数字功放的设计

本科生毕业论文（设计）

题目: 数字功放的设计

姓名: 江丹

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指导教师:

2014 年5月 25 日

引言 (2)

1功放简介与发展现状 (3)

1.1 功放的种类 (3)

1.1.1 A类功率放大器 (3)

1.1.2 B类功率放大器 (3)

1.1.3 AB 类功率放大器 (3)

1.1.4 D类功率放大器 (4)

1.2数字功放的发展现状 (4)

2 数字功放的基本原理及电路组成 (5)

2.1 数字功放的工作原理 (5)

2.2 数字功放的电路组成 (6)

3 各模块电路设计 (7)

3.1 前置放大电路 (7)

3.2 三角波产生电路 (8)

3.3 比较器电路 (9)

3.4 驱动电路 (10)

3.5 功放与低通滤波电路 (11)

3.6 直流稳压电源 (13)

4 功能仿真与数据分析 (12)

4.1各电路仿真结果 (12)

4.1.1前置放大信号 (12)

4.1.2 三角波信号 (13)

4.1.3 PWM码 (13)

4.1.4 经过功放管的PWM码 (13)

4.4.5还原出的音频信号 (14)

4.2 数据计算与分析 (14)

4.2.1 电压放大倍数 (14)

4.2.2 效率 (14)

4.2.3 通频带宽度 (15)

5数字功放干扰抑制 (15)

6 D类功放的发展与技术展望 (16)

6.1 D类功放的不足 (16)

6.2 D类功放的最新发展——T类功率放大器 (16)

结论 (17)

致谢 (18)

参考文献 (18)

附录 (19)

数字功放的设计

电子信息工程专业学生

摘要：在日常生活中，我们已经感受到了电子技术给我们带来的便捷。在我们使用的各类电子设备中，数字功放正发挥着其不可替代的作用。所以设计出功能优异的数字功放已经是各大电子器件制造商的迫切任务。本文从数字功放的基本原理出发，着重介绍了它的各个电路组成部分。利用Multisim软件对所设计的电路进行功能仿真，并且达到了预期的效果。在实际电路中，针对其产生的电磁干扰提出了一些抑制方法。最后数字功放的发展趋势进行了简要描述。

关键词：PWM码门驱动电路滤波电路电磁干扰

引言

随着科学技术的不断发展，各种各样的电子产品层出不穷，例如笔记本电脑、移动通信终端、音箱等。这些事物的出现极大的丰富了我的日常生活，给我们的工作带来了很多便捷。然而，要使这些产品正常工作，数字功放是不可或缺的。数字功放其功放管的工作在导通和截止状态，如果输入信号使功放管处在导通状态，此时在理想状态下晶体管的内阻近似为零，所以管子两端没有压降，自然就不会产生功率消耗；如果输入信号使晶体管处在截止状态，那么晶体管的内阻就为无穷大，流经管子的电流就为零，也没有功率消耗。所以，晶体管在控制电路工作时是不会消耗功率的，这正是功放管能够达到比较高的效率的原因之一。正是由于数字功放的优越性能，所以它被广泛应用于电子设备中。因此，设计出符合要求的数字功放就显得格外重要。

1功放简介与发展现状

1.1 功放的种类

1.1.1 A类功率放大器

A类功放又称为甲类功放，如图1.1（a），对于此放大器的功率输出管，必须将其Q值设置在直流负载线的中点部分，因为这部分的线性最佳。这样输人信号在正负两个半周期内都能够使放大管在线性放大状态下工作，这时其导通角为360°。随之带来的问题就是能量转换效率很低，电路的最高效率也只有25%，并且需要两种晶体管交替互补才能使整个周期都处在放大状态，也不可避免地产

生交越失真。在没有输入信号时，对于A类功放电路任然需要消耗能量，所以此时能量转换效率为零。正是因为一个A类放大器的能量转换效率低，因此它主要用于电压放大，在功率放大器电路中少用。

1.1.2 B类功率放大器

B类功率放大器又叫乙类功放如图1.1（b）。将其静态工作点Q设置在电压最大和电流为零的截止点上，这样它的导通角就为180°。工作的方式为，当输人信号时，输入信号的正半周处在管子的导通区从而被放大，而负半周就被截止了。也就是说，B类功放只能将的输入信号的正半周期进行功率放大，由于此电路的导通角只有一个输入信号周期的一半，只有用两只管子组成互补推挽级电路才能完成放大，只用一只管子是很难对音频信号进行放大的。在工作时，其中一只管子将正半周信号进行放大输出，另一只管子则将负半周信号放大输出，这样组成一个完整的信号输出。但是问题出现了，两个半周信号在正负周期的临界点处由于衔接得不是太好就易出现信号失真。由于这种失真发生在一个信号的零电平处，它被称为过零失真。在放大音频信号时，播放器就会产生开关噪声。静止时工作电流为零，并且必须采用推挽工作方式是B类放大器的重要特征。值得注意的是，它的效率可以达到70％-80％,这在功放电路中是很高的，B类功放的设计思路可以运用于其它功放的改进电路当中。

1.1.3 AB 类功率放大器

此类功放在设计时将工作点Q设置在A类和B类之间并且相对靠近B类处，如图1.1(c),这样其导通角就为200°左右，像B类功放一样，由于单管不能完整地对输入信号进行放大，所以也就必须采用互补推挽工作模式。正是由于互补的两只管子它们的导通角均大于180°，从而把输出信号合并在一起就会产生一个重叠区。两只管子工作的切换点正好就处在这个重叠区中，所以就不担心因衔接不好而产生的开关噪声。导通角大于180°，采用互补推挽工作是该类功放的显著特征。需要提及的是，在输人信号很小，以至于小到在多余的20°内放大都不失真时，管子的工作状态就与A类相同了。此时AB类功放就成为A类放大器了。所以AB类放大器非常适合对小信号进行放大。它的工作条件是必须将两只管子配对使用，来抑制过零失真。

1.1.4 D 类功率放大器

D 类功率放大器是基于离散时间放大器设计思想的，人们对它研究近一个半世纪的时间，直到1970个金属氧化物半导体场效应晶体管（MOS ）后，实现了开关器件的高性能，开发了一个D 类功率放大器频带宽，这才研发出宽频带的D 类功率放大器。PWM 调制方式非常直观，信号幅度越高时，脉冲宽度就越宽。同时低通滤波器对信号具有积分作用，正脉冲幅度宽，积分的时间长，输出的电压就相应增高。这样，采用一个LC 积分电路，就能将放大的PWM 信号转化成模拟信号，实现音频信号的数模转换。因为这些数字信号变换于集成电路中进行，无需外部设备的帮助，且它不需要一个统一的格式，所以各厂家可以用最好的方法来开发，使用者只需将模拟信号输入然后在开关管恢复输出信号。

