基于tpa3123的D类功放的设计

毕 业 设 计（论 文）题 目：基于TPA3123的D类功率放大器设计（英文）： An amplifier design based on TPA3123class D amplifier 院 别： 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2012年5月 基于TPA3123的D类功率放大器设计摘 要随着功率放大器科技的飞速发展，人们对它的要求越来越高。传统的功率放大器由于效率低，很难满足人们的需要，而D类音频功率放大器较传统的功率放大器而言具有效率高，功率大的特点，因此被人们所采用。本论文从理论上对D类音频功率放大器做了具体的分析并从设计方面仔细地阐述了它。论文首先由各类放大器的特点看出传统的功率放大器效率低，失真严重，功率也不太理想，从而引出了高效率、大功率、低失真的D类音频功率放大器；接着由D类音频功率放大器的用途、原理、结构讲到它的缺点以及发展的前景；D类音频功率放大器的功率器件受一高频脉宽调制信号（PEM）的控制，使其工作在开关状态，理论上其效率可以达到100%，但其不足之出在于会产生高频干扰及噪声，但是若精心设计低通滤波器及合理的选择元器件参数，其音质噪声完全能够满足人们的需求。最后以一个D类音频功率放大器的设计，让我们明白了D类音频功率放大器的具体应用。关键字：D类功率放大器；脉宽调制；驱动；功率输出级；功率放大An amplifier design based onTPA3123class D amplifierAbstract During the swiftly developing of power amplifier science and technology, the requirement of it for people become higher and higher, Because the efficiency of the traditional power amplifier is low, it is not fit for peoples requirement, but the D-type audio amplifier has the high efficiency and the high-power, so, it is content with the requirement of people.In this paper, I described the D-type audio power amplifier carefully from the design aspect theoretically, at first,it is observed that the efficiency of the traditional of each kind of amplifiers characteristic is lower , the distortion of the traditional power amplifier is serious and the power also is not ideal, so we draw out that the efficiency power and lower distortion of D-type power amplifier all work well. Then from the D-type of audio power amplifiers use, the principle and the structure talk about its shortcoming as well as the development prospect; In D in the article audio frequency power device , power of amplifier modulate the control of the signal (PEM ) by one high-frequency pulse width originally, make it work in switch state, efficiency its in theory can up to 100%, but a insufficient one its is it is it can produce high frequency interfere and noise to lie in to appear, but if design the low open wave filter and rational choice components and