电力电子技术 课程设计报告 题目PWMf关型功率放大器的设计 专业电气工程及其自动化 班级电气 学号 学生姓名 指导教师 2008年春季学期 起止时间：2008年6月23日至2008年6月27日
一、总体设计 1 ?主电路的选型（方案设计）
经过对设计任务要求的总体分析，明确应该使用电力电子组合变流中的间接交流变流的思想进行设计，因为任务要求频率是可变的，故选择交直交变频电路（即VVVF 电源）。交直交变频电路有两种电路：电压型和电流型。在逆变电路中均选用双极性调制方式。 方案一：采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相桥式全控整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM e变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。电路原理图如下所示： 方案二：采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相全桥整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM K变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。电路原理图如下所示： 方案三：采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM e变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感
性。电路原理图如下所示： 分析： 方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控制Ud 的大小。 方案二中的整流电路是单相全桥整流电路，属于不可控型。Ud大小不可变。 方案三采用双PWM&路。整流电路和逆变电路的构成可以完全相同，交流电源通过交流电抗器和整流电路联接，通过对整流电路进行PWMI制，可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1,并且中间 直流电路的电压可以调整。但由于控制较复杂，成本也较高，实际应用还不多，故此处没有选用。 经过分析我选用了方案一。其中控制部分采用双极性PWM波控制触发，从而控制负载电流和电压。由于逆变部分采用电压型逆变电路，所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波，电压呈矩形波。
PWM功率放大电路 ——卢浩天 LC梦创电子制作工作室 一、PWM功率放大原理 PWM功放电路有单极性和双极性之分。双极性指在一个PWM周期内，电机电枢电压正、负极性改变一次；单极性指PWM功放管工作时，有一个PWM信号端和一个方向控制端，在电机正转或反转时，仅有对应的一对功放管通电，而另一对功放管截止。因此，电机电枢在正转或反转时，正、负极性是固定的，即是单极性的。 若忽略晶体管的管压降，可以认为PWM功率放大管的输出电平等于电源电压，即||=。图1描绘了电枢的电压波形和电流波形。在图中，为PWM UU T CAB脉冲周期，为正脉冲宽度，为负脉冲宽度。电枢两端的电流是一个脉动的连TT hP续电流，从图可看出，电枢两端的电流是一个脉动的连续电流，加快PWM的切换频率，电流的脉动就变小，结果近似于直流信号的效果，使电机均匀旋转。同时，如果改变PWM 的脉冲的宽度，电枢中的平均电流也将变化，电机的转速便将随之改变，这就是PWM调速的原理。 在图中，PWM脉冲频率决定了电枢电流的连续性，从而也决定了电机运行的平稳性。如果脉冲频率切换频率选择不当，电机的低速性能有可能不理想，容易烧坏晶体管，而且由于电流不连续，电机有可能产生剧烈震荡，甚至出现啸叫现象，这些都是不允许的。因此，在设
计PWM功率放大器时，要慎重选择切换频率。为了克服静摩擦，改善运行特性，切换频率应能使电机轴产生微振，即： 式中，为转矩系数，（为电机电磁常数、为励磁磁通），U?KC?KC?CTMMT．为功放电源，为电枢电感，为电机静摩擦力矩。TL SA另外，选择切换频率具体还应考虑以下几个方面： （1）微振的最大角位移应小于允许的位置误差。在伺服系统中，假设要求位置误差小于，则要求切换频率满足下式：?式中，为电机及负载的转动惯量。J（2）应尽量减小电机内产生的高频功耗。PWM 脉冲信号的谐波分量将引起电机内部的功耗，降低效率。为此切换频率应足够高，使电机电枢感抗大大超过电枢内阻，即要求 式中，是电机电枢电阻。R A（3）应当远远大于系统的固有频率，防止系统固有振荡。 实际设计时应综合考虑上述条件，在1000Hz至数万Hz的范围内选取PWM切换频率。特别需要强调的是，由于伺服电机的电枢电感较小，如果频率不够高，交流分量过大，很容易烧毁功放管。不过功放管的开关频率总有一个限度，对大功率功放管来说，开关频率越高，制造工艺难度越大，成本也越高。因此，用户要根据自己的实际需要确定有关参数，使自己构建的功率放大器有较高的性能价格比。 二、标准的PWM功率放大器 图2举出了一个实际的标准双极性PWM功率放大器。它是一个典型的H型功放，四个功放管分别采用NPN型达林顿管TIP122和PNP 型达林顿管TIP127。PWM脉冲信号通过光电耦合器件4N35加到晶
