毕业论文--黄超

毕业设计论文D类功率放大器

摘要

本项目设计的是具有高效、节能、数字化、体积小、重量轻等特点的D类音频功率放大器，适应便携设备高效节能的客观需求，顺应了市场的需求，从而在音频模拟集成领域具有很大的优势。项目使用TDA8922BTH芯片，采用先进的调制技术，它改进了PWM方案，使功放效率提升至90%左右。其工作原理为：输入信号与三角波信号在通过比较器比较之后，产生一个脉冲信号，送至前置放大电路，再经过低通滤波器滤波，以保证输出信号在一定的带宽内。

关键词：功率放大器 D类功率放大器脉宽调制应用

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Abstract

The project design is highly efficient, energy saving, digital, small size and light weight characteristics of Class D audio power amplifier to meet the objective of energy-efficient portable devices demand, in line with market demand, resulting in a large field of audio analog integrated advantage. Project uses TDA8922BTH chips using advanced modulation technology, which improves the PWM scheme, the power amplifier efficiency to 90%. Its working principle is: the input signal and the triangular wave signal by comparing the device comparisons, to generate a pulse signal, sent to the preamplifier, and then through the low pass filter to ensure that the output signal in a certain bandwidth.

Keywords: Power amplifier Class D Power Amplifier PWM Applications

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目录

第一章绪论 (1)

1.1 功率放大器的要求与组成 (1)

1.1.1 对功率放大器的基本要求 (1)

1.1.2 功率放大器的基本组成 (1)

1.2几种常见类型的功率放大器 (2)

1.3 功率放大器的性能指标 (4)

1.3.1 过载音源电动势 (4)

1.3.2 有效频率范围 (4)

1.3.3 总谐波失真（THD） (4)

1.3.4 输出功率 (4)

第二章 D类功率放大器介绍 (6)

2.1 D类功率放大器的定义 (6)

2.2 D类功放的电路组成及工作原理 (6)

2.3 D类功放的要求 (8)

2.4 D类功率放大器的特点 (9)

2.5 D类功放的应用 (10)

2.5.1 便携类应用 (10)

2.5.2 平板电视 (10)

2.5.3 在手机中的应用 (11)

2.5.4 车载音频系统 (11)

第三章关于TBH8922BTH的介绍 (12)

3.1 TDA8922BTH的内部结构 (12)

3.2 TDA8922BTH的封装及各引脚功能 (14)

3.2.1 TDA8922BTH的封装 (14)

3.2.2 TDA8922BTH各引脚功能 (15)

3.3TDA8922BTH的典型应用电路 (16)

第四章直流稳压电源 (18)

4.1 集成稳压电源 (18)

4.2整流电路 (18)

4.2.1 单相半波整流电路 (18)

4.2.2 单相全波整流电路 (19)

4.2.3 单相桥式整流电路 (19)

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4.3 滤波电路 (20)

4.4 常用集成稳压器 (21)

4.5 三端固定式稳压器 (21)

4.6 集成稳压电源 (23)

第五章硬件制作与调试 (24)

5.1 基于TDA8922BTH芯片D类功放的PCB板制作 (24)

5.1.1 软件介绍 (24)

5.1.2 D类功放PCB板的布线要求 (25)

5.1.3 D类功放的PCB板散热设计 (25)

5.2 D类功放的干扰 (26)

5.3 调试过程及步骤 (28)

5.3.1 测试仪器 (28)

5.3.2 测试方法 (28)

5.3.3 电源部分的调试过程 (28)

5.3.4 D类功放的调试过程 (28)

总结 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

附录 (33)

附录A：稳压直流电源部分原理图 (33)

附录B：稳压直流电源部分元器件清单 (34)

附录C：基于TDA8922BTH的D类功率放大器原理图 (35)

附录D：基于TDA8922BTH的D类功率放大器主要元器件清单 (36)

附录E：基于TDA8922BTH的D类功率放大器实物图 (38)

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第一章绪论

功率放大器（简称功放），是对音频信号功率进行放大的设备，是高保真音频信号放大处理的核心部分。随着电子应用技术的进步和各种相应元器件的变革，功放电路的结构形式得到不断的发展，目前常用的有A类、B类、AB类功放以及D类数字功放等。

1.1 功率放大器的要求与组成

1.1.1 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。

1.1.2 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1.1所示。图中左侧为前置放大器，右侧为功率放大器。

图1.1 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

第一章绪论毕业设计论文

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。

1.2几种常见类型的功率放大器

（1）A类放大器(Class A Amplifier)