parts parameter meticulously, its tone quality noise can meet peoples demands. Finally by a D kind of audio power amplifiers design, let me understand D kind of audio power amplifiers concrete application.Key Words: D-type power; amplifier ; Pulse width modulation ; Impetus; Power output level ; Power amplifie目录第1章 绪论1第2章 功率放大器介绍32.1 功率放大器简介32.2 放大器的技术指标32.3 功放的组成结构42.4 功放的工作原理42.5 放大器的种类42.5.1 A类放大器52.5.2 B类放大器52.5.3 C类放大器62.5.4 D类功率放大器72.6 D类功率放大器的原理72.7 各功率放大电路比较92.7.1 全直流全对称互补功放电路92.7.2 NE5532开环式功放电路112.7.3 TDA2030功放电路122.7.4 TDA7293功放电路132.7.5 TPA3123功率放大电路142.7.6 方案比较及确定15第3章 芯片介绍173.1 TPA3123简介173.1.2 TPA3123工作原理173.1.3 TPA3123管脚介绍183.1.4 TPA3123内部电路图203.2 OPA2353简介203.2.1 OPA2353简介203.2.2 OPA2353工作原理213.2.3 工作电压213.2.4 容性负载和稳定性213.2.5 OPA2353内部电路图223.378M05简介223.3.1 78M05简介223.3.2 78M05工作原理233.3.3 78M05内部电路图24第4章 设计内容264.1BTL264.2 各部分电路图工作原理及介绍264.3 TPA3123原理图28第5章PCB的制作305.1 制版过程305.1.1 PCB板的制作305.1.2 元器件安装与焊接325.2 实物图片335.3 音频功放电路系统测试与分析365.3.1 测试使用的仪器365.3.2 测试数据与波形36第6章结论与展望396.1 结论396.2 展望40参考文献42致谢43第1章 绪论音响功放又称音频功率放大器，它主要由前置级、音调级、功率放大级这几部分组成。前置级的要求是输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小；音调级的作用是对输入信号进行调节，使输入信号提升和衰减；而功率放大级则是音频放大器的主要部分，它决定了输出功率的大小，要求具有输出效率高，输出功率大的特点。对于整个功率放大器，则是要求其失真小、噪声低，有较好的扩音效果。近几十年来在音频领域中，A类，B类，AB类音频功率放大器（额定输出功率）一直占“统治”地位，其发展经历了这样几个过程：所用器件从电子管，晶体管到集成电路过程；电路组成从单管到推挽过程；电路形式从变压器到OTL，OCL，BTL形式过程。其最基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。A类音频功率放大器的最高工作效率为50%，B 类音频功率放大器的最高工作效率为78.5%，AB类音频功率放大器的工作效率则介于两者之间。但是无论A类，B类还是AB类音频功率放大器，当它们的输出功率小于额定输出功率时，效率就会明显降低，播放动态的语言，音乐时平均工作效率只有30%左右。音频功率放大器的效率低就意味着工作时有相当多的电能转化成热能，也就是说，这些类型的音频功率放大器要有足够大的散热器。因此A类，B类，AB类音频功率放大器效率低，体积大，并不是人们理想中的音频功率放大器。 在本文中的D类音频功率放大器的功率器件受一高频脉宽调制信号（PEM）的控制，使其工作在开关状态，理论上其效率可以达到100%，但其不足之出在于会产生高频干扰及噪声，但是若精心设计低通滤波器及合理的选择元器件参数，其音质噪声完全能够满足人们的需求。本文中具体论述了一种基于晶体管的D类音频功率放大器的设计组成与实现方法。 全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频节能环保的要求，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。它应该具有工作效率高，便于与其他数字设备相连接的特点。模拟功率放大器通过采用优质的元件，复杂的补偿电路，深负反馈，使失真变的很小，但大功率和高效率一直没有很好的解决。