模拟电路课程设计音频功率放大器

黄淮学院

课程设计报告

题目音频功率放大器

课程名称模拟电子技术课程设计院系名称信息工程学院

专业电子信息工程

班级电信1601B

学生姓名田益博

学号 **********

课程设计学时 1周

指导教师陈淑静

目录

摘要 (1)

绪论 (1)

1.1、课程设计的任务 (1)

1.2、课程设计目的 (2)

2、D类音频功放的工作原理 (2)

3、各组成部分的工作原理 (2)

3.1、设计原理 (2)

3.2、PWM 比较器电路设计 (3)

3.3防脉冲电路设计 (4)

4、电路仿真结果 (5)

4.1公式计算 (5)

4.2原理之推挽电路 (6)

4.3如何提高放大器效率 (6)

5、设计结果与分析 (8)

5.1音频放大器的优点 (8)

5.2提高放大器的效率 (8)

6、心得体会 (9)

摘要

目前便携式消费类电子产品（如：手机、MP3、PDA、便携式GPS 等）日益流行，这对电池工作时间和寿命的要求也日益增强，以效率高、低失真为特点的D类功率放大器就开始广泛地应用于这些产品中。在传统晶体管放大器中，输出级包含提供瞬时连续输出电流的晶体管。音频放大器可分为A类、AB 类、B 类和D 类放大器。D 类放大器与线性音频放大器（如 A 类、B 类和AB 类）相比，在功效上有相当的优势。

对于线性放大器（如AB类）来说，偏置元件和输出晶体管的线性工作方式会损耗大量功率。而D类放大器的晶体管只是作为开关使用的，用来控制流过负载的电流方向，这样输出级的功耗极低。D类放大器的功耗主要来自输出晶体管的导通阻抗、开关损耗和静态电流开销，这样使D 类放大器对散热器的要求大为降低，甚至可省掉散热器，使得D类放大器在许多应用中具有显著的优势，节省印制电路板（PCB）面积和成本，并且能够延长便携本文对D类音频功率放大器与传统的音频功放进行了分析和比较，然后对D类音频功率放大器的工作原理、系统结构和两种拓扑结构进行了详细的分析和音频功率放大器的基本原理

绪论

1.1、课程设计的任务

基本要求：

（1）额定输出功率Po=10W，效率>60﹪；

（2）负载阻抗RL=8Ω；

（3）失真度γ≤3%；

（4）输出功率大小连续可调，即用电位器可调节音量大小；

（5）频率响应（fL～fH）；20Hz～20KHz；

（6）输入信号源为低阻话筒（20Ω），输出电压为5mV；

（7）Ri≥20kΩ。

发挥部分：

（1）扩展设计实现其他功能；

（2）能用硬件电路完成全部或部分功能

1.2、课程设计目的

通过本次课程设计所要达到的目的是：增进自己对模拟集成电路方面所学知识的理解，提高自己在模拟集成电路应用方面的技能，树立严谨的科学作风，培养自身综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过电路设计初步掌握工程设计方法，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法，为后续课程的学习和今后从事的实际工作提供引导性的背景知识，打下必要的基础。

2、D 类音频功放的工作原理

D 类放大器通常包括 PWM 级, 放大级 、输出级 3个部分,工作原理如图1 所示。采用 PWM 技术完成对输入音频信号的调制 ; PWM 级产生的 PWM 信号用于驱动功放电路( 通常为MOSFET 桥) ,将 PWM 信号进行放大; 输出级为低通滤波器, 它将放大的 PWM 信号解调,同时滤掉高频开关噪声, 得到放大的音频信号, 驱动扬声器输出。

3、各组成部分的工作原理

3.1、设计原理

音频功率放大器主要由输入级、放大级、输出级三个部分组成。

电路采用TDA2030A 集成功率放大电路，具有输出功率大、保护性能完善、外围电路简单、使用方便等优点。工作范围为±6-±18V 。

输入级：采用电容耦合输入。用以去掉音频信号中的低频信号，与R1构成高通低频响应。

放大级：采用TDA2030A 集成芯片，输出功率大10W 频率响应为10~1400Hz ，输出电流峰值最大可达3.5A 。其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。

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。

3.2、PWM 比较器电路设计

PWM 比较器是由前置运算放大器输出信号与三角波信号进行调制的核心电路，其性能直接影响到输出调制信号的准确度，即影响到输出信号的失真度。

图1 PWM比较器电路设计

TN5-8 为输入级的输入管，三角波信号 V tri 和前置运放输出信号 V in 分别从两个基极输入，再经由 P8 、 10 作为二极管负载输出到 P7 和 P9 ，然后再由 N32 、 N37 、 N38 、 N48 、 N49 和 N34 、 N41 、N42 、 N44 、 N45 构成的 Latch 结构送到输出级。采

用三极管做输入管是因为三极管比 MOS 管更能够抑制闪烁噪声，同时三极管的跨导也比 MOS 器件大，工艺匹配度也高，因此能够带来较大的匹配性，减小比较器的直流失调，也可提高比较器的直流电压增益。输入级则采用两级放大形式，负载管均采用二极管连接形式，它与恒流源负载相比，虽然在漏端产生的寄生电容多了一个栅电容，但大小相差不多，但它具有很小的输出阻抗，其在输出端口产生的极点将被推到离原点较远的地方。输入级采用两级放大结构，可用来提高输入级的增益，提高比较器精度。输出级由N33 、 N35~36 、N39~40 和它们后面的施密特触发器组成。输出级有很小的负载电容，但要求SR+和 SR- 相等，且应足够高。根据电流镜像， PWM比较器输入级的工作电流应该足够大，可以调节比例以将 I bias 的电流按比例放大到输入级的恒流源水平，大电流同时能够提高跨导、增大匹配性和直流增益，也能提供高的SR 。要 SR+ 和 SR- 相等，就要保证电流镜像的精准。这里可将 N34 、 N41～42 同时接到 N33 、 N39～40 以减小沟长调制效应，保证 P5 和 N35～36 对寄生电容充放电电流相等，从而使得 SR+ 和 SR- 相等。施密特触发器的作用是整波，并使输出的方波更加稳定，同时也增大驱动能力，以便驱动下一级输