（a ）A 类（b ）B 类（c ）AB 类图1.1 功放输入输出特性

1.2数字功放的发展现状

功放的研制已经具有一个世纪的历史，伴随着大规模集成电路的不断发展，各大集成电路制造商正研制出一些性能优越的数字功放。它还为消费电器、音响和通讯厂家提供OEM 技术，这些产商在其官方网站上提供全面而详细的技术说明文件、产品说明、图片等。索尼、夏普、东芝、苹果、爱立信等都在自己的高级产品中运用数字功放，如苹果电脑的哈曼·卡顿音箱的放大器就采用了T 类放大芯片。

第一代D 类功放的出现证实了功放的概念与优越性能，但距离市场化却经历了很长的时间。1999年底，丹麦和美国合资的TaeTAudio 公司推出的高保真数字功率放大器的创新，这是D 类功率放大器市场化的象征。

第二代D 类功放由于经过体积改造，功耗特别低，价格也十分合理而受到广大消费者的青睐。第二代D 类功放制造商生产出了一系列产品，并在第一代D 类功放的基础上将相对简单的PWM 和外置滤波器以及集成的输出级组合在一起。输出信号输出信号输出信号输入信号输入信号输入信号

第三代D类功放其特点是更小和更简单，这是OEM生产者与D类芯片设计者之间共识。OEM生产商对市场的深入了解，反馈的芯片制造商，解决在过去设计的重要缺陷，这也使得新一代的产品与市场需求一致，更容易被消费者所接受。

2 数字功放的基本原理及电路组成

2.1 数字功放的工作原理

D类功率放大器的工作方式主要是根据输入信号幅度的变化在时间轴上进行量化，从而将输入信号变换为数字信号，这种模数变换通常可以采用脉冲宽度调制和△Σ调制等方式，其优点是能改善嗓声特性和实现宽带化。首先要将输入的模拟信号通过变换转化成脉冲宽度调制码PWM或脉冲密度调制码PDM。要得到PWM码只需要将原输入信号与用一个高频三角波进行电压比较即可。当输入的模拟信号大于三角波的幅度时，比较器输出高电平，当三角波电压上升到大于输入的模拟信号时，比较器就会输出低电平。可见输入信号电平越高那么对应输出的脉冲宽度就宽，输入信号电平越低那么对应输出的脉冲宽度就窄，这种根据输入电平高低而决定的输出脉冲宽度的码制就是所谓的PWM码。如果采用三角波的频率更高，那么可以将PWM码转化成脉冲密度调制PDM码，很明显输入电平高那么脉冲密度就大，输入电平低则对应的脉冲密度就小。这种PDM码与数字音频中常用的1 bit调制很相似，所以在集成数字功放芯片中，更多的是采用PDM码。然后将PWM码或PDM码通过门驱动电路，而门驱动电路可以控制开关功放管的导通和截止，在开关功放管输出端就得到与PWM或PDM相类似的脉冲信号，并且输出脉冲幅度可以达到电源电压，电流驱动能力非常强这样就降低了后续电路的功耗。最后，将脉冲信号转换成模拟信号，我们可以设计一个LC低通滤波器，它可以把一个脉冲宽度和密度转换为相应的电压的大小。当脉冲宽度大，电容器的充电时间较长，对应高的积累电压，反之电压就低，从而把加载脉冲中的模拟信号还原出来。如果将数字音频信号进行放大，则与三角波信号比较就可以被消除，采用数字信号处理技术将数字音频转换不同格式为PWM或PDM编码，其它的步骤与放大模拟信号是类似的。由于缺乏快速的大功率开关管，并且在大功率时LC 低通滤波器的要求很高加之受到高频辐射等问题的影响，故在设计出此种电路的相当长的时间后，却没有很快面向广大市场。近年来随着电子器件行业的飞速发展，快速低电压控制大电流的MOSFET管已经相当普遍，开关特性、截止时的漏电流和导通时的饱和压降都大为提高，器件的问题得到解决。

图2.1 数字功放基本框图

2.2 数字功放的电路组成

如果输入的信号是模拟信号，这时需要将其通过一个前置放大电路，提高其电压增益，然后将其输入到电压比较器中与三角波信号进行比较，从而产生PWM 信号。再经过门驱动器件的驱动后控制开关元件的开启和关闭。这时得到放大了的PWM 信号。要想将其恢复成模拟信号，就必须这个信号输入到相应的LC 低通滤波器中。当输入的是数字信号，那么将其输入到比较器中与三角波信号进行比较就可以省略了。其后续的原理与模拟信号输入的原理是相同的。

如图2.2所示的就是数字功放的电路组成。

图2.2 数字功放电路组成

开关功率管比较器门驱动

滤波电路负载输入信号

三角波信号

数字信号输入模拟信号输入

开关放大后的PWM 或PDM 低通滤波器

放大后的模拟信号波形发生器

取样点 PWM 码

PDM 码

门驱动

数字音频

编码变换开关元件

3 各模块电路设计

3.1 前置放大电路

如图3.1所示的前置放大电路，为了提高电压增益，必须加上前置放大器电路，它不仅能使放大器的增益连续变化从1到20，并可以增加比较器的精度。如果功放输出的最大不失真功率为1W时，那么其8Ω负载上的电压Vp-p=8V，此时送给比较器音频信号的Vp-p值应为2V，则功放的最大增益约为4(事实上，最大不失真功率放大器是略大于1W，电压增益大于4)。所以就必须对输入的模拟音频信号进行放大，使其增益大于5。本设计采用宽频带LM393来组成同相宽带放大器。采用同相放大的目的是容易使输入电阻Ri大于等于 10 KΩ。同时，采用满幅运放可在降低电源电压时仍能正常放大，又由于要求输入电阻Ri大于1OKΩ，所以R1=R2=51KΩ，通过计算得Ri=25.5KΩ，反馈电阻采用可变电阻R4，并取R4=20kΩ，取反相输入端电阻R3为2.4kΩ，则前置放大器的最大增益Av为9.3。调整可变电阻R4的阻值使其电压增益约为8，那么整个功放的电压增益就可以实现0-32内可调。又考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值Vom小于2.5 V，所以取取Vom=2.0 V，则要求输入的音频最大幅度Vim小于250mV，如果超过此幅度则输出会产生削波失真。那么就难以通过功放还原出不失真的音频信号。

图3.1 前置放大电路

3.2 三角波产生电路

D类功率放大器电路，三角波信号作为载波信号的频率是一个非常重要的技术参数，根据采样定理，载波频率高则容易消除功率放大器的高频干扰，且容易设计出符合要求的低通滤波器，因此在这种情况下应尽可能提高三角波信号的频率，这样既可以减少信号失真，又可简化后续滤波器设计。但同时，三角波的频率增大也会导致功率器件的开关电路的开关频率的增加，产生了开关损耗，大大降低了D类功率放大器的转换效率。