D类音频功率放大器是PWM型功率放大器，它工作于开关状态下，符合上述的要求。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，减小了功率器件的承受功率，但在较大功率情况下，仍然对功率器件构成极大威胁，功率输出受到限制。此外，模拟功率放大器还存在以下的缺点： 电路复杂，成本高。常常需要设计复杂的补偿电路和过流，过压，过热等保护电路，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正比例变化的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，则还原为音频信号。 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，可以大大减小散热器的尺寸，连续输出功率很容易达到数百瓦。功率MOS有自我保护电路，可以大大简化保护电路，而且不会引入非线形失真。 对于高电感的扬声设备，在设计电路的时候，是可以省去低通滤波器（LPF），这样可以大大的节省体积和花费。而且有更高的保真度，这一点，在国外的5V D类音频功率放大器中已经得到了运用，如：TEXAS公司的TPA2002D2。 近几年，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展，几家著名的研究机构及公司已经试验性地向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。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。 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。D类放大器在这些设备中也扮演了极重要的角色。第2章 功率放大器介绍2.1 功率放大器简介在音响系统中功率放大器的作用是放大音源器材输出的信号，使信号有足够的功率去推动音响发声。功率放大器工作于大电流和高电压的状态，因此在制作、安装和调试功率放大器的过程中，每一个环节都直接影响着功率放大器的正常工作以及重放声音的质量等。前置放大器和功率放大器，前置放大器承担控制任务为主，对各种节目源信号进行选择和处理，对微弱信号将其放大到0.51V，进行各种音质控制，以美化音色。功率放大器，承担放大义务，是将前置放大器输出的音频信号进行功率放大，以推动扬声器发声。有电压放大和电流放大之分，要求是宏亮而不失真。2.2 放大器的技术指标（1） 额定功率音响放大器输出失真度小于某一数值（1%）的最大功率成为额定功率，表达式： U0为负载两端的最大不失真电压，RL为额定负载阻抗。（2）测量条件信号发生器输出频率为1KHz，电压Ui=20mV的正弦信号。功率放大器的输出端接额定负载电阻RL（代替扬声器），输入端接Ui，逐渐增大输入电压Ui，直到Uo的波形刚好不出现失真，此时对应的输出电压为最大输出电压。测量后应迅速减小Ui，以免损坏功率放大器。 （3）频率响应 放大器的电压增益相对于中音频f0（1KHz）的电压增益下降3dB时所对应的低音音频fL和高音音频fH称为放大器的频率响应。测量条件如下：调节音量控制器使输出电压约为最大输出电压的50%，输入端接音调控制器，使信号发生器的输出频率从20Hz20KHz（保持Ui=20mV不变）测量负载电阻上对应的输出电压Uo。 （4）输入灵敏度使音响放大器输入额定功率时所需要的输入电压（有效值）成为灵敏度。 （5）噪声电压使输入为零时，输出负载LR上的电压称为噪声电压。 测量：使输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观察输出负载LR的电压波形，用交流电压表测量其有效值。2.3 功放的组成结构如图2.1，为最基本的双声道功率放大器的结构方框图。图2.1 功放结构框图从图2.1可以直观的看出功率放大器的基本组成，一般可以分为前置级放大电路和后推级放大电路。2.4 功放的工作原理从图2.1中可以看出，双声道功率放大器左右两个声道的电路时完全相同的，输入信号的选择电路主要用于对输入信号进行选择切换，前置放大器对输入信号选择电路所选择的音频信号进行电流放大，为了能够有足够的功率去推动音响，各声道均设有推动级，也就是前置放大器，进一步对前置放大电路输出的信号进行电压和电流放大，放大后的信号再经过后级功率放大级进行放大，就可以去推动音响重放声音了。 