D类音频功放
摘要
本项目涉及高效节能、数字化、体积小、重量轻等特点的D类功率音频放大器。适应便携设备高效及节能的客观要求。顺应了市场的客观要求。从而在音频集成领域具有很大的优势。随着设计技术不断进步D类功率放大器的要求也在不断提高，本文通过基于CMOS工艺的D类功率音频放大器构成、驱动实现、失真度等方面的特性来进行电路的设计。本课题的目标是设计一个D类音频功率放大器，能对音频信号进行放大，放大器的通频带达到300~3400HZ，输出功率1W，输出信号无明显失真。根据D类功放的原理分别设计了前置放大模块、三角波产生模块、比较器模块、驱动模块、H 桥互补对称输出及低通滤波模块等。其中三角波产生器及比较器共同组成脉宽调制（PWM）模块，H 桥互补对称输出电路采用驱动电流小、低导通电阻及良好开关特性的VMOSFET 管，滤波器采用两个相同的四阶 Butterworth 低通滤波器。
关键词 : D类功率放大器 H桥驱动脉宽调制
Abstract
This project involves a high efficiency and energy saving, digitization, small volume, light weight and other characteristics of the class D audio power amplifier. Adapt to the portable device and the objective requirements of high efficiency energy saving. Comply with the objective requirements of the market. Thus in the audio integrated field has a great advantage. With the continuous progress of design technology of D type power amplifier requirements are also rising, based on CMOS technology class D audio power amplifier structure, drive, distortion and other aspects of the characteristics of circuit design. The purpose of this paper is to design a class D audio power amplifier, can amplify the audio signal, the amplifier pass band to achieve 300 ~ 3400HZ, 1W output power, output signal without significant distortion. According to the principle of class D power amplifier are respectively designed preamplifier module, triangle wave generating module, comparator module, drive module, H bridge complementary symmetry output and low pass filter module. The triangle wave generator and comparator is composed of pulse width modulation ( PWM ) module, H bridge complementary symmetry output circuit adopts the drive current is small, low resistance and good switching characteristics of VMOSFET tube, filter using two identical four order Butterworth low pass filter.
Key words: class D power amplifier H bridge driver pulse width modulation
目录
摘要.................................................... I 第1章任务与要求. (1)
1.1课题概述 (1)
1.2 设计内容与要求 (1)
1.3 参数要求 (1)
第2章绪论 (2)
2.1 研究背景 (2)
2.2 论文研究目标和意义 (2)
2.3 论文章节安排 (3)
第3章方案论证与设计 (4)
3.1 总体设计分析 (4)
3.2 原理分析 (4)
3.2.1 D类放大器的原理 (4)
3.3 系统设计 (5)
3.4 方案的设计与选择 (5)
3.4.1 三角波模块方案的设计 (5)
3.4.2 高速开关电路 (5)
3.4.3 滤波器的选择 (6)
3.4.4 信号变换电路 (6)
3.4.5 功率测量电路 (6)
第4章硬件电路设计 (8)
4.1硬件电路 (8)
4.1.1 三角波发生器 (8)
4.1.2 放大电路 (8)
4.1.3 脉宽调制比较器 (9)
4.1.4 驱动电路、H桥及低通滤波电路 (10)
4.1.5 保护电路 (11)
4.1.6 信号变换电路 (12)
4.1.7 真有效值转换电路 (12)
第5章电路调试 (14)
5.1 调试的设备 (14)
5.2 硬件电路调试步骤 (14)
5.2.1 不通电检查 (14)
5.2.2 通电检查 (14)
5.2.3 测试和调整 (14)
5.2.4 整机联调 (15)
5.3 实际测试的参数 (15)
5.3.1 三角波发生器电路 (15)
5.3.2 脉宽调制比较器 (16)
第6章使用说明与总结 (17)
6.1 使用方法 (17)
6.1.2 注意事项 (17)
6.2 故障分析 (17)
6.3 总结 (17)
6.2.1 原理图设计中要注意的事项 (17)
6.2.2 安装过程总结 (17)
6.2.3 单元电路调试总结 (17)
6.2.4 PCB设计应注意的问题 (18)
6.2.4 整机指标测试总结 (18)
参考文献 (19)
致谢 (20)
附件A：总原理图 (21)
附件B：PCB图 (22)
附录C：元件清单 (23)
第1章任务与要求
1.1课题概述
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。
1.2 设计内容与要求
1）确定设计方案，绘制电路原理图。
2）设计印刷板电路。
3）试制本机（含外观设计）。
4）确定本机测试方案。
5）本课题组必须制作两组实物。
6）现场测试、写出测试报告