A类放大器晶体管总是处于导通状态，也就是说没有信号输入时，晶体管也有输出功率，因此晶体管会变得很热，大部分功率都浪费在了产生热量上。尽管其效率很低(25%，根据负载方式而定)，但精度非常高。

图1.2 A类放大器

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（2）B类放大器(Class B Amplifier)

B类放大器采用两只晶体管，每只晶体管工作半个周期，一只晶体管工作于输入信号的正半周，另一只晶体管则工作于输入信号的负半周。因此在理论上两只晶体管不会在同一时间内导通。在没有输入的情况下，两只晶体管均处于截止状态且无输出功率，故而其效率高于A类放大器。不过由于晶体管都需要一定的开通时间，因此在两只管子交替过程中输出端存在一个短暂的无输出功率状态。这个无功率区域称为交越区(crossover region)，如图1.2所示，这就造成了相对较大的信号失真。所以B 类放大器虽然具有很好的效率，但同时精度也不高。

图1.3 B类放大器的交越区

（3）AB类放大器(Class AB Amplifier)

AB类放大器与B类放大器非常相似，但由于AB类放大器增加了两个消除交越区的二极管，可使两只晶体管在同一时刻导通，因而其性能有所改善。AB类放大器的效率(70%～80%)不如B类放大器高，因为其两只晶体管可在同一时刻导通，但精度得到了提高，因此常作为音频放大器使用。

图1.4 AB类放大器

（4）D类放大器

D类放大器与上述放大器不同，其工作原理基于开关晶体管，可在极短的时间内完全导通或完全截止。两只晶体管不会在同一时刻导通，因此产生的热量很少。这种

第一章绪论毕业设计论文

类型的放大器效率极高(90%左右)，在理想情况下可达100%，而相比之下AB类放大器仅能达到78.5%。不过另一方面，开关工作模式也增加了输出信号的失真。

D类放大器的高效率使之非常适用于掌上电脑和MP3播放器等便携设备。D类放大器并非刚刚出现，但近来半导体器件技术的进展引起了人们开发D类放大器的热情。

1.3 功率放大器的性能指标

功率放大器要进行不失真的放大，重现原有声源的特性，使聆听者在主观上无畸变的感觉，必须达到一定的性能指标。为此，国际电工委员会制订了一个IEC581—6标准，即《高保真家用音频放大器的最低电声技术指标》，根据此标准我国制订了相应的国标GB—T14200—93，即《高保真声频放大器最低性能要求》，规定了与重放质量直接有关的17项性能指标的最低要求。最主要的有下面几项性能指标。

1.3.1 过载音源电动势

国标规定，在音源频率为1000Hz时，要求高电平输入端的过载音源电动势≥2V，低电平输入端的过载音源电动势≥35mV。通常厂家还给出输入灵敏度/阻抗指标，其典型值为高电平输入端150mV/47 kΩ，低电平输入端2.5 mV/47 kΩ。

1.3.2 有效频率范围

有效频率范围又称为频率特性、频率响应，它是指功率放大器能够不失真放大的有效频率范围，以及在此范围内允许的振幅偏差程度。国标规定，在有效频率范围等于或宽于40Hz～16kHz时，对于无均衡的高电平输入音源，相对于1kHz的容差在±1.5dB之内；对于有均衡的低电平输入音源，相对于1kHz的容差在±2.0dB之内。1.3.3 总谐波失真（THD）

放大器的非线性会使音频信号产生许多新的谐波成分，引起谐波失真。国标规定，在有效频率范围等于或宽于40Hz～16kHz时，前置放大器产生失真限制的额定输出电压时的谐波失真应小于0.5%；功率放大器产生失真限制的额定输出功率时的谐波失真应小于0.5%；综合放大器的谐波失真应小于0.7%。

1.3.4 输出功率

功率放大器的输出功率有几种计量方法。国标规定的是额定输出功率，厂家给出的还有音乐输出功率和峰值音乐输出功率。

（1）额定输出功率（RMS）。额定输出功率（Root Mean Square，RMS）是指在一定的总谐波失真（THD）条件下，加大输入的1kHz正弦波连续信号，在等效负载上可得到的最大有效值功率。如果负载和谐波失真指标不同，额定输出功率也随之不同。通常规定的负载为8Ω，总谐波失真为1%或10%。国标规定，在负载为8Ω，总谐波失真≤1%时，每通道的额定输出功率应≥10W。

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（2）音乐输出功率（MPO）。音乐输出功率（Music Power Output，MPO）是指在一定的总谐波失真（THD）条件下，用专用测试仪器产生规定的模拟音乐信号，输入到放大器，在输出端等效负载上测量到的瞬间最大输出功率。音乐输出功率是一种动态指标（瞬态指标），能较好地反映听音评价结果。