根据奈奎斯特抽样定理：无论是对模拟信号还是数字信号，只有在采样频率fs大于等于信号中最高频率fmax的2倍时，才能不失真地还原出原信号，但在实际应用中通常使采样频率为被采样信号频率fmax的5～10倍。当输入音频信号上限的上限频率为10KHz，开关频率最低为20KHz时，为了保证功放系统的精度，那么载波信号的频率就要大于100KHz。但在实际电路中，必须考虑器件工作频率限制，载波信号的频率和音频信号的频率需要满足以下关系：三角波频率为音频信号频率的10到20倍。

其三角波产生电路如图3.2所示

图3.2 三角波产生电路

3.3 比较器电路

比较器电路是D类功率放大器中非常重要的一部分，它将经过放大的输入信号与三角波载波信号进行比较，产生PWM脉冲信号。对输出的PWM 信号来说，由于其脉冲宽度变化能够体现输入信号的幅值信息，这就要求比较器具有非常小的分辨率，以正确比较输入的模拟信号和三角波信号。同时，PWM脉冲信号的高低电平之间的转换时间要短，否则经过功放输出的信号会出现明显的交越失真，从而得不到预期的效果。其电路组成如图3.3所示。

当比较器的同向端电压大于反向端时，其输出为高电平；反之，比较器的输出为低电平。但是在实际电路中都存在不可避免的误差，高低电平的转换存在一个对应于输入电平中间点的亚稳态区域，需要尽量减小亚稳区的宽度来提高比较器的工作性能。当提高比较器的增益时，那么其精度也会随之相应地增高。在动态比较器，时间延迟指的是传输延时比较器的输入和输出之间的响应，在输入信号幅度的变化会导致传输延迟的变化，输入激励较大时会使延时短，当然，输入激励水平提高到一个最大值，超过这个上限输入水平就无法对延迟产生影响，在这种状态下的电压变化，称为摆率；当输入激励较小以至于接近比较器的最小输入电压差时，那么就重点关注传输延时。在任何PWM调制的系统中，这两种情况都会出现，因此要同时考虑传输延时和摆率。此外在信号处理中，还要考虑噪声的影响，所以就必须采取有效的措施降低比较器带来的噪声，并相对应地提高电源电压抑制比。

图3.3 比较器电路

3.4驱动电路

驱动电路必须具有足够的驱动能力，从而很好滴对功率开关管的寄生电容进行充放电，达到控制功率开关管导通和截止的目的。

本驱动电路原理图如图3.4所示

在脉冲波形变换中通常使用施密特触发器（CD40106），在性能上它有两个重要的特点：

①施密特触发器具有两个阀值电压，输入信号从低电平上升到高电平的过程中对应的输入转换电平与输入信号从高电平下降到低电平过程中对应的输入转换电平是不同的。

②由于正反馈系统具有加速状态转换的功能，所以在添加了正反馈系统的CD40106可以使输出电压的边沿变化很陡。

普通门电路都有一个阈值电压，输入信号在阀值电压左右变化时电路的状态将随之发生变化。普通门电路的电压传输特性曲线是单调的，施密特触发器的电压传输特性曲线是滞回的。这就大大降低了在阀值电压周围由于输入电压的波动而带来的输出波动，这在很大程度上降低了干扰。

图3.4 驱动电路

3.5 功放与低通滤波电路

图3.5给出了功放与滤波电路，从前面的叙述可以知道，这部分电路是为了将PWM码进行放大和并且还原出音频信号的，为了得到最高的转换效率，我们采用了H桥互补对称输出电路。

H桥型互补对称输出电路具有如下优点：

①各电流变换器单元具有相同的结构，它很容易实现模块化设计；

②直流相互独立；

③各变流器单元工作对称。

由于普通的晶体三极管需要较大的驱动电流来驱动工作，这使得整个功放的静态损耗及开关过程中的损耗较大。而场效应晶体管的驱动电流小，低电阻和良好的开关特性，故它是一个高速VMOSFET管，由于其输出功率大于1W，仍属于小功率输出。故可选用功率小，可以快速驱动的对管IRFD120和IRFD9120 VMOSFET对管的参数能够满足上述要求。

低通滤波器可以使低频信号通过，使高于截止频率的信号衰减或截止。对于不同的滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度是不同的。本设计中的滤波器采用四个相同的4阶巴特沃思低通滤波器。

图3.5 功放与低通滤波电路

3.6 直流稳压电源

由于此电路需要采用5V的直流稳压电源来供电，所以必须设计出符合要求的电源电路。小功率直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四个部分组成。将有效值为220V、频率为50HZ的单相交流电通过电源变压器将行降压，使其峰值电压达到5V左右，整流电路将降压的交流电压变为直流脉冲电压，再通过滤波电路得到稳定的直流电压。由于随着电网电压波动、负载和温度的变化，这些都会导致电压的波动，所以要将信号经稳压电路来保证输出的直流电压的稳定，在这里集成稳压管起着稳定电压的作用。

220V

50HZ

图3.6 直流稳压电源

4 功能仿真与数据分析

4.1各电路仿真结果

4.1.1前置放大信号

图4.1.1 放大前后信号4.1.2 三角波信号

图4.1.2 三角波信号4.1.3 PWM码

图4.1.3 PWM码4.1.4 经过功放管的PWM码

图4.1.4 经过功放管的PWM码

4.1.5还原出的音频信号

图4.1.5 还原出的音频信号

4.2 数据计算与分析

4.2.1 电压放大倍数

加入500mV正弦波后，经前置放大后输入νp-p=750mV 输出νp-p= 3.640 V

Av =Uo / Ui ①将数据带入①中，得Av=4.85

4.2.2 效率

输入νi=200mV ，整体电路全部采用5V 单电源，双端输出各接一8Ω负载 Pi=Ui × I ② Po=U

2 / R

③

η=Po / Pi ④ 带入数据②③中，得Pi=1.0W ，Po=0.726W

由④，则 η=

W W 0.1726.0×100% = 72.6%

4.2.3 通频带宽度

f L = 20 Hz f H = 20.5 KHz

5数字功放干扰抑制

从电磁兼容的角度来看，数字功放的功率管工作在开关状态，这就是一个比较强的干扰源。数字功率放大器采用的开关电源技术，不可避免地产生电磁干扰。而针对开关电源的电磁干扰的抑制方法，不是本文主要探讨的重点，故在此就不做过多地叙述。但是，在实际工作中，我们发现有些数字功放之所以产生电磁干扰，其原因为PWM 波。所以在此我们将重点讨论如何抑制PWM 板的电磁干扰。工作在开关状态的功率管，其频率高电流大，非常接近电源部分。因此，对于使用开关电源供电的数字功放，干扰和纹波系数都比较大，所以必须重点考虑元器件在PCB 上排列的位置，并且要尽量使各部件之间的引线缩短，从而降低干扰。在总体布局上，要合理分开模拟信号、数字信号和噪声源这三种信号，使它们之间的藕合最小干扰最小。此外，直流稳压电压中，还要考虑电源变压器的方向性，使之对电路产生的辐射最小。针对电磁场辐射较强的元件和对电磁感应较敏感的元件，应采取相应的屏蔽措施。一些具有高的电位差的元件或导线，应使