1.3 参数要求
1）功率放大器
a．3dB通频带为300Hz～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>10k，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）具有输出短路保护功能。
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%。
第2章绪论
2.1 研究背景
近几年，国际上加进了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善，并不断在向更大的输出功率，更小的体积，更轻的重量，更多的功能和智能化方向发展。20世纪80年代初，欧洲有些专业公司开始研究晶体管功放与电子管功放之间的性能差异及解决办法。电子管是一种电压控制器件，需要的控制功率极微，开关速率很快。晶体管是一种电流控制器件，需有较大的控制电流，转换速率较慢，这是最基本的差别。数字功放的概念早在20世纪60年代就有人提出了，由于当时技术条件的限制，进展一直较慢。
这一技术一经问世立即显示出其高效，节能，数字化的显著特点，引起了科研，教学，电子工业，商业界的特别关注。不久的将来，D类音频功率放大器必然取代传统的模拟音频功率放大器。
2.2 论文研究目标和意义
本文通过分析全球音频领域数字化的浪潮及人们对节能环保的要求，了解到时代迫使人们尽快研究开发高效、节能，数字化的音频功率放大器。而且，它应该具有工作效率高，便于与其他数字设备相连的特点。
对于传统的音频功率放大器工作时，直接对模拟信号进行放大，工作期间必须工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，减少了功率器件的承受功率，但在较大的功率情况下，仍然对功率器件构成极大地威胁，功率输出受到限制。模拟功率放大器还存在以下的特点：
电路复杂，成本高。常常需要设计复杂的电路和过流，过压，过热等保护，体积较大，电路复杂。效率低，输出功率不可能做的很大。
D类开关音频功率放大器的工作基于PWM模式：将音频信号与采样频率比较，经过自然采样，得到脉冲宽度与音频信号幅度成成正比变化的PWM波，然后经过驱动电路，加到功率MOS的栅极，控制功率器件的开关，实现放大，将放大的PWM信号送入滤波器，则还原音频信号。
D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100%，实际的运用也可达80%以上。功率器件的耗散功率小，产生热量少，可以大大地减少散热器的尺寸，连续输出功率很容易达到数百瓦。功率MOS有自我保护电路，可以大大的简化保护电路，而且不会引起非线性失真。这样可以更好的跟上了音频领域数字化的浪潮同时也满足了人
们对节能环保的要求。具有一定的现实意义。
2.3 论文章节安排
本论文大致可分为三个部分：第一部分主要介绍了功率放大器的一些基本知识；第二部分包含第三章至第六章，介绍了D类功率放大器的制作与原理；第三部分包括第七章，是论文总结及未来相关展望。
本文的内容组织安排如下：
第一部分主要讲述论文的研究背景、论文研究目标以及章节安排。
第二部分系统地介绍了在整个项目制作过程中我们由设计方案的选择与确定到最终整个项目的完成过程中，我们所做的一些具体事项。例如：方案确定后我们对这个项目实施的一些安排与调试等情况。
第三部分对我们这个项目进行了总的一个概括，以及我们对整个项目的总结与心得。
第3章方案论证与设计
3.1 总体设计分析
本课题设计的是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。通过分析此项目可分为D类功率放大器、信号转换电路、及功率测量显示装置等模块完成并实现器功能。
3.2 原理分析
3.2.1 D类放大器的原理
D类功放是放大元件处于开关状态时的一种放大模式。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体，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想的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。这种损耗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。
D类功放按其结构可以分为三个部分。
第一部分为调制器，最简单的只需要用一个运放构成的比较器即可完成。把原始的音频信号加上一定的直流偏置后放在运放的正输入端，在将一个有自激震荡生成的三角波添加到运放的负输入端。当正向输入端上的电位高于负端三角波的电位时比较器输出为高电平，反之则输出低电平。当音频输入信号输入时，正半轴期间，比较器输出高电平的时间比低电平的时间长，方波的占空比大于1:1；负半轴期间，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，方波的占空比小于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，成为PWM（Pulse Width Modulation 脉宽调制）或者PDM（Pulse Duration Modulation 脉冲持续时间调制）波形。音频信号被调制到脉冲波形中
第二部分就是D类功放，这是一个脉冲控制的大电流开关放大器，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有负载、电源和晶体管允许流过的电流来决定。
第三部分需要把大功率PWM波形中的声音信息还原出来。其方法也很简单，只需要用一个低通滤波器。由于此时电流很大，RC结构的低通滤波器电阻会有很大损耗，所以采用LC低通滤波器。当占空比大于1:1的脉冲到来时，电容C的充电时间大于
放电时间，输出电平上升；在小于脉冲到来时，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，所以原音频信号被回复出来。
3.3 系统设计
通过对项目要求与实际情况的分析，我们决定采用脉宽调制方式实现的D 类功率放大器和信号变换电路及显示电路组成。系统原理框图如下图。
图3-1 系统设计
3.4 方案的设计与选择
3.4.1 三角波模块方案的设计
方案一 ：用普通PWM 芯片做为三角波发生器。虽然此类芯片可直接产生脉宽调制信号，但芯片中振荡发生的是锯齿波，不符合D 类功放所要求的三角波，且振荡发生器是充放电电路产生波形，波形线性不好，难以达到要求。所以此方案不行。
方案二 ：根据要求，我们自行设计了三角波发生电路。误差放大电路及电压比较器，从而达到脉宽调制的目的，其中关键是三角波发生器。因为D 类放大器要求三角波频率高、线性好。这是一般积分微分电路难以达到的。我们选用555定时器恒流源充放电产生三角波，受到很好的效果。此方案的优点在于可产生合乎要求的脉宽调制信号，且全部期间可由+5V 电源直接供电，各项指标也都符合要求。 3.4.2 高速开关电路