电子技术课程设计报告 设计课题：音频功率放大器的设计与制作 拔河游戏机的设计与制作
模电部分 音频功率放大器的设计与制作 一、设计任务与要求 1）话筒放大器和前置放大器由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ（也有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等），所以话筒放大器的作用是不失真的放大声音信号（最高频率达到20kHz）。其输入阻抗应远大于输出阻抗。前置放大器要求失真小、通频带宽。 2）电子混响器电子混响器的作用是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。该部分电路有专用电路可以选用，不作设计要求。 3）音调控制器音调控制器的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。这部分参考电路较多，要求通过仿真进行选取，并进行必要的计算。 4）功率放大器功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能的大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有单电源供电的OTL电路和正负双电源供电的OCL 电路。有专用集成电路功率放大器芯片。可采用由集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器，要求进行必要的计算和计算机仿真。 设计参数 ①放大器的失真度<1%。 ②放大器的功率>1W。 ③放大器的频响为50Hz—20kHz。 ④音调控制特性为自选。 （3）设计要求 1）调研，查找并收集资料。 2）总体设计，画出框图。
3）单元电路设计。 4）电气原理设计---绘制原理图。 5）参数计算——列元器件明细表。 6）用EWB对设计电路进行仿真实验，并给出仿真结果及关键点的波形。 7）撰写设计说明书。 8）参考资料目录。 二、方案设计与论证 2.1 音响模块流图 图2－1电路整体框图 话音放大器：话音放大器的作用是不失真地放大音频信号。 电子混响器：电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。 混合前置放大器：混合前置放大器的作用是将音乐信号和电子混响后的声音信号混合放大。 音调控制器：音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性。 功率放大器：功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL提供一定的输出功率 电路方案的比较与论证 2.2话音放大电路的比较与论证 方案一：采用uA741运算放大器设计电路，uA741通用高增益运算通用放大器，早些年最常用的运放之一。应用非常广泛，双列直插8脚或圆筒8脚封装。工
题目：音频功率放大器电路 音频功率放大器设计任务 1、基本要求 （1）频带范围 200Hz —— 10KHz，失真度 < 5%。 （2）电压增益 >= 20dB。 （3）输出功率 >= 1 W (8欧姆负载)。 （4）功率放大电路部分使用分立元件设计。 发挥部分 （1）增加音调控制电路。 （2）增加话筒输入接口，灵敏度 5mV，输入阻抗 >> 20 欧姆。 （3）输出功率 >= 10W (8欧姆负载)。 （4）其他。 目录 1 引言····························································· 2 总体设计方案·····················································2.1 设计思路······················································· 2.2 总体设计框图··················································· 3 设计原理分析·····················································3.1设计总原理图 3.2设计的PCB电路图 ··· 1 引言 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。