功率放大器的额定输出功率的一个条件。 THD+N性能指标 THD+N表示失真+噪声，因此THD+N自然越小越好。但这个指标是在一定条件下测试的。同一个音频功率放大器，若改变其条件，其THD+N的值会有很大的变动。 这里指的条件是，一定的工作电压VCC(或VDD)、一定的负载电阻RL、一定的输入频率FIN（一般常用1KHZ）、一定的输出功率Po下进行测试。若改变了其中的条件，其THD+N值是不同的。例如，某一音频功率放大器，在VDD=3V、FIN=1kHz、RL=32Ω、Po=25mW条件下测试，其TDH+N=0.003%，若将RL改成16欧，使Po 增加到50mW，VDD及FIN不变，所测的TDH+N=0.005%。 一般说，输出功率小（如几十mW）的高质量音频功率放大器（如用于MP3播放机），它的THD+N指标可达10-5，具有较高的保真度。输出几百mW的音频功率放大器，要用扬声器放音，其THD+N一般与为10-4；输出功率在1～2W，其THD+N 更大些，一般为0.1～0.5%.THD+N这一指标大小音频功率放大器的结构类别有关（如A类功放、D类功放），例如D类功放的噪声较大，则THD+N的值也较A类大。 这里特别要指出的是资料中给出的THD+N这个指标是在FIN=1kHz下给出的，在实际上音频范围是20Hz～20kHz，则在20Hz～20kHz范围测试时，其THD+N要大得多。例如，某音频功率放大器在1kHz时测试，其TDH+N=0.08%。若FIN改成20Hz-20kHz,，其他条件不变，其THD+N变为小于0.5%。 过去有用“不失真输出功率是多少”这种说法来说明其输出功率大小。这话的意思指的是输出的峰峰值没有“削顶”现象出现，即Vout(P-P)=Vcc-（上压差+下压差）这种说法是不科学的。即使不产生削顶，它也有一定的失真。较科学的说法是THD+N在某一指标下可输出的功率是多少。 如图是一个由晶体三极管VT1～VT3组成的多级音频放大器。VT1与外围阻容元件组成了典型的阻容耦合放大电路，担任前置音频电压放大；VT2、VT3组成了两级直接耦合式功率放大电路，其中：VT3接成发射极输出形式，它的输出阻抗较低，以便与8Ω低阻耳塞式耳机相匹配。 驻极体话筒B接收到声波信号后，输出相应的微弱电信号。该信号经电容器C1耦合到VT1的基极进行放大，放大后的信号由其集电极输出，再经C2耦合到VT2进行第二级放大，最后信号由VT3发射极输出，并通过插孔XS送至耳塞机放音。 电路中，C4为旁路电容器，其主要作用 是旁路掉输出信号中形成噪音的各种谐波成份，以改善耳塞机的音质。C3为滤波电容器，主要用来减小电池G的交流内阻（实际上为整机音频电流提供良好通路），可有效防止电池快报废时电路产生的自激振荡，并使耳塞机发出的声音更加清晰响亮。 元器件选择 VT1、VT2选用9014或3DG8型硅NPN 小功率、低噪声三极管，要求电流放大系数β≥100；VT3宜选用3AX31型等锗PNP小功率三极管，要求穿透电流Iceo尽可能小些，β≥30即可。 B选用CM-18W型（φ10mm×6.5mm）高灵敏度驻极体话筒，它的灵敏度划分成五个挡，分别用色点表示：红色为-66dB，小黄为-62dB，大黄为-58dB，兰色为-54dB，白色＞-52dB。本制作中应选用白色点产品，以获得较高的灵敏度。B也可用蓝色点、高 灵敏度的CRZ2-113F型驻极体话筒来直接代替。 XS选用CKX2-3.5型（φ3.5mm口径）耳塞式耳机常用的两芯插孔，买来后要稍作改制方能使用。改制方法参见图2所示，用镊子夹住插孔的内簧片向下略加弯折，将内、外两簧片由原来的常闭状态改成常开状态就可以了。改制好的插孔，要求插入耳机插头后，内、外两簧片能够可靠接通，拔出插头后又能够可靠分开，以便兼作电源开关使用。耳机采用带有CSX2-3.5型（φ3.5mm）两芯插头的8Ω低阻耳塞机。 R1～R5均用RTX-1/8W型碳膜电阻器。C1～C3均用CD11-10V型电解电容器，C4用CT1型瓷介电容器。G用两节5号干电池串联而成，电压3V。 南昌大学实验报告 学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新 实验日期： 实验成绩： 音频功率放大电路设计 一、设计任务 设计一小功率音频放大电路并进行仿真。 二、设计要求 已知条件：电源9±V 或12±V ；输入音频电压峰值为5mV ；8Ω/0.5W 扬声器；集成运算放大器（TL084）；三极管（9012、9013）；二极管（IN4148）；电阻、电容若干 基本性能指标：P o ≥200mW （输出信号基本不失真）；负载阻抗R L ＝8Ω；截 止频率f L ＝300Hz ，f H ＝3400Hz 扩展性能指标：P o ≥1W （功率管自选） 三、设计方案 音频功率放大电路基本组成框图如下： 音频功放组成框图 由于话筒的输出信号一般只有5mV 左右，通过话音放大器不失真地放大声音 信号，其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗；滤波器用来滤除语音频带以外的干扰信号；功率放大器在输出信号失真尽可能小的前提下，给负载R L （扬声器）提 供一定的输出功率。 