方案一：采用推挽单端输出方式，如图3-1所示，电路输出信号的峰峰值不可能超过电源电压，输出功率难以提高。
PWM 脉宽调制
三角波发生器
音频信号输入
比较器
驱动电路
开关功率输出及低通滤波
信号变换
显示电路
高速开关电路
图3-1 高速开关电路
方案二：选用H桥输出方式（如图3-2所示）。此方式浮动输出载波的峰峰值可达2Vcc,充放利用了电源电压有效提高了输出功率。
图3-2 H桥
3.4.3 滤波器的选择
方案一：利用两个相同的二阶Butterworth低通滤波器，缺陷是负载上的高频分量电压没用得到充分衰减。
方案二：利用四个相同的二阶Butterworth低通滤波器，在保证同频带的前提下使负载的高频分量电压充分得到衰减。
3.4.4 信号变换电路
方案一：可采用三个运算放大器或单个运算放大器搭制双端信号变单端信号的电路，但是这样做很难达到电阻平衡且电路复杂。
方案二：采用低噪音、高速运算放大器芯片NE5532设计该电路，
3.4.5 功率测量电路
方案一：使用模拟电路，将电压值转换为功率值。通过一定的电路将其送至三位表头显示。
方案二：使用单片机系统。系统采集信号变换电路输出的单端信号的模拟量，经A/D转换为数字量，送至LED显示。
通过分析方案二的硬件电路更适合电路的制作与调试
第4章 硬件电路设计
4.1硬件电路
4.1.1 三角波发生器
图4-1 三角波发生器
本设计采用555构成的多谐振荡器的C4的线性充放电获得三角波。利用T1、T2和R6构成的恒流源对C4进行线性充电，T3、T4构成的恒流源对C4进行线性放电。电容C4上的三角波经T5射极跟随器输出。该振荡器的振荡频率为f ≈0.33/（R6+R7）C4.按图中值我们可以得到一个线性很好、频率约为100KHz 峰峰值约为2.18V 的三角波。
4.1.2 放大电路
4
32R610K R710K
R5
51K R810K
C3103GND
VCC
b +5
信号输入
+C5
2.2u
+
C62.2u
2
3
6
7
4
IC2
OP37
C4
301
C16
473
图4-2 放大电路
该部分的作用是将输入信号按比例放大以便于三角波进行比较，R2、R3共同分压将③脚的电压调制2.5V 左右，这样可使得放大后的波形中点在2.5V 左右，且上下对称无明显失真。放大比例系数由R3、R1决定，即A=R3/R1,C1、C3起隔直的作用。C2用来限制通频带的宽度。C2越大，通频带越窄。C2越小，通频带越宽。 4.1.3 脉宽调制比较器
脉宽调制比较器电路主要芯片是LM311，此处要注意的是三角波与音频信号的电压线重合。即正向端、反向端的电压相等。其电压平衡我们通过使用相同大小的电阻来实现。
6
5
4
R1110K R1210K
R1010K
R211K
R910K a
b
c
VCC
GND
C12105
C11
105GND
3
2
7
4
1
8
LM311
VCC
图4-3 脉宽调制比较器
图4-4 脉宽调制比较器输出波形
4.1.4 驱动电路、H 桥及低通滤波电路
H 桥互补对称输出电路 对VMOSFET 的要求是导通电阻小，开关速度快，开启电小。因输出功率稍大于1W ，属小功率输出，可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管，IRFD520和IRFD9520 CMOS 对管的参数能够满足上述要求，故采用之。实际电路如下图所示。互补PWM 开关驱动信号交替开启Q3和Q7或Q4和Q8，
分别经两个4阶Butterworth 滤波器滤波后推动喇叭工作
低通滤波器 本电路采用4阶Butterworth 低通滤波器对滤波器的要求是上限频率≥20 kHz ， 在通频带内特性基本平坦。通过仿真，得到了一组较佳的参数：L2 ＝L3=22μH ，L1 ＝L4 ＝47μH ，C8=C9=0.1μf ，，C7=C10=1μf 。
3
21D
C
B
A
Q1
8050
Q2
8050
C71uF
C80.1u F
C90.1u F
C101uF RL18
L147u H
L222u H L322u H
L447u H
G
D S
Q4IRF9540
G
D
S
Q3IRF9540G D
S Q8IRF540
G D
S Q7
IRF540
c
VSS 7
C 6C 5B 4B 3A 1VD
D 14F 13F 12
E 11E 10D 9D 8
A 2IC1
CD40106
Q58550
Q68550
VCC
VCC
VCC
图4-5 低通滤波器
4.1.5 保护电路
5
4
3
2
R1710K
R1810K R15560K
R16560K
R19100K
R20100K R1310K
R1410K
R222K
D6IN4148
D9
IN4148
D8IN4148
D7
IN4148D5
DIODE TUNNEL
2
3
1
4
8
D10A
NE5532
2
3
1
8
4
D11
LM393
Q9NPN
C140.3C1522
GND
+12V
C13
104D12DIODE
+12V
e
d
1
2
3
45J2
图4-6 保护电路
短路保护电路的原理电路如图4-6所示。d 、e 两点从与负载串联的约0.1Ω小电阻上采取电压作为取样电压（并完成双边单变换）。电路由NE5532组成的减法放大器来完成。R6与R7调整为11K Ω，则该放大器的电压放大倍数为
Au=R9/R7=560/11≈51
经放大后的音频信号再通过由VD1、C2、R10组成的峰值检波电路，检出幅度点平，送给LM393组成的电压比较器“+”端，比较器的“—”端电平设置为5.1V ，由R12和稳压管VD6组成，比较器接成迟滞比较方式，一旦过载，即可锁定状态。
正常工作时，通过0.1?上的最大电流幅度Im=5/(8+0.1)=0.62A,0.1?上的最大压降为62mV ，经过放大后输出的电压幅值为Uim*Au=62*51≈3.2V,检波后的直流电压稍小于此值，此时比较器输出低电平，VT1截止，继电器不吸合，处于常闭状态，5V 电源通过常闭触点送给功放。一旦8?负载端短路或者输出过流，则比较器翻转为高电平并自锁，VT1导通，继电器吸合，切断功放5V 电源，使功放得到保护。要解除保护状态，需关断保护电路电源。
为防止开机瞬间比较器自锁，增加了开机延时电路，由R11、C3、VD2、VD3组成。VD2的作用是保证关机后C3上的电路能快速放掉，以保证再开机时起始电压为零。
4.1.6 信号变换电路
A
B
C D
4
3Title Nu mber
Rev isio n
Size A4
R39
20K
R4020K
R41
20K R4220K R431K
C460.01uF
C47104C48104
123
Jnn +-5V +5
+5-5信号变换电路
GND
o u t
GND
GND e
d
2
314
8
Q?