本次设计旨在熟悉设计流程，达到基本指标。 2 总体方案 根据实验要求，本次设计主要是也能够是用集成功放TDA2030为主的电路 一、电路工作原理 图1所示电路为音频功率放大器原理图，其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率大于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。TDA2030使用方便、外围所需元器少，一般不需要调试即可成功。 RP是音量调节电位器，C1是输入耦合电容，R1是TDA2030同相输入端偏置电阻。 R2、R3决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为 （R2+R3）/R2=（0.68+22）/0.68=33.3倍，C2起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。 C4、C5为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。R4、R5称为茹贝网路，用以在电路接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。VD1、VD2是保护二极管，防止输出电压峰值损坏集成块TDA2030。 2．电流反馈 电流反馈是指在一个反馈电路中，若反馈量与输出电流成正比则为电流反馈;若反馈量与输出电压成正比则为电压反馈。通常可以采用负载短路法来判断。 从概念上说，若反馈量与输出电压（有时不一定是输出电压，而是取样处的电压）成正比则为电压反馈；若反馈量与输出电流（有时不一定是输出电流，而是取样处的电流）成正比则为电流反馈。在判断电压反馈和电流反馈时，除了上述方法外，也可以采用负载短路法。负载短路法实际上是一种反向推理法，假设将放大电路的负载电阻RL短路（此时，），若
音频功率放大器的设计任务书 1 设计指标 （1）直接耦合的功率放大器，额定输出功率10W，负载阻抗8Ω；（2）具有频响宽、保真度度、动态特性好及易于集成化； （3）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。 2 设计要求 （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）S C H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，有心得体会。 4 答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。
音频功率放大器设计 摘要：这款功放采用了典型的OC L 功放电路，为全互补对称式纯甲类DC 结构，功放的每一级放大均工作于甲类状态。输入级和电压放大级采用线性较好的沃尔漫电路，差分管及电流推动管分别为很出名的K170、J 74（可用K389、J 109孪生对管对换）对管和K214、J77中功率M OS 管，功率输出级为2SC 5200和2S A1943大功率东芝管并联输出，功率强劲，驱动阻抗2Ω的喇叭也轻松自如，毫不费力。综合运用了我们前面所学的知识。设计完全符合要求。 关键字：沃尔漫电路 T IM 共源-共基电路 共射-共基电路 1 引言 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。 2 设计思路 甲类放大器作为一种最古老，效率最低，最耗电，最笨重，最耗资，失真最小的放大器它有吸引人的音质。甲类放大器输出电路 本身具有抵消奇次谐波失真，且甲类放大器管子始终工作在线性曲线内，晶体管自始自终处于导通状态。因此，不存在开关失真和交越失真等问题。甲类放大器始终保持大电流的工作状态。所以对猝发性声音瞬间升降能迅速反映。因而输出功率发生急剧变化时，电 输入音 频信号 前置放大级电路 共射-共基电路 共射-共基电路 恒压源电路 推动级 反馈电路 至末级 功放 沃 尔漫电路 图1 前置放大电路框图
TDA2030集成电路功率放大器设计 一、设计题目集成电路功率放大器 二、给定条件 设计一款额定输出功率为10 ~ 20W的低失真集成电路功率放大器，要求电路简洁，制作方便、性能可靠。性能主要指标： 输出功率：10 ~ 20W（额定功率）； 频率响应：20Hz ~ 100kHz（≤3dB） 谐波失真：≤1％ (10W,30Hz~20kHz）； 输出阻抗：≤0.16Ω; 输入灵敏度：600mV（1000Hz，额定输出时） 三、设计内容 1．根据具体电路图计算电路参数 2．选取元件、识别和测试。包括各类电阻、电容、变压器的数值、质量、电器性能的准确判断、解决大功率放大器散热的问题。 3．了解有关集成电路特点和性能资料情况 4．根据实际机壳大小设计1：1印刷板布线图 5．制作印刷线路板 6．电路板焊接、调试（调试步骤可以参考《模拟电子技术实验指 导书》有关放大器测试过程 7．实训期间必须遵守实训纪律、听从老师安排和注意用电安全。 四、功率放大电路的测试基本内容 注意：将输入电位器调到最大输入的情况。 1．测量输出电压放大倍数A u 测试条件：直流电源电压14v，输入信号1KHｚ 70 mv（振幅值100mv），输出负