它们尽量远离，以免放电发生意外短路。这些都是我们在设计电路时必须考虑的因素，为的是使数字功放具有比较高的保真度。

6 D类功放的发展与技术展望

6.1 D类功放的不足

（1）输出功率晶体管并不是理想意义上的开关，两只管子不能很好地相匹配，这就会导致畸变的产生。

（2）在输出功率晶体管的开启和关闭过程中，接地电位的变化显著，这会增加噪声，严重时会引起信号失真。

（3）功率输出电路是采用两只功率晶体管接成的桥路，其中一个功率晶体管导通另一个封闭的，之间可以有死区存在，造成失真。

（4）采用低通滤波器把放大的PWM信号转化成模拟信号时，不可能彻底滤除脉宽调制的载波，也就是三角波信号，这是造成失真的一个重要因素。

6.2 D类功放的最新发展——T类功率放大器

由于D类功率放大器存在很大的缺陷，美国Tripath公司研发出了一种称为数字功率处理技术（DPPTM），它就是T类功率放大器的核心技术。与D类功放有差别的是，它所采用的并不是脉宽调制，它将把通信技术中处理小信号的预测算法及适应算法用到信号处理当中。音频输入信号经数字信号处理技术后，控制功率晶体管的开启和关闭，从而避免了采用PWM技术的D类功率放大器的缺点。可以说，DDPTM技术的问世，是数字功放发展史上的一座新的里程碑。

对于T类功率放大器，功率管的开关频率是可以改变的，不同于采用相对固定的开关频率的D类功率放大器，无用的分量或噪声功率谱不集中在窄频带的两侧，而分布在很宽的频率，波形和T类功率放大器的频谱波形膨胀是相似的，因此功率密度不高，这就极大地降低了对输出低通滤波器的要求，易于制作出合适的低通滤波器。

在国外，生产T类功放的电子公司已经有很多，技术也不断更新，国内虽然

在这方面起步较晚，但是近年来发展速度迅猛，并且已经有相关企业开始生产T 类功率放大器。例如，夏新电子股份有限公司，其产品已进入市场。有一点可以相信，随着数字技术的不断发展，数字功放将给我们的生活增添更多的精彩。

结论

数字功放是在A类、B类、AB类功率的基础上研制出来的，大规模集成电路的发展更促进了数字功放的更新和改进。数字功放的基本原理就是PWM原理，它与以往的功率放大器相比有着优越的性能。

本设计是根据数字功放的基本原理、电路组成、干扰抑制、功能仿真、技术展望等方面来进行叙述的，其中着重介绍了数字功放的组成电路。目前，相关的数字功放已经相当成熟，由于更多的专业人员的加入，数字功放技术也得到了不断完善。针对D类功放的一些缺陷，相关的电子器件制造商已经开始研发并生产处性能优越的T类功放。与D类功放相比，T类功放显示出其卓越的性能，但这并不代表着D类功放技术可以被抛弃，在我们研究新一代的功率放大器的时候，我们仍然需要对D类功放的相关技术有一个很好的认识。只有这样，我们才可以充分借鉴前人的研究成果，生产出更好的产品，造福人类。

致谢

从毕业设计选题到资料收集再到最终的论文写作，期间经历了很多的艰辛。从刚开始的毫无头绪到最后的成竹在胸，这一切都离不开丁西明老师的悉心指导，正是丁老师给予我的帮助才使我在规定的时间内完成毕业设计的写作。丁老师无论是工作期间还是在节假日休息的时候，都会在第一时间解答我的问题，并且提出很多宝贵的建议，这使我的论文更加完善。在电路仿真的时候，丁老师对我所设计的电路的各个组成部分都进行了仔细地检查纠正，这样就让我得到了预期的结果。再此由衷地感谢。

当然，大学四年里每个授课老师的教诲让我打下了坚实的专业基础，这也是我能完成此次毕业设计的重要原因，在此一并感谢。感谢你们！

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附录

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

音频功率放大器电路

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

数字功放原理

数字功放原理数字功放也称D类功放，与模拟功放的主要差别在于功放管的工作状态。传统模拟放大器有甲类、乙类和甲乙类、丙类等。一般的小信号放大都是甲类功放，即A类，放大器件需要偏置，放大输出的幅度不能超出偏置范围，所以，能量转换效率很低，理论效率最高才25% 。乙类放大，也称B类放大不需要偏置，靠信号本身来导通放大管，理想效率高达78.5%。但因为这样的放大，小信号时失真严重，实际电路都要略加一点偏置，形成甲乙类功放，这么一来效率也就随之下降，虽然高频发射电路中还有一种丙类，即C类放大，效率可以更高，但电路复杂、音质差，音频放大中一般都不用，这几种模拟放大电路的共同的特点是晶体管都有工作在线性放大区域中，它按照输入音频信号大小控制输出的大小，就像串在电源与输出间的一只可变电阻，控制输出，但同时自身也在消耗电能。数字功放的功放管工作在开关状态，理论状态晶体管导通时内阻为零，两端没有电压，当然没有功率消耗；而截止时，内阻无穷大，电流又为零，也不消耗。所以作为控制元件的晶体管本身不消耗功率，电源的利用率就特别高。图1是数字D类功放的工作原理框图。D类功放处理的是经脉宽调制（PWM）的音频数字信号，声音信息埋藏在脉冲的占空比或脉冲密度中。图示是音频信号的一种PWM调制方法，最为直观；较多采用的是以脉冲密度来表示信号大小的，脉冲密度大的地方，表示电压高；稀的地方，电压就低。双向信号可用其它方式调制，如占空比50%，即脉冲