NE5532
图4-7 信号变换电路
电路要求增益为1，将双端变为单端输出，运放选用宽带运放NE5532，电路图如
下。由于这部分电路的电源电压不受限制，可不必采用价格较贵的满幅运放。由于功
放的带负载能力很强，所以对变换电路的输入阻抗要求不高，轩R1=R2=R3=R4=20K 。 4.1.7 真有效值转换电路
B
C
D
4
3
C42
4.7u F
C51
4.7u F
R21
50K
R251K
BUFFER INPUT 1NC 2ANAL OG 3OUTPUT OFFSET 4CHIP SEL ECT 5DEN INPUT 6DB 7
CAV18
CAV29-Vs 10
+Vs 11NC 12OUT 14
SIGNAL IN 13
AD637
A2
+12V -12V
真有效值转换电路
信号输入
信号输出GND
+12V
-12V
图4-7 真有效值转换电路
该部分电路采用交直流专用转换芯片AD637来进行整流滤波，由于其元件的集成度比较高，所以可有效克服小信号带来的误差。其最小输入信号可以达到0.5mV,测量误差较小，纹波系数可以小于+—1%，满足一般的高精度交直流转换。
被测量的信号多是交流电压信号，如果将其直接送单片机A/D进行处理，会增大系统误差，为把系统误差控制在题目要求的范围内，需要在信号输入及进行有效的处理。这里我们则选用由AD637为主要芯片的电路来实现其原理电路如图4.8所示。
AD637具有电源自动关断功能,也可以测出任意波形交变信号的有效值，实验数据表明，在电源为正负5V供电的情况下，当输入信号的频率不大于2MHz时，其输入信号的电压有效值在0.7V~4V范围内能保证测量误差。
第5章电路调试
正确的调试系统才能使各模块电路正常工作，实现高稳定性的显示。
5.1 调试的设备
表5-1 调试设备、型号及数量
电源发生器XJ17232L 一台
示波器DS5022M 一台
信号/电源线- 一套
信号源SFG1003 一个
恒温烙铁SBK9360 一个
数字万用表UT39B 一块
5.2 硬件电路调试步骤
5.2.1 不通电检查
电路连线完成后，先检查接线是否正确。包过错线、少线、多线。这些问题一般是由于在焊接是看错引脚或在修改时忘记去掉先前的线路所造成的。这是在操作过程中很常见的问题。查线时又不容易发现。调试是往往给人以错觉，让我们以为问题出现在元器件上。对此，我们插线的时候要按照原理图逐一检查连线。或者按照实际的安装图检查各个元器件引脚的连线是否在原理图上。无论用什么方法检查，都要记得将已经查过的线路做个标记，同时也要注意元器件的各个引脚接线是否正确。此外。还需测量板子电源端与接地端的电阻，检查电路电源与接地端是否短路。
5.2.2 通电检查
接通电源后首先观察电路是否有异常的现象，例如电路有无冒烟、是否闻到异味、手摸元件是否发烫、电源是否短路等现象。如果出现异常现象应当立即关掉电源，待排除故障后方可重新接入通电，以保证电路正常工作。
5.2.3 测试和调整
测试是指在安装完毕后，对电路参数及工作状态进行的测量。调整则是再测试的基础上对电路的参数进行修正，使其符合要求。本次项目我们采用的是边安装边调试的方法，就是把整个电路分成几个模块分别进行安装、调试。这里主要用到了静态调试与动态调试的方案。
①静态调试静态调试一般指没有外加信号的条件下测试电路各点的电位。如测
模拟电路的静态工作点，数字电路的各输人、输出电平及逻辑关系等，测出的数据与设计值相比较，若超出允许范围，则应分析原因进行处理。
②动态调试动态调试可以利用前级的输出信号作为后级的输人信号，也可用自身的信号检查功能块的各种指标是否满足设计要求，包括信号幅值、波形的形状、相位关系、频率、放大倍数、输出动态范围等。模拟电路比较复杂，而对于数字电路来说，由于集成度比较高，一般调试工作量不太大，只要器件选择合适，直流工作状态正常，逻辑关系就不会有太大问题。一般是测试电平的转换和工作速度。
5.2.4 整机联调
在分模块调试完成之后，将各模块的电路联接起来，观察其动态现象。并把相关仪器设备测量的参数与设计指标相比较，找出其问题，并进行进一步修改。直到符合要求为止。在调试过程中不能单凭感觉和印象，要始终借助设备仪器观察。
5.3 实际测试的参数
5.3.1 三角波发生器电路
接通电源通过示波器观察三角波的参数与波形。
表5-2 三角波测试参数
测试点频率f 三角波峰峰值PP
V
实际参数115.7KHz 2.14V
误差放大器
静态调试接通电源不接入音频信号测试同向端、反向端的、输出端的电位
表5-3 放大电路静态参数
测试点电源端接地端同相段反相端输出端
测试值 5.0V 0V 2.55V 2.55V 1.4V 动态调试接上5V电压接入1KHz的正弦波
表5-4 放大电路动态参数
测试点输入频率输入幅度输出幅度放大倍数
测试值100Hz 144mV 1.36V
测试值1KHz 354mV 2.6V
测试值5KHz 428mV 3.0V
测试值10KHz 400mV 1.40V
5.3.2 脉宽调制比较器
静态调试只接通电源不接入音频信号跟载波信号对电路进行测量
表5-5 脉宽调制比较器静态参数
测试点电源端（）接地端（）同相端（）反相端（）输出端（）
测试值 5.0V 0V 2.51V 2.50V
动态调试只接入5V电源跟150K三角波不接入音频信号对电路进行测量
表5-6 脉宽调制比较器接入三角波时的参数
测试点输出波形输出频率输出幅度
测试值方波148.9Hz 3.2V
只接入5V电源和1KHz音频信号不接入三角波信号对电路进行测量。
表5-7 脉宽调制比较器接入音频时参数
测试点输出波形输出频率输出幅度
测试值方波995.0Hz 5.25V
5.3.3驱动电路
不加低频正弦波，将150KHz三角波接入脉宽电路，在将脉宽输出接入整形电路观察器波形的变化。
表5-8 驱动电路工作时各点的参数
测试点输入上升时间输入下降时间输出幅度输出上升时间输出下降时间测试值360ns <100ns 14.3V 7.85ms 7.65ms
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
高效率音频功率放大器设计文献综述【文献综述】