（3）峰值音乐输出功率（PMPO）。峰值音乐输出功率（Peak Music Power Output，PMPO）是指在不计失真的条件下，将功率放大器的音量和音调旋钮调至最大时，所能输出的最大音乐功率。峰值音乐输出功率不仅反映了功放的性能，而且能反映直流稳压电源的供电能力。

一般来说，上述几种输出功率的关系有：PMPO＞MPO＞RMS。

由于音乐输出功率和峰值音乐输出功率尚无统一的国家标准，而且各厂家的测量方法不尽相同，因而三者之间尚无确定的数量关系。通常认为峰值音乐输出功率是额定输出功率的5～8倍，有的甚至更大。

第二章Ｄ类功率放大器介绍毕业设计论文

第二章D类功率放大器介绍

2.1 D类功率放大器的定义

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。早先在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地，认为A类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。但A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。后来效率较高的B类功放得到广泛的应用，然而，虽然效率比A类功放提高很多，但实际效率仍有20%～50%（按负载方式而定），这在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。所以，如今效率极高的D类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视，并得到广泛的应用。

2.2 D类功放的电路组成及工作原理

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2.1所示。

图2.1 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。

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图2.2 放大器中的三角波、音频正弦信号产生的PWM 波形及其相互关系

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，电容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2.3。

PWM 信号

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2.3 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。

第二章Ｄ类功率放大器介绍毕业设计论文

2.3 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。此两项保护电路为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

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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°C ~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之后自动恢复到正常操作状态。

（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。

2.4 D类功率放大器的特点

（1）效率高。在理想状况下，D类功放的效率为100%，实际效率也可达到90%以上，B类功放的效率为78.5以上，实际效率也就是50%左右，A类只有50%到25%左右。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工作模式，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，把电源和负载直接接通。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，与输入信号的大小无关，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类功放因为处在开关工作状态，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，更无须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须加装体积庞大的散热片。大功率放大器所用的散热片也要比一般功放要小的多。而且一般的D 类功放都有多种装用的IC芯片，使得D类功放电路的结构很紧凑，外界元器件很少，成本也不高。

（5）瞬态响应好，即“动态特性”好。由于它不需传统功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好

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的“动力”特征。由于 D 类功放采用的 FET 管导通的时候，Vds 的压降极小，故 D 类功放的输出音频电压最大幅度接近于供电电压。而线性功放，由于静态偏置和 Vces 的影响，输出音频最大电压幅度是和供电电压还有一定差距，在低压系统中，这个现象更加明显。

2.5 D类功放的应用

2.5.1 便携类应用

针对便携式应用，多家本土厂商开发出相关产品。例如，华润矽威的单通道 2.5W 方案 PT5306以及双通道2.1 W方案 PT5326。二者均为无LC滤波器 D类功放，采用闭环负反馈三电平 H桥输出 PWM调制结构。在3.6V电源电压、8 负载、0.5W输出功率下，1 kHz频率 THD+N为 0.1%,500Hz频率 THD+N为 0.06%。

埃派克森则表示其单通道 2.5W D类功放 A7013可与市场上现有的同类主流产品兼容。据悉，A7013采用埃派克森自主专利的 EFS架构，对外界的 EMI干扰非常小，在实际应用中无需磁珠和其他特别设计，可以富有余量地通过 FCC的 EMI标准。此外，EFS架构还提升了芯片的整体性能，减少了失真，使得PSRR和CMRR达到81dB 和82dB。该方案主要应用于手机、GPS、 iPOD Docking及数码相框等产品。

在无滤波器D类方案方面，一直致力于D类功放技术开发的美国PAM公司也有多款产品量产，适用于手机、MP3/MP4、PMP、GPS导航器以及便携式游戏机等。“我们的产品已进入第三代架构，所有的设计都采用PAM自有专利的无滤波器调制技术以及高集成度特性和功能。”该公司技术行销总监汪道生特别介绍了一款3W单声道音频放大器PAM8303D，该产品在采用8欧姆负载时的效率可达 90％，而其外部电路只需要一个耦合电容，大大简化了便携音频系统设计。

2.5.2 平板电视

平板电视的纤薄化趋势对其内部电子器件的外形尺寸及散热性能提出更高要求。这给高效率的D类功放带来新的机会，目前许多厂商都在开发相关产品。

例如TI公司的闭环数字输出D类放大器TAS5706。据该公司负责高性能模拟产品销售的信本伟介绍，对于LCD TV而言，TAS5706可以不用现有的24V背光电源，这样一来音频子系统就无需专用电源轨。此外，TAS5706的片上音频处理功能还可实现其他增强音效，其中包括动态范围压缩(DRC)、2.1应用专用低音炮通道，以及扬声器均衡(EQ )等。扬声器EQ可调节音频，以补偿扬声器质量不高、扬声器放置或超薄外形尺寸等问题