2.5 放大器的种类 功率放大器按照信号导通角，可分为：A，B，C和AB类四类，其情况简述如下： 2.5.1 A类放大器我们省略电路的构造直接从特性曲线来讨论工作状态，见图2.2中左边为晶体管输入特性，固定置偏所形成的工作点在Q点，当正弦音频信号输入时，其幅度未超出线形范围，集电极工作状态处于截止区和饱和点之内，集电极电流为完整的全周导通的正弦波，此时导通角为180度，（导通角是以最小值至最大值之间占全周的部分来计算，全周导通时为180度）。这种放大状态失真度较小，但是，当无交流输入时，有约一半幅度（Q点）的直流电流，其损耗为IcoVco，故效率是最低的，低于50%，所以这种A类功率放大器仅用于很小功率的收音机，助听器中，也有用也高级的HiFi功率放大器中。 图2.2 A类音频高功率放大器，在输入信号最大时，为了晶体管不截止，而设定VB 2.5.2 B类放大器图2.3 B类音频功率放大器，晶体管截止极限设定VB如图2.3所示，静态置偏为Q点，处于截止点上，因此信号输入时，只有半周导通（导通角为90度）。集电极输出半个正弦波。这种状态失真度就很大了，所以一般乙类放大器都用双管做成推挽式，每个管子工作半周构成完整的正弦波以减少失真。乙类状态的最大优点是无信号时原则上没有直流电流，因而没有直流功率损耗，效率超过50%，但是由于曲线起始端的非线形，常将推挽放大器的两管均少量正向置偏，其导通角大于半周，故效率不能做得很高达60%70%，工作介于AB类之间，故又称为AB类功率放大器。其情况如图2.4，图2.5。 图2.4 SEPP电路（在一般的音频功率放大器的输出级经常使用）图2.5 AB类和B类放大器2.5.3 C类放大器C类放大器情况如图2.6。图2.6 C类放大器，仅不要导通设置VB静态置偏点在截止点之下，当信号输入时只有超过偏置点部分的管子才能导通，效率更高，但由于失真过大，难用于音频功放，一般多用于高频功放做为陪频器使用，集电极电流呈脉冲状，谐波丰富，再用高Q电路调谐于二次谐波输出完整波形的倍频正弦波。 2.5.4 D类功率放大器 以上各类放大器介绍可知，影响放大器效率的基本因素是无信号时的工作电流，所形成的直流功率损耗。无信号时电流愈大则直流损耗越大，效率越低。为此，要提高效率则应降低工作点，使无信号输入时，也没有直流损耗。但是，信号导通角逾小波形的失真则愈大，输出信号中谐波成分增加，这两个要求是相矛盾的。 如果输入波形其他边沿很陡峭，降低工作点后，对导通角影响很小，那么失真劣化不大而效率又可以得到提高。波形陡峭的极端状态时输入信号为矩形波，这种波形，无论偏置如何变化，由于前后边沿是垂直升降的，导通状态都不会发生变化，这样就诞生了工作于脉冲放大状态的D类功率放大器。 D类放大器工作于开关状态，无信号输入时无电流，而导通时，没有直流损耗。事实上由于关断时器件尚有微小漏电流，而导通时器件并没有完全短路，尚有一定的管压降，故存在较少直流损耗，效率不能达到100%，实际效率在80%90%，是实用放大器中效率最高的。 正是由于D类放大器的效率高，100瓦输出的设备，直流功耗就十几瓦，故散热器就几个平方厘米，连电路板都可以做的很小，大大减小了体积和重量。并且由于工作比音频高10余倍的脉冲状态，电源整流纹波对电路工作影响会很小。 2.6 D类功率放大器的原理D类功率放大器的工作过程是：当输入模拟音频信号时，模拟音频信号经过PWM调制器变成与其幅度相对应脉宽的高频率PWM脉冲信号，经脉冲推动器驱动脉冲功率放大器工作，然后经过功率低通滤波器带动扬声器发声。当输入PCM数字信号时，数字信号经PCM-PWM转换器，转变成为PWM脉冲信号，经脉冲推动器驱动脉冲功率放大器工作，然后经低通功率滤波器带动扬声器工作。 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；二是对其他编码的数字音频，如CD的PCM编码，通过数字信号处理技术变换成PWM音频编码。CD和DVD碟片上输出的音频信号是数字化的，若采用普通的模拟功放机进行放大，则播放机进行解码后再经过数模变换，变成模拟音频后再送到功放电路中。而采用数字功放(D类音频功放)后，就可把解码后的PCM数字音频信号直接进入数字信号处理电路处理成PWM码进行放大，省去了播放机中的数模变换和数字功放中的模数变换二个较贵重部分，这样不但音质受损少，成本也可降低。D类功率放大器的电路工作方式为开关状态，其原理方块图如图2.7，波形图如图2.8 所示。 从图2.7的结构可知，两个放大器反相连接，实际上构成推挽状态，起到开关的作用去控制与电源串联的负载回路（RL），低通滤波器 LPF可以滤去脉冲波的高频部分，得到基波成分，所以实际上成为数/模（D/A）转换电路，重新将脉冲波还原成为弦波。从电路结构看，当两支形状短路阻抗为0， 开路阻抗无穷大时，电路的效率为100%。因为扬声器是感性负载，对于高电感的扬声器如中频扬声器，D类功放输入可以不用接低通滤波器，直接与扬声器相联。