应根据设计要求，合理分配各级电路的增益，功率计算应采用有效值。基于 运放TL084构建话音放大器与宽带滤波器，频率要求详见基本性能指标。功率放大器可采用使用最广泛的 OTL （Output Transformerless ）功率放大电路和OCL （Output Capacitorless ）功率放大电路，两者均采用甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好，在实际电路中得到了广泛的应用。 对于负载来说，OTL电路和OCL电路都是射极跟随器，且为双向跟随，它们利用射极跟随器的优点——低输出阻抗，提高了功放电路的带负载能力，这也正是输出级所必需的。由于射极跟随器的电压增益接近且小于1，所以，在OTL电路和OCL电路的输入端必须设有推动级，且为甲类工作状态，要求其能够送出完整的输出电压；又因为射极跟随器的电流增益很大，所以，它的功率增益也很大，这就同时要求推动级能够送出一定的电流。推动级可以采用晶体管共射电路，也可以采用集成运算放大电路，请自行查阅相关资料。 在Multisim软件仿真时，用峰值电压为5mV的正弦波信号代替话筒输出的语音信号；用性能相当的三极管替代9012和9013；用8 电阻替代扬声器。由于三极管（9012、9013）最大功率为500mW，要特别注意工作中三极管的功耗，过大会烧毁三极管，最好不超过400mW。如制作实物，因扬声器呈感性，易引起高频自激，在扬声器旁并入一容性网络（几十欧姆电阻串联100nF电容）可使等效负载呈阻性，改善负载为扬声器时的高频特性。 四、电路仿真与分析 黄色为输入信号，蓝色为输出信号。输出信号峰峰值放大，且波形基本不失真。 输出阻抗用8Ω电阻替代，输出功率为236mW>200mW 闽南师范大学《模拟电子技术》课程设计 设计题目：简易音频功率放大器 姓名：庄伟彬 学号：1205000425 系别：物理与信息工程学院 专业电气工程及其自动化 年级：12级 指导教师：周锦荣老师 2014年 5月 1 日 目录 一系统设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 2 1.设计任务┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 2 2.设计要求┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 2 二电路设计原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3 1．系统原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3 2．方案比较┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3 3．芯片介绍┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8 三PCB布板┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 10 四实物安装与调试┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 11 1．实物图┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11 2．测试的波形┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12 3．实验结果分析及与理论对比┄┄┄┄┄ 15 五附录┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 15 1.设计总结┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15 2. 原件清单┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15 3.参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 16 摘要:本方案采用LM358，LM386集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件调整、滤波，滑动变阻器实现音量可调，构成简易音频功率放大器,音频功率放大器主要用于推动扬声器发声。 关键词：LM358；LM386;音频放大 一系统设计 1 设计任务 利用集成运算放大器LM358，LM386设计一个简易音频功率放大器。 