载电阻分别为4Ω和8Ω。 2．测量允许的最大输入信号（1KHｚ）和最大不失真输出功率测试条件：①直流电源电压14v，负载电阻分别为4Ω和8Ω。 ②直流电源电压10v，负载电阻为8Ω。 3．测量上、下限截止频率f H 和f L 测试条件：直流电源电压14v，输入信号70mv（振幅值100mv），改变输入信号频率、负载电阻为8Ω。 五、参考资料 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，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。 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，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。 TDA2030 在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0．5％）；在电源电压±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0．5％）。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电路可供低频课程设计选用。 双电源供电BTL音频功率放大器 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V in通过交流耦合电容C1馈入同相输入端①脚，交流闭环增益为K VC①＝1＋R3 / R2≈R3 / R2≈30dB。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②脚，它的交流闭环增益K VC②＝R9 / R7//R5≈R9/R7≈30dB。由R9＝R5，所以TDA 2030（1）与TDA 2030（2）的两个输出信号U01 和U02 应该是幅度相等相位相反的，即： U01≈U in·R3 / R2
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
D类功率放大器 一．原理 D类功放也称为数字功放，与模拟功放的主要差别在于功放管的工作状态. 传统模拟放大器有甲类、乙类、甲乙类和丙类等.一般的小信号放大都是甲类功放，即A类，放大器件需要偏置，放大输出的幅度不能超出偏置范围，所以， 能量转换效率很低，理论效率最高才25%.乙类放大，也称B类放大不需要偏置，靠信号本身来导通放大管，理想效卒高达78 5%.但因为这样的放大，小信号时失 真严重实际电路都要略加一点偏置，形成甲乙类功放，这么一来效率也就随之下降.虽然高频发射电路中还有一种丙类，即C类放大，效率可以更高，但电路复杂、音质更差，音频放大中一般都不采用.这几种模拟放大电路的共同特点是晶 体管都工作在线性放大区域中，它按照输入音频信号的大小控制输出的大小，就 像串在电源与输出间的一只可变电阻，控制输出，但同时自身也在消耗电能. D类功放采用脉宽调制（PWM）原理设计，其功放管工作在开关状态.在理想情况下，功放管导通时内阻为零，两端没有电压，因此没有功率损耗；而截止时，内阻无穷大，电流又为零，也没有功率损耗.它在实际的工作中的功率消耗主要由两部分构成：转换损耗和I2R损耗.转换损耗如图1-1所示： 图1-1 转换损耗的产生 当开关式放大器输出在接通和断开之间切换，或断开和接通之间切换时通过线性区域而消耗功率.在D类功放中开关管如 果采用的是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET管），它的开关导通电阻较 小一般远远小于1Ω，所以I2R损耗相对来说还是很小的.当达到最大额定功率时，D类放大器的效率在80％到90％的范围内.在典型的听音条件下，效率也可 达到65％到80％左右，约为AB类放大器的两倍以上. D类放大器可分为数字D类放大器与模拟D类放大器两类，数字D类放大 器一般用于数字音响领域，如CD信号的功率放大.模拟D类放大器一般可分为 前置放大级、PWM调制、功率放大与低通滤波四个部分.其中PWM调制和功率 放大是D类放大器的核心，PWM调制的一般方案有： （1）采用PWM调制芯片产生PWM信号，此类芯片可方便的产生PWM信号，但一般对电源有要求，不利于整机单5v供电，并且很多情况下产生的PWM 型号为方波. （2）自己搭建PWM调制器，采用运放进行比较积分产生PWM信号. 1．PWM调制分析 （1）从能量的角度来看，在每个t 时间内，正弦波与所对应的脉宽波所包