文献综述 电子信息工程 高效率音频功率放大器设计文献综述 一、前言 为了节约电路的成本，提高放大器的效率，采用普通的电子元器件设计高 效率音频功率放大器的方法，使用基本的运算放大器，构成PWM路，形成D 类功率放大器，实现了高效率，低失真的设计要求。为了提高电路的抗干扰性能，在设计中使用了电压跟随器，差动放大器，有源带通滤波器等。使设计获 得了良好的效果。 二、主题 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。 音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。 （一）早期的晶体管功放 半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器。 早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为4kHz，大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3dB截止频率通常在10kHz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。“还
双声道音频功放的设计
双声道音频功放的设计 1引言 音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。回顾一下功率放大器的发展历程。1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术 的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈技术后，使音响技术的发 展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如"威廉逊"放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低，至50年代电 子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。 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)来降低电源噪音，所以经常采用反馈。 高频功率放大器用于发射级的末级，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，然后经将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收级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；宽带高频功率放大器的输出电路则是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
音频功率放大器设计(明细)
电气与电子信息工程学院《电子线路设计与测试B》报告 设计题目：多级音频放大电路的设计与测试专业班级：电子信息工程技术2013（1）班学号： 201330230118 姓名： 指导教师： 设计时间： 2015/07/13～2015/07/17 设计地点：K2—306
电子线路设计与测试B成绩评定表 姓名学号 专业班级电子信息工程技术2013级（1）班 课程设计题目：多级音频放大电路的设计与测试 课程设计答辩或质疑记录： 1、对一个音频功率放大器的前置级有什么要求？ 答：要求：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。 2、试画出利用TDA2030/2030A实现的OTL功率放大器电路？ 答： 3、何为D类功率放大器？D类功率放大器有什么特点？ 答：(1)D类功放也叫丁类功放，是指功放管处于开关工作状态的功率放大器。 (2)特点：效率高、功率大、失真小、体积小。 成绩评定依据： 实物制作（40％）： 课程设计考勤情况（10％）： 课程设计答辩情况（20％）： 完成设计任务及报告规范性（30％）： 最终评定成绩： 指导教师签字： 年月日
目录 《电子线路设计与测试B》课程设计任务书 (4) 一、课程设计题目：多级音频放大电路的设计与测试 (4) 二、课程设计内容 (4) 三、进度安排 (4) 四、基本要求 (5) 五、课程设计考核办法与成绩评定 (5) 六、课程设计参考资料 (5) 多级音频功率放大电路的设计与测试 (6) 一、设计任务 (6) 二、设计方案分析 (6) 1、前置放大器 (6) 2、音调控制电路 (7) 3、功率放大器 (11) 三、主要单元电路参考设计 (11) 1、前置放大器电路 (12) 2、音调控制器电路 (12) 3、功率放大器电路 (14) 四、软件的仿真与调试 (15) 五、原理图与PCB的制作 (16) 六、音频功率放大器的调试 (17) 七、心得体会 (18) 八、附录 (19) 1、元件清单 (19) 2、实物图 (19) 3、文献 (19)
基于TDA2030的音频功放设计报告
基于TDA2030的音频功放设计 院（系）名称信息工程学院 专业班级09 普本电信一班学号 学生姓名 指导教师
2012年5月25日 基于TDA2030的音频功放设计报告 1整体设计思路 音频功率放大器主要由前置级、音调级、功率放大级3部分组成。前置级要求输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小;音调级对输入信号主要起到提升、衰减作用；功率放大级是音频功率放大器的主要部分，它决定输出功率的大小，要求输出功率高，输出功率大的特点。 将功率集成块按一定方式组合，构成音频功率放大集成电路，其频响宽、噪声低、失真小。运用已有的集成电路，可以大大简化了电路的制作过程。 TDA2030是飞利浦公司生产的，实物图如图1 2.集成音频功率放大器TDA2030 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，集成块能自动的减流或截止，使自己得到保护。 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，外型如同塑料大功率管，这就给使用带来不少方便。
高保真音频功率放大器设计
电子技术课程设计报告——高保真音频功率放大器 上海大学机自学院自动化系 自动化 姓名:吴青耘 学号:16121324 指导老师: 李智华 2018年6月29日
一、项目名称 高传真音频功率放大器 二、用途 家庭、音乐中心装置中作主放大器 三、主要技术指标 1. 正弦波不失真输出功率Po＞5W (f=1kHz,RL=8Ω) 2. 电源消耗功率P E＜10W ( Po＞5W ) 3. 输入信号幅度VS=200～400mV （f=1kHz，RL=8Ω， Po＞5W ) 4. 输入电阻Ri＞10kΩ( f=1kHz ) 5. 频率响应BW=50Hz～10kHz ( R L=8Ω，Po＞5W) 四、设计步骤 1．电路形式