面向立体声、双通道2×12W的电视、音响等应用，埃派克森也推出相关方案，其双通道 12W D类放大器 A7003采用两极负反馈，大幅降低了因外围元器件的非线性而造成的失真。在 1W输出时，A7003的THD+N达到 0.012%。此外， A7003在设

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计时将晶体管导通电阻进一步降低，提高了效率，在双通道 12W满功率持续工作时都无需散热片。而华润矽威公司市场部经理颜重光也表示，华润矽威今年也将上市适用于 LCD TV的新一代2×10W D类功放产品。

2.5.3 在手机中的应用

D类功放产品方面，北京东微世纪公司开发出单通道D类音频功放芯片EMT7026。据该公司总经理兼设计总监杨勇刚介绍，EMT7026是配合世界著名的手机喇叭制造商AAC的喇叭而设计，兼顾D类功放的高效率和低失真情况下，在5.5V电源稳压器工作时静态电流仅2.3mA。EMT7026增强的ESD保护以及高频频段内的优良音质配合AAC 的喇叭，为音乐手机提供了良好的功放解决方案。该器件可针对输入音频信号源选择不同的增益，因此，听筒、喇叭和振铃可以只用一个EMT7026来实现。

另一家本土初创公司通芯微电子(上海)有限公司(Go2Silicon)也面向手机、

MP3/MP4和GPS等应用，推出单通道D类2.5W音频功率放大器GSI8010，并已于今年第一季度开始量产。

2.5.4 车载音频系统

汽车环境对放大器产品的要求更为严格，抗 EMI性能对车载应用避免控制系统受到干扰尤为重要。新型的车载数字 D类放大器通过创新的架构和工艺改进(如改进数字PWM拓扑、优化栅极驱动技术以及AM干扰免除技术)来消除EMI问题，从而使开发人员无需昂贵的屏蔽和其他抗EMI干扰措施，并为车载应用实现了数字放大技术带来的低功耗优势。

针对车载信息娱乐系统的需求，恩智浦半导体公司开发出低功耗高效车载D类功放TDF859X系列产品，该系列产品基于绝缘体硅片(SOI)处理功能和具有专利技术的零死区时间技术，具备良好的EMC性能以及智能诊断和保护功能。该公司汽车电子事业部大中华区市场经理王敦安指出，在汽车D类功放的应用中，单电源应用的需求也愈来愈多，同时单电源也可以很好地解决EMI问题，恩智浦TDF8599方案能够有效地解决这些问题，目前已广泛应用在市场上。

为了提升汽车信息娱乐系统的音频质量，美国国家半导体推出低EMI无需滤波器的D类放大器LM48410和LM48411，其中LM48410采用了独特的3D增强技术，而LM48411则采用了增强的发射抑制，可支持立体声扬声器。

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第三章关于TDA8922BTH的介绍

TDA8922BTH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2×25 W,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）,静态电流较小（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）或单声道系统放大（BTL接法），双声道SE接法固定增益为30 dB，单声道BTL接法的固定增益为36 dB，输出功率高，滤波效果好，内部的开关震荡频率有外接元件确定（典型应用为350kHz）,并具有开关通断的噪声抑制，负载短路的过流保护，静电放电保护，芯片过热保护等功能。TDA8922BTH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。

3.1 TDA8922BTH的内部结构

TDA8922的内部结构如下图3.1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3.1 TDA8922BTH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

毕业设计论文D类功率放大器

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。TDA8922BTH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（0 V）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 V，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 V，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～20kHz，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

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的低通滤波器。

TDA8922BTH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，如图3.1 所示，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3.2所示，此时两个通道的输入信号相位相反，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3.2 TDA8922BTH用于单声道的BTL接法

3.2 TDA8922BTH的封装及各引脚功能

3.2.1 TDA8922BTH的封装

图3.3 TDA8922BTH的封装

毕业设计论文D类功率放大器3.2.2 TDA8922BTH各引脚功能

当将TDA8922BTH用于双声道立体声的D类功放时，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16Ω。正常工作时，6脚的模式选择开关S1置于“ON”位置，即6脚接在5.6V的稳压源上，6脚输入端为5V电压。

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3.3TDA8922BTH的典型应用电路

TDA8922BTH 的在本次毕业设计的应用电路如图3.4所示。

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图3.4 TDA8922BTH典型应用电路