一种基于PWM的开关功率放大器的设计 一、前言 振动测试系统是模拟某种产品的实际使用环境，在产品出厂前检验其结构特性和可靠性，这对于新产品开发起着重要作用，因此，被广泛应用于军事，自动化，半导体，汽车，航空航天等行业。 采用开关功率放大器的电动式振动测试系统是目前应用广泛的一种振动 试验系统。通常能提供正弦、随机和冲击试验环境，它的频率范围广，动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。 功率放大器是电动振动试验系统的重要组成部分，其性能和与振动台的匹配状况直接关系着系统的性能。功率放大器发展到现在已经历了3代：电子管功率放大器、晶体管线性功率放大器及开关功率放大器。目前电子管功率放大器已经很少使用，晶体管线性功率放大器效率通常只有50％左右，而其他的能量则转化为热能，不但效率低，而且散热是个很大问题。开关功率放大器如果采用功率场效应管（PMOSFET），则损耗很小，效率可达到90％，发热少，冷却设备简单。由于开关功率放大器输出电压容易调节，且电流的波峰系数较大，这样就可以直接与振动台耦合，而不需要输出变压器。而且PMOSFET的开关频率高，因此放大器体积小，功率密度大，容易实现模块化。 本文应用PWM技术设计并实现了5kW的功率放大器模块。由于采用PMOSFET，开关频率达到50 kHz,体积比较小，效率高。输出电感铁芯采用钻基非晶合金，频率响应范围广。2主电路设计2.1主电路结构 开关式功率放大器主电路结构如图1所示。三相交流电经过工频变压器隔离、降压送入三相全桥滤波器，然后通过电容滤波得到低纹波直流电源V in。
主电路由4只PMOSFET组．成一个全桥变换器。输出的电压波经过常模和共模扼流线圈滤波后输出到振动台。 开关功率放大器输出正弦波（5Hz～5kHz）或随机波形。采用提高开关频率的方法来抑制谐波虽然有效，但是会增加PMOSFET的开关损耗，从而导致变换器的效率下降。本文采用倍频PWM技术，即三角载波的频率为100 kHz,而MOSFET的开关频率为50 kHz,这样不仅能够有效地降低谐波，而且也可以减少开关损耗。变换器工作时，同一个桥臂上的MOSF ET交替导通，当Q1，Q3同时导通时输出为零，只有对角线上的Q1，Q4或Q3，Q2同时导通时才输出电压波形。 二、控制逻辑 由于开关功率放大器是通过输入信号来改变输出结果的，所以是开环控制。其控制逻辑如图2所示，由载波发生，调制信号，比较单．元和延时单元组成。载波是频率为50 kHz三角波，由模拟振荡电路获得。调制信号由振动台控制系统给定，滤波后送到比较器的同相端。载波以及反相的载波分别送到比较器的反相端。调制后的信号通过一个由RC电路和与非门组成的延时单元，防止同一桥臂的MOSFET的直通，最后经过缓冲器到驱动电路。
带啸叫检测与抑制的音频功率放大器（D题） 摘要：该设计是基于功率放大器TPA3112D1的带啸叫检测与抑制功能的音频放大器。其音频放大器是由五个模块构成即拾音电路模块，啸叫抑制模块，功率放大器电路模块，MSP430控制与显示模块，音频输出模块。其能产生优质的放大音量并能有效的抑制啸叫。 关键字：拾音电路，功率放大，啸叫检测和抑制。
目录 1.方案设计与论证 (3) 1.1拾音电路的方案设计 (3) 1.2功率放大电路方案设计 (3) 1.3啸叫抑制电路方案设计 (3) 1.4显示控制电路方案设计 (4) 2.硬件的设计 (4) 2.1拾音电路的设计 (4) 2.2电源模块设计 (5) 2.3程控放大电路 (6) 2.4 峰峰值检测 (7) 2.5啸叫抑制电路 (7) 3.软件的设计 (7) 4.系统测试 (9) 4.1测试方案 (9) 4.2测试结果与分析 (9) 5.设计总结 (9) 6.参考文献 (9) 7.附件 (10)
1.方案设计与论证 1.1拾音电路的方案选择 方案一：采用Maxim公司生产的一款高性能放大器MAX9814，具有自动增益控制（AGC）和低噪声麦克风偏置，器件具有低噪声前端放大器，可变增益放大器（VGA）输出放大器，麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。低噪声前置放大器具有12dB固定增益；VGA增益根据输出电压和AGC门限在20dB至0dB间自动调节。输出放大器提供可选择的8dB，18dB和28dB增益。在未压缩的情况下，放大器的级联增益为40dB，50dB和60dB。输出放大器增益由一个三态数字输入编程。AGC门限由一个外部电阻分压器控制，动作/释放时间由单个电容编程。动作/释放时间比由一个三态数字输入设置。AGC保持时间固定为30ms。低噪声麦克风偏置电压发生器可为绝大部分驻极体麦克风提供偏置。