图2.7 D类音频放大器原理方块 图2.8 将正弦波变成脉冲波的脉宽调制电路图2.8表示如何将正弦波转化为脉冲波，让脉冲波的宽度受正弦波幅度的调制，称为PWM信号，即“脉宽调制”信号。这里没有应用一般概念的A/D变换电路，而是用一个幅度与放大的正弦信号近似的三角波，共同作为变换器输入，相当于反相比较器。当三角波幅度大于正弦波幅度部分，变换电路输出“1”；而三角波幅小于正弦波幅时，变换电路均输出“0”；这样即将输入的正弦信号变为宽度随正弦信号波幅度变化的PWM波。D类功率放大器使用的开关管采用功率型MOSFET，即大功率场效应管，并为保证足够的激励电压而设有驱动电路，使FET能充分的开启和关断，其电路结构如图2.9。 图2.9 功率输出级结构说明 图2.10是PWM波的频谱，当放大单一的频率正弦波时，其频谱中除低频段存在与输入信号相同频率的基波成分外，还存在各次谐波的频谱。因此用LPF低通滤波器就可以滤去高频谐波而得到正弦基波成分，因此，可使数模转换电路非常的简化。 图2.10 PWM波频谱由上可知D类功率放大器效率高，发热损耗小，可以降低电源容量，减小体积和自身散热器的体积。 2.7 各功率放大电路比较功率放大级电路是音频放大器的主要部分，它决定了输出功率的大小，要求具有输出效率高，输出功率大的特点。对于整个功率放大器，则是要求其失真小、噪声低，有较好的扩音效果。2.7.1 全直流全对称互补功放电路这里我们选用了图2.11所示的全直流全对称互补功放电路。该功放可对5负载提供100W的不失真功率，输入灵敏度为300mV，输出噪声电压为1.2mV，能满足上述要求，且具有电路简单、失真与噪声低、转换速率高等特点。即使用作全频带功放也是较佳的选择。图2.11 全直流全对称互补功放级电路图在该电路中揉进前级二极管隔离供电技术，进一步提高了大动态突发信号到来时前级电路的驱动能力。图2.11中二极管D1、D2即当此重任。当大动态突发信号到来时，末级输出管的电流剧增，迫使电源电压瞬间下降，这时由于D1、D2的反向隔离作用，滤波电容C5、C7上的电压不能突变，仍可基本保持在信号到来前有较高的电压，故推动级仍能继续提供较高的信号电压和较大的驱动电流，使声音的听感更加强劲有力，后劲十足，由于大动态的突发信号常出现于低频段，因而该技术的采用对于超低频功放来说尤其具有重要意义，实际听感也证实了这一点。本电路的直流工作点已由设计确定，其中输入级差分对每管的工作电流为0.9mA，输出管的静态电流为80mA，工作于AB类状态。为提高输出级静态工作点的热稳定性，在其偏置电路中采用二极管D3D5和负温度系数热敏电阻R10进行温度补偿，其中R10要贴装于功放管散热器上，此举对提高功放的热稳定性很有效，末极管的冷、热态静态电流可控制在3080mA范围内，功放无须热身，一开机便可进入较佳的工作状态，如不采用R10，冷、热态静态电流变化范围竟达0100mA。若能购得200的R10，热稳定性还能进一步提高。该电路虽有如此多的优点。但由于电路供电电压相对较高，组件众多，导致设计与制作上的一系列问题，例如组件参数计算烦琐，组件参数及性能要求极高，安装调试复杂繁琐且难以调试成功等，对于本次制作并不适宜。2.7.2 NE5532开环式功放电路该功放采用电压转换电流方式直接驱动功放管进行功率放大，所以输出功率主要取决于末级功放管和功放电源，且扬声器无开关机冲击声。由于采用运放作恒流放大，所以很方便更换不同性能的运放，音色有更多的选择。电路如图2.12，ICA与Q1、ICB与Q2分别组成电流负反馈吸收式恒流源，分别负责音频信号正半周与负半周的电压、电流转换放大，使Q3、Q4基极电流只受IC1、IC2输入电压控制，也就是说，只要运放输入为一恒压值，末级管Q5、Q6集电极流过电流也为一恒定值。WR1、WR2（多圈电位器）分别用来调整Q5、Q6静态电流与输出零点，图2.12 NE5532开环式功放级电路图此电路较简单，先把WR1、WR2调至最小位置，然后缓慢调节WR1、WR2使R12、R11上压降为40mV（200mA）。测量输出点，再微调WR1或WR1使输出点电压控制在5mV以下。然后预热半小时后，再重调一下，即可接入音箱试音。主观评价，该功放信噪比高，低音丰满，有弹性，高音纤细流畅。 运放采用NE5532双运放，Q1、Q2选中功率管IN5550、5401等，末级功放管可选用三肯对管TIP41C、TIP42C或TIP36C、TIP35C等音频对管。 该电路由于其特殊要求，电阻需选用1/4W金属膜电阻，同时电路中需选用性能完全相同的三极管，以保证电路工作在最佳状态。而电路需要42V双电源供电这也使得这个设计有些烦琐，温度对三极管的放大倍数及性能的影响很大，且要求对称的两个三极管要完全相同才能达到稳定直流工作点的要求和稳定动态平衡；而且难以与音调控制电路相匹配，同时全机没有加任何补偿电容，在整体性能上还不够完善，因而不宜采用。