宽度与间隔宽度1：1，表示信号幅值为零；占空比大于50% ，幅度为正，这时数值越大，正幅度越高；占空比小于50%，幅度为负，越小越负。因为这种信号并不需要与外接设备直接相连，也就不需要格式完全统一，各厂可按自行研发的最佳方案调制。音频PWM编码可以从两种途径获得，一是对模拟音频信号进行模数变换直接生成PWM数字音频。二是对其它编码的数字音频，如CD的PCM编码，通过数字信号处理技术变换成PWM码。获得后用此信号去控制大电流的开关型功率MOSFET由功率管输出一个大能量的PWM码。输出电压的大小由电源电压高低决定，输出的电流由负载扬声器的阻抗和电路形式决定。功率管工作在开关状态，只要开关特性好，线性要求几乎没有，制造成本比音响对管低，工业控制上这类MOSFET已用得很普遍，取材方便。由于开关管导通时的饱和压降和截止时的漏电流也会损失一些电能，但总效率仍有百分之九十几，为各类放大电路效率之冠。开关晶体输出的是脉宽调制波形，要成为可听的模拟音频信号，还需经过一路带宽为20KHz的低通滤波器，滤去脉冲波形中的高频成分，见图3，一般说来功放的输出电压对选取电容的耐压不成问题，只是电感最大允许电流要设计正确。

音响课程设计报告(模板)

音响电路设计课程名称：音响放大器设计内容摘要：(1)了解音响放大器的基本组成和总体设计 (2)了解音响放大器各组成部分的具体设计 (3)了解其安装及调试过程设计要求： 1设计一个音响放大器，要求具有音调控制、音量控制等功能，可接入电脑音频信号、录音机线路输出信号等扩音，或作为有源音箱等； 2电路基本要求内含前置放大、音调控制、功率放大等； 3画出音响放大器的电路原理图，分析各部分电路的工作原理； 4电路制作与调试； 5简易故障的判定及排除。一、设计的作用和目的以及意义在很多电气设备中都有音响功率放大器，集成音响功率放大器具有工作稳定、性能好、易于安装调试、成本低等优点。集成功放加上前置放大器、音调控制电路就可构成音响放大器。前置放大主要完成对输入信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出电阻低，频带宽，噪声小；音调控制主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求功率高、失真尽可能小、输出功率大。目的： 1．通过多语音放大器的设计，掌握低频小信号放大电路的工作原理和设计方法。 2．进一步理解集成运算放大器和集成功放的工作原理，掌握有源滤波器和功放电路的设计过程。 3．了解一般电子电路的设计过程和装配与调试方法。设计意义： 1. 音响技术的发展经历了电子管、晶体管、场效应管的历史时期，在不同的历史时期都各有其特点。预计音响技术今后的发展主流为数字音响技术。 2. 通过音响放大器设计，使我们认识到一个简单的模拟电路系统，应当包括信号源、输入级、中间级、输出级和执行机构。信号源的作用是提供待放大的电信号，如果信号是非电量，还须把非电量转换为电信号，然后进入输入级，中间级进行电流或电压放大，再进入输出级进行功率放大，最后去推动执行机构做某项工作。

音频功率放大电路课程设计报告

, 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,

功放电路设计说明书

功率放大器（OTL ）一、基本原理及原理图下图为乙类推挽功率放大器的电路原理图。图中，Q1和Q2为两个特性配对的互补功率管（NPN 型和PNP 型）；若忽略功率管发射结导通电压，则当V1正半周时，NPN 型Q1管导通、PNP 型Q2管截止，i 1C （≈i 1E ）为处于正半周的半个正弦波；当V1负半周时，Q1管截止、Q2管导通，i 1C （≈i 1E ）为处于负半周的半个正弦波，通过R L 的电流i L ＝ i 1E －i 2E ，合成完整的正弦波。但在实际电路中由于有导通电压，零偏置会使输出电压波形产生交越失真，图中选用二极管偏置电路为互补功率管加合适的偏置电压，使之工作在乙类状态，减小失真且具有高热稳定性；采用单电源供电（加大容量的C3）使两互补管电压均是2 1V CC ；互补管间加两个电阻帮助两管散热；输入信号为互补功率管提供振幅接近电源电压的推动电压，产生自举效应；设计合适的参数使此电路高效地使功率放大相应的倍数驱动负载。功率放大器电路原理图二、设计步骤 1.设计要求：（分立元件）设计并仿真功率放大器（OTL ），要求： ① 电压增益：5倍以上

②负载：0.5W以上（8Ω扬声器） ③频率范围：20Hz~20kHz 2.设计过程： ①电源的选取：由P＝I2R L ＝U2／R L （R L ＝8Ω）得U＝2V ∴U P P-＝2×2√2≈5.7V ∴V CC ＝15V ②电阻的选取： P＝I2R L ＝U2／R L ，令U=3v，I L R ＝ 2 1U P P- ／R L ≈350mA (β＝100) ∴i 1 B ＝I L R ／β＝3.5mA 取i 3 R ＝20mA ∴R 5＋R 6 ＝3／（20mA）≈150 ∴R 5 ＝10Ω，R 6 ＝90Ω ∵R2／（R 1＋R 2 ＋R 9 ）＝3＋0.7＝3.7 即R 1 ／（R 2 ＋R 9 ）≈4 取调试好的R 1＝10kΩ，R 2 ＝41kΩ（R 2 为1kΩ，起保护作用；R 9 可调）令R 3＝600Ω，R 4 可调，不要取太大，起到作用即可取R 7＝R 8 ＝1Ω（一般取小点） ③电容的选取： C1＝10uF，C2＝47uF，C3＝470 uF (电容大，交流压降趋于零) 三、仿真调试 1. 仿真电路图：

分立元件OTL功放资料剖析

典型OTL音频功率放大器组装与维修场景描述 OTL电路的主要特点有是采用单电源供电方式, 输出端直流电位为电源电压的一半；输出端与负载之间采用大容量电容耦合,扬声器一端接地，具有恒压输出特性。本任务流程如图3－1－1所示。图3－1－1任务流程图一、实训工具及器材准备完成本次实训任务所需工具及器材见表3－1－1。表3－1－1拆装与检修动圈式扬声器实训工具及器材准备

二、简易OTL音频功率放大器组装（一）电路原理的熟悉图3－1－2简易OTL功放电路原理图 1、电路特点本功放电路结构简单，元件易购，成本低廉，原理典型，非常适合初学者组装学习。电路包括： A.电压放大器：将输入的微小音乐信号加以放大，通常采用共射级放大，图中以VT1、VT2为核心组成的放大电路完成电压放大功能。 B.功率放大：功率放大级电路是用来提高电路的工作效率，通常共射级放大的输出电流很小，所以通过功放部分来推动喇叭。图中以VT3、VT4为核心组成的电路完成功率放大功能。 C.偏压装置：偏压装置为功率三极管提供正向偏压，使功率放大级电路工作于AB类放大状态，防止产生交越失真。图中VD5和R8为功放提供偏压，其中VD5具有负温特性，用以补偿功放管因温度升高引起电流增大。改变R8的阻值可以改变功放管的静态电流。 D.负反馈电路：利用负反馈的特性，控制整个放大电路的增益，提高电路稳定性。其中R4为放大器提供交直流负反馈，R5、C4对反馈的交流信号起分流作用，改变R4与R5的比值可以改变放大器的增益。 2、电路原理和各元件的作用