但电路设计难度大且成本高。 方案二：采用TI公司生产的双功放LM358通过外接电阻电路构成一个能放大拾音电路，运放的两个输出端接入降噪芯片的左右声输入通道。LM358内部包括有两个独立的，高增益，内部频率补偿的双运放放大器。电路设计和制造较难。方案三：采用NE5532这种双运放高性能低噪声运算放大器。其有很好的输出驱动能力和噪声能力。该方案具有噪声小，音质好，功耗低，稳定性好且方案间单成本低。 故选择方案三。 1.2程控放大电路方案选择 方案一：宽带电压增益控制放大器VCA822的控制电压输入端VG的电压范围为－1V～1V,可以用含有电位器的电路来调节，其优点是电压连续可调，缺点是精确调节较难另外也与本设计要求不符。 方案二：用TPA3112D1作为音频放大模块。TPA3112D1是一个25W单声道，无需外加滤波器的D类音频放大器，其供电的范围为8V~26V；采用H桥作为功率输出级，使得其可在没输出没有传统的LC滤波器的情况下直接驱动感性负载；输入的音频信号可以是差分形式，其中在24V供电情况下，满负载驱动8的桥接式扬声器，声音失真率仅为0.1%。 所以选择方案二。 1.3啸叫抑制电路方案选择。 方案一：频率均衡法由于传声器拾音和发声设备的频率曲线不是理想平坦的直线，特别是一些质量比较差的放音设备，由于厅堂声场的声学往往都有谐振作用，使频率响应起伏很大。可以用频率均衡器补偿扩声曲线，把系统的频率响应调成近似的直线，使各频段的频响基本一致进而提高系统的传声增益，这种方法也叫做宽带陷波法。通常应该使用21段以上的均衡器，在要求比较高的场合还应该配置参量均衡器，要求更高时，则可采用反馈抑制器。实际上扩声系统在出现反馈自激时，频率只是固定在某一点上的纯音，只要用一个频带很窄的陷波器将此频率切除，即可进行有效抑制。选择频率特性比较平直的传声器和扬声器，减少由于峰值易引起的自激。 方案二：移相方式抑制啸叫：顾名思义，移相就是移动相位。在前面我们曾提到过“相位”一词，在空中某点，当反馈回来的声音和原始声音同时压缩或扩张了该点空气，我们称反馈声与原始声相位“同相”，该点声音增大；相反，如果一个声音压缩该点空气的同时另一个声音却扩张了该点的空气，我们称这两个
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
高效音频功率放大器 一、设计任务与要求 1、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。 2、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 ① 3dB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。 1、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。 二、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。下面对每个框电路的设计方案分别进行论证与比较。 1、高效率功率放大器 ⑴高效率功放类型的选择 方案一：采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。 方案二：采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率。理论上为100％，实际电路也可达到80％～95％，所以我们决定采用D类功率放大器。 ⑵高效D类功率放大器实现电路的选择本题目的核心就是功率放大器部分，采用何种电路形式以达到题目要求的性能指标，这是关键。 图3 脉宽调制器电路 ①脉宽调制器(PWM) 方案一：可选用专用的脉宽调制集成块，但通常有电源电压的限制，不利于本题发挥部分的实现。 方案二：采用图3所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路，各部分的功能清晰，实现灵活，便于调试。若合理的选择器件参数，可使其能在较低的电压下工作，故选用此方案。 ②高速开关电路
一、设计题目：音频功率放大电路 二、设计的任务和要求 1、主要要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路， 负载为扬声器，阻抗8Ω。 2、性能指标：频带宽50H Z ～20kH Z ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W； 输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47KΩ。 三、原理电路和程序设计 3.1、方案的确定及论证 1、OTA互补对称功率放大器 OTL 电路通常由两个对称的异型管构成，因此又称为互补对称电路，图 3-1 为单电源 OTL 互补对称功率放大电路。电路中 T1 是推动级（电压放大，也叫激励级），其中Rb1、Rb2是 T1 的基极偏置电阻，Re为 T1发射极电阻，Rb为T1集电极负载电阻，它们共同构成 T1 的稳定静态工作点；T2、T3 组成互补对称功率放大电路的输出级，且 T2、T3工作在乙类状态；C2 为输出耦合电容。功率放大器采用射极输出器，提高了输入电阻和带负载的能力。 性能分析： 乙类互补推挽功放(OTL)的输出功率的计算公式如下： 输出功率：P o =U o I o =U o 2/R L 输出最大功率：P om =U o I o =U o 2/R L =U om 2/2R L =V CC 2/8R L