电路特点分析： 较典型的OTL 电路，局部反馈稳定了工作点，总体串联电压负反馈控制了放大倍数并提高输入电阻和展宽频带，退耦滤波电容及校正电容是为防止寄生振荡而设。 功率放大器通常由功率输出级、推动级（中间放大级）和输入级三部分组成。 功率输出级由互补对称电路组成。推动级(中间放大级）一般都是共射极放大电路，具有一定的电压增益。输入级的目的是为了增大开环增益，以便引入深度负反馈，改进电路的各项指标。 2.设计计算： 设计计算工作由输出级开始，逐渐反推到推动级、输入级。 （1） 电源电压的确定 输出功率 W P 50> )(228588 .01 V V cc =??= （2） 输出级（功率级）的计算 W P P V Vcc V A RL V I M M C ce cc CM 12.0112 1 375.18/112/0======= 功率管需推动电流：mA I I CM M b 5.2750/375.1/3===β 耦合电容：uF R f C L L 200021 ) 5~3(6≈=π,现取2200uF/25V 稳定电阻R 12：过大则损失功率过大，过小温度稳定性不良，通常取0.5~1欧姆。
音频功率放大器
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。
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
D类音频功放设计
D类音频放大器的设计与制作 摘要：本项目涉及高效节能、数字化、体积小、重量轻等特点的D类功率音频放大器。适应便携设备高效及节能的客观要求。顺应了市场的客观要求。从而在音频集成领域具有很大的优势。随着设计技术不断进步D类功率放大器的要求也在不断提高本文通过基于CMOS工艺的D类功率音频放大器构成，驱动实现、失真度等方面的特性来进行电路的设计。本课题的目标是设计一个D类音频功率放大器，能对音频信号进行放大，放大器的通频带达到300~10000Hz，输出功率IW,输出信号无明显失真。根据D类功放的原理分别设计了前置放大模块、三角波产生模块、比较器模块、驱动模块、H桥互补对称输出及低通滤波模块等。其中三角波产生器及比较器共同组成脉宽调制(PWM)模块，H桥互补对称输出电路采用驱动电流小、低导通电阻及良好开关特性的VMOSFET管，滤波器采用Butterworth低通滤波器。 关键词：D类功率放大器H桥驱动脉宽调制 目录 1. 引言 (1) 2. 系统方案 (1) 2.1 总体方案设计 (1) 2.2 三角波模块设计方案 (2) 2.3高速开关电路设计方案 (3) 3. 硬件电路设计 (4) 3.1 三角波发生器 (4) 3.2 放大电路 (5) 3.3脉宽调制比较器 (5) 3.4驱动电路、H桥 (6) 4. 测试方案与测试结果： (7) （1）列出主要的测试仪器、仪表； (7) （2）系统测试： (7) （3）测试结果分析： (7) 5. 设计总结： (7) 参考文献： (7) 附录： (8) 系统原理图； (8)
1.引言 近几年，国际上加进了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善，并不断在向更大的输出功率，更小的体积，更轻的重量，更多的功能和智能化方向发展。20世纪80年代初，欧洲有些专业公司开始研究晶体管功放与电子管功放之间的性能差异及解决办法。电子管是一种电压控制器件，需要的控制功率极微，开关速率很快。晶体管是一种电流控制器件，需有较大的控制电流，转换速率较慢，这是最基本的差别。数字功放的概念早在20 世纪60年代就有人提出了，由于当时技术条件的限制，进展一直较慢。 这一技术一经问世立即显示出其高效，节能，数字化的显著特点，引起了科研，教学，电子工业，商业界的特别关注。不久的将来，D类音频功率放大器必然取代传统的模拟音频功率放大器。 2.系统方案 2.1总体方案设计 D类功放是放大元件处于开关状态时的一种放大模式。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体，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。 D类音频功放按其结构可以分为三个部分。 2.1.1调制器 最简单的只需要用一个运放构成的比较器即可完成。把原始的音频信号加上一定的直流偏置后放在运放的正输入端，在将一个有自激震荡生成的三角波添加到运放的负输入端。当正向输入端上的电位高于负端三角波的电位时比较器输出为高电平，反之则输出低电平，当音频输入信号输入时，正半轴期间，比较器输出高电平的时间比低电平的时间长，方波的占空比大于1山负半轴期间，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，方波的占空比小于1:10这样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频信号輻度调制后的波形，成为PWM (Pulse Width Modulation脉宽调制）或者(I)M (Pulse Duration Modulation脉冲持续时间调制）波形。音频信号被调制到脉冲波形中
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)
音频功率放大器设计案例
1 概述 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=32 Q、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这一指标大小与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%。 输出额定功率的条件 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。即在一定的Vcc 电压、一定的负载电阻RL 时、一定的THD+N 下可输出多少功率。这输出功率一般是在这条件下的最大输出功率,称为额定功率。音频功率的额定功率主要取决于Vcc 的大小。在THD+N 不变条件下，女口Vcc=5V , RL=4 Q时，输出额定功率为2W;若Vcc=3V、RL=4 Q时，输出额定功率降为0.7W。当然，若额定功率为2W,如果增加输入电压使输出超出2W,则其TDH+N必然大于额定值时的THD+N 值。
简单音频放大器设计