2.7.3 TDA2030功放电路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。如图2.13所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。图2.13 TDA2030功放级电路图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。意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。TDA2030的电路有外接组件少，采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度，开机冲击极小等优点。并且，其内部含有各种保护电路，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。TDA2030A能在最低6V最高22V的电压下工作在19V、8阻抗时能够输出16W的有效功率，THD0.1%。无疑，用它来做计算机有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。但是，由于TDA2030输出功率有限，单电源最大输出功率为Po=18W(当负载为4欧姆)，所以就决定了它不适合用来做大功率音频功率放大器。2.7.4 TDA7293功放电路TDA7293是欧洲著名的SGS-THOMSON意法微电子公司推出了一款音色比TDA7294更好，功率更大的Hi-Fi大功率DMOS集成功放，额定输出功率为100W。TDA7293的主要参数：工作电压范围：12V50V；输出电流峰值10A；输出功率：40V、8时100W；45V、8时140W；29V、4时100W；总谐波失真（Po=5W，f=1KHz） 0.005%；转换速率15V/s(TDA7294为10 V/s，转换速率越高，音质层次越丰富)；输入阻抗100K；频响20Hz20Kz；工作在甲乙类。TDA7293内部结构分为三级：差分输入级由双极型晶体管组成，推动级和功率输出级采用场效应管，这种结构可以综合双极型晶体管低噪音和功率场效应管在线性、温度系数、音色上的优势。音色优美，兼顾了双极信号处理电路和MOS功率管的优点，具有低失真、低噪音、高耐压以及开关机静音、过热保护、短路保护等优点。图2.14 TDA7293内部电路图如图2.14为TDA7293内部电路图，它是15脚封装。TDA7293各脚的作用如下：1脚是待机地；2脚是反相输人端；3脚是正相输人端；4脚是地；5脚是短路电流检测端，通常作为悬空；6脚是自举端；7脚是正电源输入端（信号处理部分）；8脚是负电源输入端（信号处理部分）；9脚是待机端；10脚是静音端；11是缓冲驱动输出端（桥接时使用）；12脚是反馈输人端；13脚是正电源输人端（功率输出级部分）；14脚是功率输出端；15脚是负电源输入端（功率输出级部分）。TDA7293的9脚为静音模式控制端，当该脚低于2.5V时，TDA7293执行静音操作，输出端无信号输出；10脚为待机模式控制端，当该脚低于2.4V时，TDA7293工作在待机模式，内部电路停止工作。图2.15 TDA7293功放级电路图如图2.15，供电电路通过管脚7、8、13、15输入正负电压，对TDA7293功放块供电，推动功放TDA7293进行工作。经过初级放大的音频信号通过电容C11输入TDA7293正相端。电容C11起到滤波的作用优化音效；电阻R11接地，用于降低输入电阻，以提高功放块的输入抗干扰能力。TDA7293的输出端与反向输入端之间加入负反馈元件R16，表示功放工作于放大状态。R13、R14、R15、C15、C14、D1构成开关机静噪电路，使TDA7293在开机时，自动执行静音，以消除当刚开机时的大电流对扬声器的冲击。音频信号经过功率放大级的放大后最终送入音响。至此，整个功放电路完成了它对音频信号的放大功能，使音频信号有足够的电压去推动外接音响发声。这个电路的主要特点是：工作范围宽、输出功率大、具备静音和待机功能、有效避免开机瞬间喇叭发出的噪音、失真小等诸多优点，这使得它刚一面世就备受青睐。2.7.5 TPA3123功率放大电路采用TI德州仪器的TPA3123数字功放芯片，采用前级非平衡转平衡，后级平衡传输放大，电压适用范围广，在12-25V单电压下均可工作。在输入电压20V下，可以提供4欧50W的额定功率, 而用作BTL形式输出时，理论上输出功率能达到双通道输出的4倍，在输出功率较大时，效率高于90%。在音质方面，一改TA系列低频不足的缺点。并自带短路保护，防止损坏设备短路和之后的过滤器和输出电容器短路（在扬声器终端）。