显然P 与电源电压及负载有关 om 2/8R 当输入功率为8w，阻抗8w时，有Pom=V CC V =8*8*8≈22.6v 则电路所需的电源为22.6v。 CC 2、用集成器件实现 Tda2030简介：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。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。 电路特点： [1].外接元件非常少。（基本应用电路图3-2） [2].输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。 [3].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。 [4].开机冲击极小。 [5].内含各种保护电路，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。 [6].TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。 图3-2使用单电源供电的tda2030基本应用电路
P W M功率放大电路集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
PWM功率放大电路 ——卢浩天 LC梦创电子制作工作室一、PWM功率放大原理 PWM功放电路有单极性和双极性之分。双极性指在一个PWM周期内，电机电枢电压正、负极性改变一次；单极性指PWM功放管工作时，有一个PWM信号端和一个方向控制端，在电机正转或反转时，仅有对应的一对功放管通电，而另一对功放管截止。因此，电机电枢在正转或反转时，正、负极性是固定的，即是单极性的。 若忽略晶体管的管压降，可以认为PWM功率放大管的输出电平等于 电源电压，即| U|=C U。图1描绘了电枢的电压波形和电流波形。在图 AB 中，T为PWM脉冲周期， T为正脉冲宽度，h T为负脉冲宽度。电枢两端 P 的电流是一个脉动的连续电流，从图可看出，电枢两端的电流是一个脉动的连续电流，加快PWM的切换频率，电流的脉动就变小，结果近似于直流信号的效果，使电机均匀旋转。同时，如果改变PWM的脉冲的宽度，电枢中的平均电流也将变化，电机的转速便将随之改变，这就是PWM调速的原理。 在图中，PWM脉冲频率决定了电枢电流的连续性，从而也决定了电机运行的平稳性。如果脉冲频率切换频率选择不当，电机的低速性能有可能不理想，容易烧坏晶体管，而且由于电流不连续，电机有可能产生剧烈震荡，甚至出现啸叫现象，这些都是不允许的。因此，在设计PWM功率放
大器时，要慎重选择切换频率。为了克服静摩擦，改善运行特性，切换频率应能使电机轴产生微振，即： 式中，T K 为转矩系数，Φ=M T C K （M C 为电机电磁常数、Φ为励磁磁 通），C U 为功放电源，A L 为电枢电感，S T 为电机静摩擦力矩。 另外，选择切换频率具体还应考虑以下几个方面： （1）微振的最大角位移应小于允许的位置误差。在伺服系统中，假设要求位置误差小于δ，则要求切换频率满足下式： 式中，J 为电机及负载的转动惯量。 （2）应尽量减小电机内产生的高频功耗。PWM 脉冲信号的谐波分量将引起电机内部的功耗，降低效率。为此切换频率应足够高，使电机电枢感抗大大超过电枢内阻，即要求 式中，A R 是电机电枢电阻。 （3）应当远远大于系统的固有频率，防止系统固有振荡。 实际设计时应综合考虑上述条件，在1000Hz 至数万Hz 的范围内选取PWM 切换频率。特别需要强调的是，由于伺服电机的电枢电感较小，如果频率不够高，交流分量过大，很容易烧毁功放管。不过功放管的开关频率总有一个限度，对大功率功放管来说，开关频率越高，制造工艺难度越大，成本也越高。因此，用户要根据自己的实际需要确定有关参数，使自己构建的功率放大器有较高的性能价格比。 二、标准的PWM 功率放大器 图2举出了一个实际的标准双极性PWM 功率放大器。它是一个典型的H 型功放，四个功放管分别采用NPN 型达林顿管TIP122和PNP 型达
