音频功率放大器电路

1、河南科技学院机电学院 电子课程设计报告题目：音频功率放大器电路专业班级：电气工程及其自动化096 姓 名： 张 宝 时 间： 2011.06.06 2011.06.17 指导教师： 王 玉 萍 徐 涛完成日期：2011年6月15日音频功率放大器设计任务书1设计目的与要求设计一个音频功率放大器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：（1）采用直接耦合的功率放大器。额定输出功率10W ，负载阻抗8。 （2）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 （3）原则上采用分立元件设计。（4）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （5）PCB 文件生成与打印输出。 2设计内容（

2、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。 3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。 4答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。目录1 引言 1 2 总体设计方案 1 2.1 设计思路 1 2.2 总体设计框图 2 3 设计原理分析 2 3.1音频功率放大器设计摘 要：本文用两块TDA2030 组成如附录1所示的BTL 功放电路。TDA 2030为同相放大器，输入音频信号Vin 通过交流耦合电容C1馈入同相输入端脚TAD 为反相放大器，它的输入信号是由TDA 2030

3、输出端的U01 经R3、R6分压器衰减后取得的，并经电容C3后馈给反相输入端脚，两个TDA2030的两个输出信号U01 和U02 应该是幅度相等相位相反的，因此在扬声器上得到的交流电压应为2*U01或2*U02，以及得到的功率为4（U01）2/RL,其中RL 为扬声器的阻值。关键词：TDA 2030；功率放大；同相放大；反相放大；BLT 双电源供电音频功放1 引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TotalHormonic 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

4、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、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

5、+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12W ，其THD+N更大些，一般为0.10.5%.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

6、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

7、主要取决于Vcc 的大小。在THD+N不变条件下，如Vcc=5V，RL=4时，输出额定功率为2W ；若Vcc=3V、RL=4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。2 总体设计方案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方案一：采用FPGA 芯片产生三角波，使用VHDL 语言编写三角波发生程序。音频前置放大电路采用NE5532A 芯片，PWM 比较器采用393PH-桥电路、低通滤波电路采用分立元件构成。该方案中三角波波形准确，采用分立元

8、件构成的电路工作性能好，但采用FPGA 产生三角波成本较高，分立元件构成的电路难以调试。故不采用该方案。方案二：采用单片机产生三角波，使用C 语言编写三角波发生程序。音频前置放大、PWM 比较器、D 类功率放大、方波放大等均采用集成芯片构成，低通滤波电路采用一阶低通滤波电路。该方案采用单片机产生三角波，波形较好。但考虑到D 类功放的便携性与易实现性，故不采用该方案。方案三：采用两块TDA2030 组成如附录1所示的BTL 功放电路。TDA 2030为同相放大器，输入音频信号Vin 通过交流耦合电容C1馈入同相输入端脚TAD 为反相放大器，它的输入信号是由TDA 2030输出端的U01 经R3、

9、R6分压器衰减后取得的，并经电容C3后馈给反相输入端脚，两个TDA2030的两个输出信号U01 和U02 应该是幅度相等相位相反的，因此在扬声器上得到的交流电压应为2*U01或2*U02，以及得到的功率为4（U01）2/RL,其中RL 为扬声器的阻值。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，另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。第三个特点是外围电路简单，使用方便。因此采用该方案。2.1 设计思路2.2 总体设计框图3 设计原理分析 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Vin 通过交流耦合电容C1馈入同相输入端脚，交流闭环增益为KVC 1R3 / R2R3 / R230dB 。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 后馈给反相输入端脚，它的交流闭环增益KVC R9 / R7/R5R9/R730dB 。由R 9R 5，所以TDA 2030（1）与TDA 2030（2）的两个输出信号U 01 和U 02 应该是幅度相等相位相反的，即： U01Uin ·R3 /