直接在终端设备，保护电路防止在输出和输出，输出和地，输出和负载短路。检测到短路时的输出，立即组成部分禁止输出驱动器。这是可恢复的，恢复正常操作时，故障排除.热保护，内部温度电路小片有超过150C从设备到设备。一旦电路小片温度超过热设定值时，器件进入关断状态进入和输出被禁止这是没有锁定故障。热故障被清除后的电路小片温度降低了设备的30C。就从这里，设备开始正常运行。图2.16 TPA3123功放级电路图2.7.6 方案比较及确定全直流全对称互补功放电路，该功放电路具有电路简单、失真与噪声低、转换速率高等特点。即使用作全频带功放也是较佳的选择。但由于电路供电电压相对较高，组件众多，导致设计与制作上会出现许多我难以解决的问题，因此对于本次制作并不适宜。NE5532开环式功放电路，采用电压转换电流方式直接驱动功放管进行功率放大，所以输出功率主要取决于末级功放管和功放电源，且扬声器无开关机冲击声。由于采用运放作恒流放大，所以很方便更换不同性能的运放，音色有更多的选择。但是该电路由于其特殊要求，使得这个设计有些烦琐，而且难以与音调控制电路相匹配，同时全机没有加任何补偿电容，在整体性能上还不够完善，因而不宜采用。TDA2030音频功放电路，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。但是，由于TDA2030输出功率有限，单电源最大输出功率为Po=18W(当负载为4欧姆)，所以就决定了它不适合用来做大功率音频功率放大器，满足不了本次设计的输出功率。TDA7293功放电路，这个电路的主要特点是：工作范围宽、输出功率大、具备静音和待机功能、有效避免开机瞬间喇叭发出的噪音、失真小等诸多优点，尤其是它的额定输出功率为100W，完全符合本次设计对整机输出功率的要求。但是考虑到环保和节能方面，并不适合TPA3123功放电路，它有令人满意的听感，极低的底噪以及强劲的输出功率和极高的效率，并具有短路保护和热保护，非常适合本次课题的制作。功率放大电路的种类繁多，电路中用于驱动的功率放大器，主要要求其具有足够的驱动电流、较低的内阻、较高的稳定性和可靠性，其它性能则没有特殊要求。而考虑到本次设计为多媒体音响，并兼顾卧室音响系统，所以，TPA31233功放电路最终被认定为本次设计的理想方案。第3章 芯片介绍3.1 TPA3123简介TPA3123特征：25W/ch负荷从27V供应，从10 V工作于30 V，高效D类操作器无需型材散热器，固定增益设置内部振荡器（无需外部元件），单端模拟输入，热和短路保护与自动恢复，省空间的表面贴装E HHH TSSOP封装24-Pin包装。3.1.2 TPA3123工作原理TPA3123工作原理如下图3.1：图3.1 简单运用电路表3.1 绝对最大额定值价值单位Vcc 电源电压AVCC,PVCC-0.3到36VVi 逻辑输入电压,静音，GAINO,GAIN1-0.3到Vcc+0.3VVin 模拟输入电压RIN,LIN-0.3到7V连续总功耗见耗散额定值表TA 经营自由空气的温度范围-40到85Tj 工作结温范围-40到500Tsg 存储温度范围-65到500RL 负载电阻（最小值）3.2ESD 静电放电人类体模型（所有pins）2kV带电器件模型（所有pins）500V表3.2 推荐工作条件最小 最大单位Vcc 电源电压AVCC,PVCC10 30VVIH 高电平输入电压,静音，GAINO,GAIN1 2VVIL 低电平输入电压,静音，GAINO,GAIN1 0.8VIIH 高电平输入电流，Vi= Vcc，Vcc=30V 125A静音，Vi= Vcc，Vcc=30V 125GAINO,GAIN1，Vi= Vcc，Vcc=24V 125IIL 低电平输入电流，Vi=0，Vcc=30V 1A静音，Vi=0，Vcc=30V 1GAINO,GAIN1，Vi=0，Vcc=24V 1TA 经营自由的空气温度-40 853.1.3 TPA3123管脚介绍TPA3123管脚图如下图3.2：图3.2 TPA3123管脚图TPA3123管脚功能图如下表：表3.3 终端功能表终端本人/邻/描述名称24-PIN（PWP）2I关机信号IC（低=禁用，高=业务），合规TTL逻辑电平AVCCRIN6I右声道音频输入LIN5I左声道音频输入GAIN018I增益选择最低有效位，合规TTL逻辑电平AVCCGAIIN117I增益选择最高有效位，合规TTL逻辑电平AVCC静音4I静音信号快速禁用/启动产出（高=50%占空比输出的开关，低=输出使能），合规TTL逻辑电平AVCCBSL21I/O引导的I/O左声道PVCCL1,3P电源左通道H桥电源，内部没有连接到PVCCR或AVCCLOUT22OD类1/2-H-bridge积极为左声道输出PGNDL23,24P电源地左通道H桥VCLAMP11P内部产生的电压为自举电容BSR16I/O引导的I/O右声道ROUT15OD类1/2-H-bridge积极为右声道输出PGNDR13,14P电源地右通道H桥PVCCR10,12P电源右通道H桥电源，没有连接到PVCCR或AVCCAGND9P模拟地面数字/模拟细胞的核心AGND8P模拟地面模拟细胞的核心旁路7O前置放大器的参考输入，名义上等于AVCC/8，还控制启动时间通过外部电容大小AVCC19,20P高电压模拟电源，内部没有连接到PVCC或PVCCL热焊垫电路小片焊垫P连接到地面，焊接热焊效垫应该对所有的应用程序到正确安全装置，印刷电路板3.1.4 