2 设计要求 设计一个简易的音频功率放大器，要求如下： （1）系统主要由前置放大电路和后级功率放大器电路构成，电路具有音量可调； （2）前置放大电路主要有集成芯片LM358构成；后级功率放大器电路主要由集成芯片LM386音频功率放大芯片构成； （3）要求输入音频信号在10mV/1kHz时，输出功率1 （负载：8Ω），输出音频信号无 Po W 明显失真，输出功率大小可调； （4）系统测试可以由函数信号发生器产生音频信号，系统所需电源可由实验室现有学生电源提供； （5）完成相应的电路原理图设计、硬件电路设计和调试及相关结果测试； （6）完成课程设计报告撰写。 , 课程设计 课程名称_模拟电子技术课程设计 题目名称音频功率放大电路 $ 学生学院 专业班级 学号 学生姓名__ 指导教师 : 2010 年 6 月 20 日 — 音频功率放大电路课程设计报告 一、设计题目 题目：音频功率放大电路 二、设计任务和要求 ` 1）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8Ω。 2）设计要求 频带宽50H Z ～20kH Z ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W； 输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47KΩ。 三、原理电路设计 功率放大电路： % 功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载，例如驱动仪表，使指针偏转；驱动扬声器，使之发声；或驱动自动控制系统中的执行机构等。也就是把输入的模拟信号经被放大后,去推动一个实际的负载工作，所以要求放大电路有足够大的输出功率，这样的放大电路统称为功率放大电路。而音频功率放大器的作用就是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能地小，效率尽可能的高。随着半导体工艺,技术的不断发展,输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现,也给功率放大器的发展带来了新的生机。总之，功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率,故功率放大器应具有以下几个主要特点： 1. 输出功率要足够大 工作在大信号状态下,输出电压和输出电流都很大.要求在允许的失真条件下, 河南科技学院机电学院电子课程设计报告 题目：音频功率放大电路 专业班级：电气工程及其自动化092 姓名：X X X 时间：2011-06-07～2011-06-15 指导教师：洪源宋长源 完成日期：2011年06月15日 音频功率放大电路设计任务书 1．设计目的与要求 设计一个音频功率放大器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能： （1）采用直接耦合的功率放大器。额定输出功率10W，负载阻抗8Ω。 （2）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 （3）原则上采用分立元件设计。 （4）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （5）PCB文件生成与打印输出。 2．设计内容 （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。 3．编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。 4．答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。 目录 1引言 (1) 2 总体设计案 (1) 2.1 设计思路 (1) 2.2 总体设计框图 (2) 3 设计原理分析 (2) 3.1 LA4102 的引脚排列、功用和内部框图 (3) 3.2 LA4102 的等价回路 (3) 3.3 2LA4102 的主要技术指标参数 (3) 3.4 LA4102 应用电路电路组成 (4) 3.5外围元件的作用 (4) 4电路设计流程步骤 (5) 4.1绘制原理图 (5) 4.2绘制 PCB 图 (5) 5总结与体会 (6) 6参考文献 (6) 音频功率放大电路 摘要 功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设臵为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器OCL（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器 OTL（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器BTL等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题必须重视。