音量控制：由RP电位器调节，根据串联电路的分压原理知，当旋转电位器时获取的输入电压将发生改变，从而改变了音量的大小。第一级共射极放大器：由R1、R2、R3、R4、R5、C3、C4、VT1组成。R1、R2为VT1提供偏置电压，改变二者的比值可以改变功放输出点的电压（正常要求为电源电压的一半）。C3为输入隔直耦合电容。R3是VT1的负载电阻，VT1和VT2是直流耦合，通过C3输入的信号经VT1放大后，直接送到VT2进行放大。直流耦合就等于直接耦合，所以，信号传输没有损耗，电路工作效率很高。 C4、R4、R5组成负反馈电路，对于直流而言，C4表现出无穷大的阻抗，这可以使直流工作点非常稳定。对交流来说，C4相当于短路，R4和R5的比值决定了放大倍数。R5为零欧姆时，增益最大，灵敏度极高。我们一般可以根据实际情况在10-100欧姆中取值。第二级共射极放大：以VT2为核心构成的放大电路。VT2是推动级放大管。输入信号经过VT1、VT2两级放大后，具备了驱动VT3、VT4（输出级）的能力。本功放电路只有三级，主要由第一二级（VT1、VT2）决定最大放大倍数，第三级（VT3、VT4）决定最大电流的驱动能力，想要电路放大倍数大，VT1、VT2要选放大倍数大的三极管，想要带负载能力强，VT3、VT4应该用大功率大电流的三极管，当然，放大倍数也不能太小。 C6是中和电容，起高频负反馈作用，该电容主要是为了减小高频的增益，当高频过强时，听起来会感觉声音尖、剌耳，当高频增益太强时，甚至出现高频寄生振荡，严重影响功放电路效率和音质。该电容一般取值在47-4700PF之间，要求不严时也可以取消。 VT3、VT4这对末级互补输出对管在工作时会发出较大的热量。改变R8可以改变VT3、VT4的工作电流，随着温度的升高，VT3、VT4的电流还会自动变大，电流变大就会更加发热，更加发热就会电流更加变大，这是一个恶性循环，所以，要求严格时，R8应该使用负温度系数的热敏电阻，并且紧挨着VT3、VT4感受温度来补偿VT3、VT4的电流变化。 R8和VD5、R6和R7、VT3的CE极三部分共同组成VT3、VT4的偏置电路，保证VT3、VT4在无信号时输出中点电压。R8和VD5千万不能开路，否则VT3、VT4会有很大的基极电流，导致VT3、VT4的集电极电流剧增，立即发热烧坏。但是，R8和VD5的分压也不能太低，否则，在小信号时会听出明显的截止失真（和交越失真相同）。这种失真只在小信号时才有明显的反应。在高档功放电路中，VD5和R8会用其它元件代替，同时还会引入温度补偿。 R6、R7主要是给VT3、VT4提供基极偏置电流。当信号正半周时，VT3基极电压会上升，R6、R7两端的电压会变小，将不能给VT3提供足够大的基极电流。由于C5自举电容的出现，信号正半周时会将C5的正极电压也“举”高，这就可以通过

音频功率放大器课程设计报告

课程设计报告设计题目：音频功率放大器系别：电子工程系专业：信息工程班级：09信工班学生姓名： 2011年09月29日课程设计任务书

目录一、设计要求二、设计总体方案 2.1设计思路 2.2 音频功放各级的作用和电路结构特征 2.3简要原理分析三、选择器件及参数计算 3.1电路元件参数及介绍 3.2参数计算 3.2.1参数计算 3.2.2功率的计算四、用multisim仿真音频功率放大器五、实物电路安装调试及使用 5.1电路调整与测试 5.2通电观察六、设计体会与总结七、参考文献

一、设计要求音频功率放大器具体要求：功率5W到10W。电源电压20V以下。最后一级功率放大级必须采用三极管电路，中间级可以采用运放等集成电路。（可选功能）加分频器，输出高频低频两路信号（用于接高音喇叭和低音喇叭）。最后要算出功耗、输出功率和频率响应曲线。二、设计总体方案 2.1设计思路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。声音源的种类有很多种，故输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般动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的话，对于输入信号过低的，功率放大器功率输出不足，不能充分发挥功放的作用；加入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。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用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。最后音频放大器由前置放大器和音调控制电路和功率放大器三部分组成。组成框架如下图： 2.2 音频功放各级的作用和电路结构特征本次设计是基于10瓦音频放大器，由于时间有限，上网找了一些电路图，下幅电路图稍微修改后是最合适的。由于电路采用NE5532芯片，芯片内部已包含

运算放大器的电路仿真设计

运算放大器的电路仿真设计一、电路课程设计目的错误!深入理解运算放大器电路模型,了解典型运算放大器的功能,并仿真实现它的功能; 错误!掌握理想运算放大器的特点及分析方法(主要运用节点电压法分析）； ○3熟悉掌握Muｌtisiｍ软件。二、实验原理说明（1）运算放大器是一种体积很小的集成电路元件,它包括输入端和输出端。它的类型包括:反向比例放大器、加法器、积分器、微分器、电压跟随器、电源变换器等. （2） (３)理想运放的特点:根据理想运放的特点,可以得到两条原则： (a）“虚断”:由于理想运放,故输入端口的电流约为零，可近似视为断路,称为“虚断”。（b)“虚短”:由于理想运放Ａ,，即两输入端间电压约为零,可近似视为短路,称为“虚短”. 已知下图，求输出电压。

理论分析: 由题意可得:(列节点方程) 011(1)822A U U +-= 0111 ()0422 B U U +-= A B U U = 解得: 三、电路设计内容与步骤如上图所示设计仿真电路. 仿真电路图：

V18mV R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 0.016 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 0.011 V + - 根据电压表的读数,，与理论结果相同．但在试验中，要注意把电压调成毫伏级别，否则结果误差会很大, 致结果没有任何意义。如图所示,电压单位为伏时的仿真结果:V18 V R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 6.458 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 4.305 V + - ，与理论结果相差甚远。四、实验注意事项 1)注意仿真中的运算放大器一般是上正下负,而我们常见的运放是上负下正,在仿真过程中要注意。

大学生音频功率放大电路课程设计报告

课程设计课程名称_____________________ 题目名称______________________ 学生学院______________________ 专业班级______________________ 学号______________________学生姓名______________________ 指导教师______________________ 20119年 5 月13 日