小型语音放大器设计报告 摘要 本文讨论了小型语音放大器的原理与设计方案，主要介绍了前置放大器设计，带通滤波器设计和功放芯片的使用，给出了设计原理图。 关键词： 前置放大 带通滤波 功放 一、任务要求 制作一个由集成运算放大器组成的语音放大电路。原理框图如图一所示。 图一 系统的原理框图 二、性能指标 1.输入电压Ui ≤5mV 2.输入阻抗Ri=10k Ω 3.带通滤波器+3dB 带通范围：300Hz —3kHz 4..输出功率Po ≥0.5W 5.输出阻抗Ro=4Ω 6.电源电压：+12V 7.输出功率连续可调（带音量调节) 三、电路设计 1.前置放大器设计 由系统要求的最小输出功率、负载和输入电压采，计算出系统总的增益： 400 200≥= i U R P g 用两级反向放大组态构成前置放大器。由于功放LM386提供最 小20倍（26dB ）的增益。故前置放大器增益设为20倍。 图二为前置放大器的原理图。两级的增益分别为 10 ,28 723 11-=- =-=- =R R g R R g 。级联后增益为20。 信号输 入 前 置放大器 带 通滤波器 喇 叭 功 率放大器
图二 前置放大器原理图 2.带通滤波器设计 语音信号的频带集中在300Hz-3kHz ，带通滤波器的通频带为300Hz-3kHz 。用二阶有源高通滤波器和二阶有源低通滤波器级联而成。低通滤波器的截止频率为3kHz ，由h h f RC πω21== ，l l f RC πω21== 得 4 10 3.5-?=RC 高通滤 波器4 10 3.5-?=RC 。电路原理图如图五所示。
高效音频功率放大器设计
论文题目 高效音频功率放大器设计 学校：长春理工大学 指导教师姓名：白端元 高效音频功率放大器 第一章设计任务与要求 第一节：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。
第二节：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 ①3dB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。 第三节说明
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。 第二章方案论证与比较 根据设计任务的要求，本系统的组成方框图如图1所示。下面对每个框内电路的设计方案分别进行论证与比较。 第一节高效率功率放大器 ⑴高效率功放类型的选择
音频功率放大器设计与制作
引言 (1) 第一章课题概况 (3) §1.1 课题设计要求 (3) §1.2 毕业设计目的 (3) 第二章音响技术简介 (4) §2.1人耳的听觉特性 (4) §2.2高保真度 (4) 第三章高保真音响的原理介绍 (5) §3.1设计思路 (5) §3.2滤波器的介绍 (5) §3.3功率放大器的介绍 (6) §3.4 音频功率放大器 (8) §3.5 电源 (12) 第四章焊接与调试 (13) §4.1电路的焊接 (13) §4.2电路的调试 (14) 第五章全文总结和展望 (14) §5.1总结 (14) §5.2展望 (14) 致谢 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。参考文献........................................................................................................... 错误!未定义书签。附录.................................................................................................................. 错误!未定义书签。
人们总是喜欢用听音乐的方式来放松工作中的疲劳，或者欢聚庆祝，或者陶冶情操。随着改革开放的深入，经济的快速增长和城市规模的不断扩大，人类的生活水平也都相应的提高了，人们懂得了听音乐来缓解生活中所带来的各种巨大压力，通过解放神经来提高自己的生活水平，如今的市场上有着许许多多，琳琅满目的音响品牌，具体那些好，商家各执一词，消费者也很难选择，因此，通过此次设计，可以解决消费者难以选择的麻烦，直接自己动手制作，了解音响的结构和特点，不光扩大了自己的知识面，从制作到完成作品，最后欣赏自己的作品，简直有种说不出的美妙感觉，连上CD机，放上自己喜欢的音乐，来享受音乐的魅力，从而能缓解压力，使心情放松，能更好的投入工作，从而提高自己的生活水平。 2.1AV有源音响是音频功率放大器和扬声器的有机组合体。放大器置于音响内部，结构紧凑、价格低廉、系统消耗低、占用空间小，是居室不太宽敞的家庭和广大音响爱好者较喜欢的一种机型。这种音响可直接接各种家庭有源设备（如随身听、CD唱机、收音机、录像机、电视机、影碟机等），有的还设有开机延时和扬声器保护电路，消除开机喇叭冲击噪声，解除了烧坏喇叭的后顾之忧。全部电路有集成电路组成，须调试，还给业余制作提供了可靠保障。
实用音频功率放大器设计
实用音频功率放大器 摘要 介绍了如何设计并制作一款最大不失真输出功率P OR≥15W（失真度小于5%）;带宽BW≥（40～20000）Hz（功放部分）;在P OR下的效率≥50%;在前置放大级输入端交流短接到地时，R L=8Ω上的交流声V PP≤400mV;前置放大器具有低音、中音、高音调节功能;具有音量调节功能的实用功率放大器。 关键词：功率放大；音量调节；音调调节
一总体方案设计 系统的原理方案图如上图所示。它主要由音频功率放大、控制器、键盘、显示电路组成。该系统是一个具有低噪声、输出功率可调控的功放电路。 二单元模块设计 2.1 功率放大模块 由于题目已经要求使用分立元件做功放后级，且也规定使用OCL结构的功放电路，因此，我们就此要求进行方案设计。 （1）方案一 前级使用高性能的集成运放，如NE5532、NE5534、LM381、OPA2134等，后级采用分立元件做后级，即用运放来驱动功放电路。这样的电路制作起来相对简单，性能也不错，但是后级所需的电压值通常较高，难以满足题目的要求。 （2）方案二 整个电路由分立元件构成，后级采用大功率三极管做输出，例如2SC5200，B817，TIP35等，以获得足够的输出功率。但是大功率三极管在低压下难以发挥其作用，不仅系统不稳定，而且波形极易失真，带宽小。 （3）方案三 整个电路也由分立元件构成，前级使用差动放大电路，后级使用中功率管构成互补对称功率放大电路。由于要找到两只性能完全一致的NPN和PNP两种型号的大功率管是很困难的，但要找到两只性能完全相同的同型号的大功率管就容易多了。与此同时，采用复合管作为功率放大三极管，电路简单，易调试。 综上所述，方案三电路比较简洁，功率管容易配对，调整方便，可兼顾多方面的指标要求，所以选择此方案。 其电路原理图如图1所示