带前置放大的音频功率放大器设计 姓 名 学 号 院、系、部 班 号 完成时间 ※ ※※※※※※※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※※※※※ ※※※※ 2013级 模拟电子技术课程设计
摘要 前置放大电路须由低噪声，高保真，高增益，快响应，宽带音响集成电路，所以采用NE5534实现，NE5534是单路高效低噪音运算放大器相比于其他放大器来说拥有更好的噪声性能，更高的外部驱动能力以及更加高的小信号输入和更高的功率带宽。这使得它们特别适合应用于高质量和专业的音频设备以及仪器仪表，控制电路和电话信道。集成功率放大电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。功率放大器在家电和数码产品中使用越来越广泛，与我们日常生活有着密切的联系，功率放大器随着科技的不断进步也经历了几个不同的阶段，从最初的电子管功率放大器到现在的集成功率放大器，按所用放大器的分类可分为电子管式放大器，晶体管式功率放大器（包括场效应管）和集成功率放大器，目前以晶体管和和集成电路式功率放大器为主，晶体管的功率放大器是被使用最广泛的，人们研制出许多优质的新型电路使功放的谐波失真很容易减少到0.05%以下，场效应管是很有潜力的功率放大器，它具有噪音小、动态范围大、负温度特性等特点，音色和电子管相似，保护电路简单。场效应管的生产技术还在不断发展，集成功率放大器也大量的涌现出来，其工艺和指标都达到了很高的水平，它的突出特点是体积小、电路简单和性能优越、保护功能齐全。 关键词：功率放大器场效应管 NE5534
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)
关于音频功率放大器的常识 一、分类 音频功率放大器从材料组成分为以下几类： ?电子管功放（电压放大器） ?晶体管功放（电流放大器） ?场效应管功放（电流放大器） ?集成电路功放 ?数字功放 音频功率放大器从用途分为以下几类：HIFI音乐功放和AV家庭音响功放。 其中HIFI音乐功放的特点是保真度高、电路简捷、用料讲究。功放的功能是信号放大或振荡。功放是对一定频率的信号的放大，在放大的过程中存在两种失真：偶次谐波失真、奇次谐波失真。其中偶次谐波失真比较符合人耳的听觉，特性“温暖、柔和”；奇次谐波失真是“生硬、刺耳”的金属声。 常规AV家庭音响规格是5.1或7.2，数字具体指音箱数量。家庭AV音箱中低音炮单独带功放，剩余音箱的功放整合至一个设备。由于AV音响的声场特殊性，常规AV音响带有分频器。 连接音响的线材通常使用无氧铜线材。 音响系统有点声源和矩阵声源两种声源模式，点声源适合小范围的音乐欣赏，矩阵声源适合大场景的表演欣赏。听者与声源的距离呈现效果反馈了设备的性能，常规频率响应数据是，每当听者与声源的距离增加1倍的时候，功放的功率要增加4倍，音箱的灵敏度要增加6dB。 功放的核心元件是具有功率放大功能的电子管、晶体管、场效应管、集成电路和数字电路。周边器件是日产黑金刚、红宝石等具有电源滤波功能的大电解电容。还有就是美国DALE电阻、日本ROA电阻、RXJX 无感线绕电阻。金属膜电阻或者大红袍电阻的主要功能是给电路提供电源，提供信号放大电路，减少交流
声。常规功放电路也会用到整流器来处理电平。 另外，功放电路离不开电源变压器，常用的电源变压器是环形变压器。电源变压器需要在一次侧与二次侧中间做静电屏蔽。需要注意如果隔离层引出线焊接不良或接地不良将造成电位差增大，出现交流声。常规处理办法是低阻抗，平衡式输入方式，能够最大程度地降噪。 在处理噪声方面，常规的做法还有母线接地即一点接地，这样可减小电位差，防止噪声干扰。 另外，电路上会引入几个负反馈原理，常规方式是级间负反馈、电流负反馈、整机负反馈。这样做可以达到输入阻抗高、输出阻抗低、控制力强、失真小、解析力强的整体效果。 电子管功放的特征围绕核心器件电子管，电子管是电流传导的功能，主要作用是整流和检波。电子管的动态特性有放大系数μ，跨系S、内阻Ri。电子管功放的特点是信号失真明显。 晶体管和场效应管功放的核心器件是晶体管或场效应管，主体常常由三极管（集电极、基极、栅极）构成的半导体材料。三极管分类又有半导体材料和极性分类、结构及制造工艺分类、电流容量分类、工作效率分类、封装结构分类、功能用途分类等。 功放电路由两部分组成，前级和后级。 前级电路的作用是切换音源、处理信号、控制音量。前级负责将信号整理和调整，使音乐信号在进入后级前得到缓冲、等化、调整。常规情况下前级的放大倍率为10倍。前级的组成有音源切换开关、音量电位器、音源输入、音源选择、控制音量。前级的信号流向是输入----信号切换----左右平衡----音量控制----放大电路----静音开关----输出。前级处理了阻抗的降低，之后连接到输出端。前级放大是将信号放大到额定电平，常规是1V左右。前级完成音质控制、美化声音，将音响系统的频率特性控制到高保真的音质水平。音频的频响是5Hz到35Hz 。