目录一、前言 3 二、课程设计 11 三、课程设计题目 12 四、设计任务和要求 12 五、原理电路设计 12 六、电路调试过程与结果 16 七、总结 21 八、参考文献 22 九、实物图23

一、前言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——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

.音频放大器是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号的设备，其重建的信号音量和功率级都要理想——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。简介音频放大器是多媒体产品的重要组件之一，广泛应用于消费类电子领域。线性音频功放因失真小、音质好，在传统的音频放大器市场上一直占主导地位。近年来，随着MP3、PDA、手机、笔记本电脑等便携式多媒体设备的普及，线性功放的效率和体积已不能满足市场的要求，而D 类功放以效率高、体积小等优点越来越受到人们的青睐。因此，高性能的D类功放具有十分重要的应用价值及市场前景。音频放大器的发展先后经历了电子管（真空管）、双极型晶体管、场效应管三个时代。电子管音频放大器音色圆润、甜美，然而它体积庞大、功耗高、工作极不稳定，且高频响应不佳；双极晶体管音频放大器频带宽、动态范围大、可靠性高、寿命长，且高频响应好，然而它的静态功耗、导通电阻都很大，效率难以提高；场效应管音频放大器具有与

扩音机电路的设计

课程设计报告课程名称：模拟电子技术基础设计名称：扩音机电路设计姓名：学号: 班级：成绩：指导教师：起止日期：2009年12月28日至2010年1月1日

课程设计任务书

扩音机电路的设计一、设计的目的和意义 (一)、实验目的 1，了解扩音机电路的形成和用途。 2，掌握音频放大电路的一种实现方法。 3，提高独立设计电路和验证试验的能力。。 (二)、意义：对以后的毕业设计打下基础，锻炼个人的学习和查阅资料的能力以及对课外相关本专业知识的了解。二、设计原理扩音机电路的工作原理与音频功率放大器的工作原理相似，具有放大音频先好并将其还原纯真声音信号的电子装置。扩音机电路时一个典型的多级放大器，其原理如下图所示。前置级主要完成对小信号的放大。一般要求输入阻抗要高，输出阻抗低，频带宽度要宽，噪声要小。音调控制级主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减。功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。首先根据技术指标要求，对整机电路作适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计计算。因为P0max=8W 。所以此时的输出电压：V0=RL P m ax *0 =8V 。要使输入为5mv 的信号放大到8v 的输出，所需要的总放大倍数为1600倍，扩音机中各级增益的分配为：前置级电压放大倍数为80；音调控制级中频电压放大倍数为1；功率放大级电压放大倍数为20。三、详细设计及实验步骤 1、前置放大级由于信号源提供的信号非常微弱，因此在音调控制器前面要加一级前置放大级。该前置放大级的下限频率要小于音调控制器的低音转折频率，前置放大器的

分立功放

实用低频功率放大器一、任务设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。其原理示意图如下：二、要求 1、基本要求 (1)在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5~700）mV ，等效负载电阻R L 为8Ω 下，放大通道应满足： ①额定输出功率P OR ≥10W ； ②带宽BW ≥（50～10000）Hz ； ③在P OR 下颌BW 内的非线性失真系数≤3%； ④在P OR 下的效率≥55%； ⑤在前置放大级输入端交流短接到地时，R L =8Ω上的交流声功率≤10mW ； (2)实际测量时输入为音频信号，要求设置有音量、高音、低音大小调节电路； (3)功放部分不能使用集成功率放大器。 2、发挥部分放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展，如设置有保护电路、提高效率、减小非线性失真等。一、方案设计及验证 1、设计要求前置放大器输入交流短接到地时，R L =8Ω的电阻负载上的交流噪声功率低于10mW ，因此要选用低噪声运放。本系统选用优质低噪声运放NE5532N 。设计要求输入电压幅度为5—700mV 时，输出都能以P 0≥10W 满功率不失真输出，信号需放大几千倍；又考虑到运放的放大倍数与通频带的关系，固应采用两级放大。赠以调节可用电位器手动调节，也可以自动增益控制，但考虑到题目中的“实用”两字（例如输入信号不是正弦信号，而是大动态音乐信号），故采用手动增益调节。前置放大器采用低噪声双运放，分别以同相放大的方式，作为左右通道的信号放大。 2、功率放大器常用电路有两种，一种用输入输出变压器的推挽电路，另一种是无输入输出变压器的推挽电路。如OCL 、OTL 、BTL 等。相比之下，前者的频响和失真方面都表现较

电子技术课程设计报告2009(音响放大器)

湖州师范学院求真学院课程设计总结报告课程名称电子技术课程设计设计题目音响放大器专业班级姓名学号指导教师报告成绩求真学院信息与工程系

二〇一〇年十二月二十九日

《电子技术课程设计》任务书一、课题名称音响放大器设计二、设计任务 1、设计一个音响放大器，要求具有音调控制、音量控制等功能，可接入电脑音频信号、录音机线路输出信号等扩音，或作为有源音箱等； 2、电路基本要求内含前置放大、音调控制、功率放大等； 3、画出音响放大器的电路原理图，分析各部分电路的工作原理； 4、电路制作与调试，测试直流工作点，关键点的波形； 5、简易故障的判定及排除。三、技术指标 a)要求输出额定功率为≥1W，无明显失真，音调调节与音量调节作用明显； b)负载阻抗（扬声器阻抗）4-8欧，输入信号约为几十mV至100mV；四、设计报告根据要求撰写设计报告

《音响放大器的设计》课程设计总结报告目录一、引言二、任务分析 2.1 放大器的发展 2.2放大器的分类 2.2.1甲类放大器 2.2.2乙类放大器 2.2.3甲一名类放大器三、设计方案 3.1工作原理 3.2不同方案的比较： 3.3 TDA2030参数,特点及典型应用 3.3.1引脚情况： 3.3.2电路特点： 3.3.3极限参数 3.3.4主要性能指标

3.3.5 注意事项 3.3.6．理想运算放大器特性 3.3.7．理想运放在线性应用时的两个重要特性：四、电路设计及元器件清单 4.1主体OTL功率放大器图 4.2、手持式扩音器附加图 4.3在protel 99 SE中作出相关的原理图 4.4在protel 99 SE中作出相关的PCB图 4.5元器件清单五、焊接及调试 5.1 焊接 5.1.1焊接技术 5.1.2焊接的注意事项 5.2焊后处理 5.3导线焊接 5.4常用连接导线 5.5调试 5.5.1主体OTL功率放大器调试 5.5.2手持式扩音器调试六、展望七、感想八、参考文献附：电源电路图