功率放大器可以由分立元件组成，也可由集成电路实现。本设计采用集成功率放大，运用日本三洋电气公司集成芯片LA4102 实现的具有一定放大倍数的音频信号。可以运用于收录机、对讲机等小功率电路中，最后实现额定输出功率10W，负载阻抗8Ω。 关键词 1引言 在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。 2总体设计方案 首先利用功率放大器将输入信号放大，然后在边缘电路用接电容或接地的方式减小失真，最后实现音频功率放大。 2.1设计思路 甲类放大器作为一种最古老，效率最低，最耗电，最笨重，最耗资，失真最小的放大器它有吸引人的音质。甲类放大器输出电路本身具有抵消奇次谐波失真，且甲类放大器管子始终工作在线性曲线内，晶体管自始自终处于导通状态。因此，不存在开关失真和交越失真等问题。甲类放大器始终保持大电流的工作状态。所以对猝发性声音瞬间升降能迅速反映。因而输出功率发生急剧变化时，电 摘要 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。 音频放大电路是典型应用电路，由一块TDA 2030和较少元件组成的音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等突出的优点。特别是集成块内部设计有完整的保护电路，能自我保护。 TDA 2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA 2030在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。 TDA2030A功率放大管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。 根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。 D类音频功率放大器（Class D Audio Power Amplifier） 近二十年来电子学课本上所讨论的放大器偏压(Bias)分类不外乎A类、B类、C类等放大电路，而讨论音频功率放大器仅强调A类、B类、AB类而却把D类放大器给忘掉了，事实上D类放大器早在1958年已被提出(注一)，甚至还有E 类、F类、G类、H类及S类等(注二)，只是这些类型的电路与D类很接近，运用机会低，所以也就很少被提及。 音频功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率输出，而卫衍生与电源所供给功率不对等的关系，即所谓功率放大器的效率(输出功率与输入功率之比)如表一所示: 随着轻、薄、短、小手持电子装置的发展，诸如手机、MP3、PDA、IPOD 及LCD TV…数位家庭等，寻求一个省电的高效率音频功率放大器是必然的。因此最近几年音频功率放大器由AB类功率放大器转以D类功率放大器为主流。如图1所示(注三)，在实际应用上D类放大效率可达90%以上远超过效率50%的AB类放大。所以D类放大的晶体管散热可大大的缩小，很适合应用于小型化的电子产品。 表一各類功率放大器的效率比 圖 1 D類及AB 類效率比 A类放大器(又称甲类放大器)的特点是不论是否输入信号，其输出电路恒有电流流通，而且这种放大器通常是在特性曲线的线性范围内操作，如图2所示，以求放大后的信号不失真。所以它的优点，是失真度小，信号越小传真度越高，最大的缺点是“功率效益”（Power Efficiency）低，最大只有25%，不输入信号时丝毫不降低消耗功率，极不适合做功率放大。但因其高传真度，部分高级音响器材仍采用A类放大器。 图1 图2(a)、(b)皆属A类放大器，设计时让V CE=1/2V CC，以求最大不失真范围。注意到V i 不输入时仍有0.5V CC/R L的电流流过晶体管，所以晶体管需要良好的散热环境。由于“共集极”组态（图2(a) Common Collector组态又称“射极跟随器”）转移特性曲线较“共射极”组态（图2(b) Common Emitter组态）有较佳的线性度（亦即失真较低）及较低的输出组抗，因此，同属于A类放大器，射级随耦器却较常被当成输出级使用（“共射级”组态较常被当成“驱动级”使用）。 a b音频功率放大电路报告
音频功率放大器设计详解
音频小信号前置放大电路
音频功率放大器电路
音频小信号功率放大
音频功率放大电路实验报告分析
简单音频放大电路
音频放大器原理图
高效音频功率放大器
音频放大电路的组成及原理
音频功率放大器
简单的前级多级音频放大器
音频功率放大电路设计(附仿真)
简易音频功率放大器
音频功率放大电路课程设计报告
音频放大电路。
音频功率放大器_(规范排版)
各类音频放大电路