多路音频功放设计
贵州电力职业技术学院电子技术科论文 题目多路音频功率放大电路 姓名熊俊斐毕金娅 学号 23 01 年级专业机电3101 完成时间2011 年 12 月 26 日
多路音频功率放大电路 摘要：这是一个科学技术极度发展的的时代，这是一个人们生活节奏极度快速的时代。在这个极速的时代人们对音乐的播放和演绎都有了更高的要求，一、希望声音的放大倍数尽可能的大；二、希望播放音乐的失真度尽可能的小；三、要求声源的输入越来越多。例如：一台普通的功放机至少会有5到7个音频的输入接口；四、随着社会发展的要求，节能环保的提倡，人们对机体本身的功耗要求越来越高，希望功耗尽可能的小；五、为了节省材料，体积越小越好，耗材越少越好。 由于条件的限制我们设计一个三路音频的功放，一个供CD机的音频输入，一个供MP3的音频输入，还有一个用来供话筒的声音输入。这样就可以做成一个小型的卡拉OK机了。 关键词：运放功率放大器整流稳压音频混合信号放大
目录 摘要 (2) 第一章绪论 (1) 1.1 背景及研究意义 (1) 1.2 开发环境描述 (1) 第二章电路总设计 (2) 2.1 电源 (2) 2.2 音频混合部分 (3) 2.3 音量控制 (3) 2.4 功率放大部分 (4) 2.4 电源指示 (4) 2.4 电路控制 (4) 2.4 总体布局 (5) 第三章电源及电路指示 (5) 3.1 交流电源及电路工作控制 (5) 3.2 直流稳压 (6) 3.3 电源指示............................................错误！未定义书签。 3.4 电源及电路控制电路图................................错误！未定义书签。第四章音频混合部分 .........................................错误！未定义书签。 4.1 话筒输入设计........................................错误！未定义书签。 4.2 CD音频和MP3音频输入设计 (14) 4.3 话筒音量控制 (15) 4.4 运放的选择 (16) 4.5 音频混合部分图 (18) 第五章功率放大部分 (19) 5.1 功率放大器的选择 (19) 5.2 功放的外围设计......................................错误！未定义书签。 5.3主音量控制..........................................错误！未定义书签。 5.4 功放及主音量控制系统电路图 (24) 参考文献 (24) 附件 (24) 附件1多路音频功率放大器电路图 (25) 附件2电子钟设计电路图 (26)
音频功率放大器设计方案与制作
.. 毕业设计论文课题名称：音频小信号功率放大电路设计与制作 学生欧 学号0501100219 学院<系）机械与电子工程学院 专业应用电子技术 班级10应电<2）班 指导教师明芳 起讫时间：2018年11月14日～2018年01月06日
音频小信号功率放大电路设计与制作 摘要 音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域,几十年来,人们为之付出了不懈的努力,无论从线路技术还是元器件方面,乃至于思想认识上都取得了长足的进步。本设计主要描述了音频功率放大器的设计思路，硬件电路的调试过程及测试结果。本设计采用OTL功率放大电路用于音频信号的放大，是本电路设计的重要组成部分。OTL功放电路由于它不需要变压器就减少了体积和信号的失真。本设计主要由前级电路和功率放大电路两部分组成，前级电路用于音频信号的一级放大，功率放大电路用于音频信号的二级放大，保证信号有足够的功率可以从扬声器输出。 关键词：OTL功率放大电路；前级电路；音频功率放大器；音频信号
目录摘要I 第1章绪论1 1.1 引言1 1.2 音频功率放大器的发展3 1.3 本课题设计意义4 第2章系统总体设计方案6 2.1 设计要求6 2.1.1 设计依据6 2.1.2 基本要求6 2.2 设计思路6 2.3 整体框图7 2.4 方案比较与论证8 2.4.1 方案一8 2.4.2 方案二10 2.4.3 方案三14 第3章单元电路设计17 3.1 前级放大电路的设计17 3.1.1 负反馈的概念17 3.1.2 负反馈对放大电路的影响19 3.1.3 前级放大电路对负反馈的应用20
3.2 功率放大电路的设计21 3.2.1 OTL电路的概念21 3.2.2 OTL功率放大电路的工作原理22 3.2.3 OTL电路的主要性能指标23 3.2.4 复合管的概念24 3.2.5 复合管在本设计中的应用26 3.3 总电路的设计26 第4章硬件电路的制作与调试29 4.1 硬件设计29 4.2 系统调试主要测量仪器30 4.3 系统调试30 4.4 误差分析31 第5章结论33 参考文献35 致36 附件1 元器件清单38 附件2 硬件电路板错误!未定义书签。
音频功率放大器设计
带音调调节的音频功率放大器 [摘要]本设计是使用分立元件实现的带音调调节的音频功率放大器。其输出功率最大可达10W，而且失真小。通过RC选频，可对高低音的增益进行控制，实现音调调节的功能。 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）额定功率：Po≥5W。 =8Ω。 （2）额定负载电阻：R L （3）频率响应：20HZ～20KHZ。 （4）音调控制范围：低音——100HZ±12dB； 高音——10KHZ±12dB。 *（5）失真度：小于1％。 （6）电源：±12V。 二、方案设计： 音频信号通过前置放大，将微弱的音频信号幅度放大，以适合后面的电路。音量调节使用串联的电位器，通过改变阻值来改变信号的强弱。音调调节通过选频网络，对不同频率信号进行增益调节，以达到音调调节的作用。功率放大采用高功率、高效率的甲乙类OCL功率放大器最大输出可达10W。完全可以推动大功率音箱设备。 三、电路原理与计算： 1.前置放大与音量调节 前置电路用来实现高输入阻抗的要求。有运放组成的同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。 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。