分立元件功放电路OTL

OTL功放电路，耦合元件一、功率放大器电路基本特点：互补对称式OTL功率放大器基β本电路如图所示： C1为信号输入耦合元件，需注意极性应和实际电路中的电位状态保持一致。 R1和R2组成BG1的偏置电路，为BG1提供静态工作点，同时也在整个电路中起到直流负反馈作用。要求通过R1的电流大于BG1的基极电流至少5倍，按照β为100，Ic1为2mA计算，R1就不大于6k，故给定为5.1k,C1也相应给定为22uf，它对20Hz信号的阻抗为362Ω；R2根据电源采用的具体电压确定，约为R1（E/1-0.6）/0.6，按照32V电压值，即5.1×(32÷0.6-0.6) ÷0.6≈130，就取120K，确切的值通过实际调试使BG1集电结电压为15.4V来得到。 C2与R3构成自举电路，要: R3×C2＞1/10，（R3+R4）×IC1=E/2-1.2 因R4是B G1的交流负载电阻，应尽可能取大一点，R3一般取在1k之内。按照32V的电压值和IC1为2mA计算，R3和R4之和为7.2k，实际将R3给为820Ω，R4给为6.8k，IC1则为1.94mA；C2因此可取为220u。 R5和D是BG2和BG3互补管的偏置电路元件，给BG2、BG3共同提供一个适当静态工作点，在能够消除交越失真情况下尽量取小值，根据实验结果一般取3mA-4mA；改变R5的阻值可使BG2、BG3的基极间的电压降改变，而实现其对静态工作的调整。与R5串联的D是为了补偿BG2、BG3发射结门坎电压随温度发生的变化，最好采用两只二极管串联起来补偿互补管门坎电压随温度发生的变化，使互补管静态工作点稳定。并联在BG2和BG3基极间的C4，可使动态工作时的△UAB减小，一般取47u。 C3是防止BG1产生高频自激的交流负反馈电容，一般取为47P —200P。 BG1起放大作用，在该电路中被称为激励级，要求:Buceo＞E, Iceo≤IC1/400=5uA、β=100～200，所以应选用小功率低噪声管。

数字控制音频放大电路--课程设计报告

~ 课程设计报告课程名称：电子技术应用课程设计设计题目：数控音频放大电路专业班级： 10电气2班 { 设计者：学号：指导老师：舒华、王峥设计所在学期：大三第一学期 " 设计成绩：广州大学机械与电气工程学院 2012年 9 月 29 日

数控音频放大器设计报告 [ 声音无处不在，人类对于声音的利用可以是无孔不入。特别是信息传递方面，最常见的如人与人之间的对话。但是有时候我们想把声音信息先保存下来等到有需要的时候再播放出来，而播放的机制好坏直接影响到声音信息的完整性与真实性，即和声音的失真率有关。所以声音播放机制的好坏关乎到信息传递的准确性。再者，当今社会声音播放机制是随处可见，这足以证明现实社会对播放机制的需求量大，且渐渐地向失真较小的方向发展。人们在致力寻求失真最小的机制同时，也想该机制尽量简单小规模，因为这样才能广泛利用于各个领域。如电脑音箱、笔记本音响、广播、手机等。各个领域对于声音播放的要求又各有不同，所以本报告着重讨论研究失真较小的家用级播放机制。最后，机制电路的设计对于设计者来说是一个不容易解决得问题。对于设计者技术方面要求犹为重要。设计者要尽可能地减少外界对机制的影响和电路内部的影响，综合考虑电路布局、功率和材料选择。设计者如果在任何一个环节出错都会导致播放机制不稳定乃至失真、震荡。因此选择这个电路作为讨论研究对象具有代表性意义，能使初级设计者更好地理解播放机制的工作原理，同时也是是初级设计者技术的试金石，是一个很好的锻炼台阶！

一、系统功能简述二、简论本系统意义（创新性、实用性、课题特点）电子产品趋向于自动化，智能化方向发展，人们想电子产品在满足其基本需要时，能具备智能化、人性化的体现。因此，在这样的市场需求下，电子产品发展已向智能化、人性化方向发展。在这个大趋势的推动下，本系统在设计方面也加入了一些比较人性化的设计，如可视化音量级别，与数控音量调节。也许正是一个经常可以看到的简单功能，但这却是一个具有创新性意义的代表功能。以前播放机制，是用一个简单的电位器来调节的，基于以前技术的相对落后，与材料的缺乏。电位器不是为一个很好地解决方案，但是电

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)

大功率功率放大器电路设计

大功率功率放大器电路设计大功率功率放大器电路设计一. 设计理念及实现方式 (1)能推4Ω、2Ω等双低音的“大食”音箱以及专业类大粗音圈的各类专业箱。 (2)要省电、噪声小，发热量小。 (3)音质要好，能适合家居使用和专业使用。第一点的实现就是要有大的推动功率。由于目前居室客厅面积有不断扩大的趋势，100W ×2以下功放已显得有些“力不从心”，所以本功放设计为4ΩQ时360W ×2，2Ω时720W ×2。第二点的实现就是电路工作在静态时的乙类小电流，靠大水塘级电容和电阻进行滤波降噪，使功放级噪声极小。而电路的工作状态又决定了电路元件的发热量很小，与一般乙类电路相当。配备的大型散热系统是为了应付连续大功率、低阻抗输出时的安全、可靠。第三点的实现是本功放板的主要目标。目前公认的是：甲类、MOS、电子管音质好，所以本功放要达到甲类、MOS、电子管的音质。二.大功率输出的实现要实现大功率，首先是电源容量要大。本功放配置的电源是在截面积为35mm ×60mm的环形铁心上绕制的环牛。一次侧为1.0mm线绕484圈，二次侧为1.5mm 双线并绕100圈。整流为两只40A全桥做双桥整流，滤波为4只47000 uF电容 2只2.7kΩ 电阻并接在正负电源上，使电压稳定在±62V。如电压过高可减小电阻到2.2kΩ，过低可加大电阻到3kΩ，功率用3W以上的。除电源外，要实现大功率输出，特别是驱动“大食”音箱，要求功放输出电流能力要强，本功放每声道选用6对2SD1037管做准互补输出，可驱动直流电阻低达0.5Ω的“大食”音箱。所以4Ω时360W×2、2Ω时720W×2是有保障的。三. 甲类、MOS、电子管音质的实现目前人们公认的甲类、MOS、电子管的音质最好，所以本功放电路设计动态时工作于甲类的最佳状态，偏流随信号大小而同步增减，所以音质是有技术保障的。而在此工作状态下，即使更换几只一般的MOS管，对音质的提高也不明显。下面给出其原理图，如图1所示。从图1上可见到本原理图相当简洁，比一般乙类或甲乙类准互补电路还节省元件。而通过在电路板上改变一只电阻的接法就可方便地在本电路与准互补乙类或甲乙类之间变换。

音频功率放大器的设计与实现汇总

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