TPA3123内部电路图TPA3123的内部电路如下图3.3：图3.3 TPA3123内部电路图3.2 OPA2353简介3.2.1 OPA2353简介OPA353系列是低电压优化，单电源运算。Rail-to-rail输入/输出，低噪声(5nV/Hz),和高速运行(44MHz, 22V/s)使其理想的驾驶抽样analog-to-digital转换器。它们也非常适合电池手机PA控制循环和视频处理(75驱动能力）作为以及音频和一般用途.单，双和四重版本有相同的规格设计的灵活性.该OPA353系列本经营，单电源低至2.5V与输入共模电压范超出电源轨300mV。输出电压秋千是在轨的供应10mV与10k负载。双核和四设计包括完全indepen -凹痕电路为最低串音和免于互动.单(OPA353)包是微小的5-lead的SOT -23-5表面装载和SO-8表面装载。对偶(OPA2353)进来表面微型MSOP-8装载和SO-8表面装载。这种四(OPA4353)包是节省空间的SSOP-16表面装载和SO-14表面装载。所有被指定从40C到+85C和经营从55C到+125C。3.2.2 OPA2353工作原理OPA353系列运算amps制作于state-of-the-art0.6微米CMOS过程.它们的单位增益稳定适合一般用途广泛的应用。Rail-to-rail输入/输出使它们非常适合驾驶sam-采样的A / D转换器。它们非常适合用于控制在电池手机的输出功率。这些应用通常需要高速，低噪音.此外，OPA353系列为通用低成本解决方案和(75驱动能力的消费类视频应用）。优秀ac性能使OPA353系列好适合音频应用。他们的带宽，压摆率，低噪音低(5nV/Hz)，THD (0.0006%)，和小包装，年龄选项可用于这些应用的理想选择.该类别 AB输出级可驱动负载能力连接到600V+和地面之间的任何点.Rail-to-rail输入和输出摆幅显着提高动态范围，特别是在低电压应用中。3.2.3 工作电压OPA353系列运算amps完全从+2.7V到指定+5.5V。然而，供电电压范围可以从+2.5V到+5.5V。参数都保证在指定的供应rangea的OPA353系列独特的功能.此外，从许多指标适用于大多数40C到+85C。行为保持不变，几乎遍布全工作电压范围。图3.4 OPA2353简化工作原理图3.2.4 容性负载和稳定性OPA2353系列运算amps可以驱动容性广泛负载.然而，所有运算amps在一定条件下可能变得不稳定.放大器配置，增益和负载价值仅仅是几个因素时要考虑determin -ing稳定.在单位增益运算放大器的配置最容易受到容性负载的影响。该容性负载反应与运算放大器的输出阻抗，以及任何额外的负载电阻，创造一个极点小信号反应，降低了相边缘.在统一增益，OPA353系列运算amps表现良好较大的容性负载.增加收益提高放大器的能力，带动更多的电容.典型性能曲线“小信号过冲与容性载入“显示了一个1k电阻负载性能。在-压痕负载电阻提高了容性负载驱动ca-权能。3.2.5 OPA2353内部电路图OPA2353内部电路图如下图3.5：图3.5 OPA2353内部电路图3.3 78M05简介3.3.1 78M05简介特点：（1）输出电流高达0.5A；（2）对5, 6, 8, 12, 15, 18, 24V输出电压；（3）过热保护；（4）短路保护；（5）输出晶体管安全工作区（SOA）保护；3.3.2 78M05工作原理该MC78M00监管机构也可作为电流源当连接成以上，为了尽量减少损耗的MC78M05C是选择了这项申请，电阻R决定作为目前如下：，=1.5mA过电压和负载变化。表3.4 电气特性（MC7M805/LM78M05）参数符号条件最小Typ最大单位输出电压VoTJ=+254.855.2VIO=5mA到350mAVI=7V到20V4.7555.25线路调整（Note3）VoIO=200mATJ=+25VI=7V到20V-100mVVI=8V到20V-50负载调整（Note2）VoIO=5mA到0.5A TJ=+25-100mVIO=5mA