摘要
在模拟电子线路中，电信号经过放大之后，往往要去推动执行机构完成人们所预期的功能，例如推动喇叭发声，推动继电器实现控制等。执行机构要正常工作都需要从电路中获取较大的电能。因此，放大电路的末级均由功率放大器组成。
功放(功率放大器)的原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。而场效应管则是用栅极电压来控制源极与漏极的电流，其控制作用用跨导表示，即栅极变化一毫伏，源极电流变化一安，就称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率的输出，并非真的将功率放大了！
关键字：OTL，放大倍数，差分
目录
摘要 (1)
目录 (2)
一设计要求 (3)
1.基本要求 (3)
2.扩展要求 (3)
二整体设计方案 (4)
1.系统设计框图 (4)
2.OTL硬件电路总图 (4)
三各单元电路简介 (5)
1.前置放大电路 (5)
（1）前置电路的作用 (5)
（2）前级放大电路的构成 (5)
2.响度控制器 (6)
3.音量控制电路 (7)
4.音调控制器 (7)
5.音调补偿电路 (8)
6.音调均衡电路 (9)
7.差分放大电路 (9)
（1）差分放大电路的组成 (9)
(2)差分放大电路的输入和输出方式 (9)
(3)差模信号和共模信号 (10)
(4)差分放大电路的静态计算 (10)
(5) 差分放大电路的差模工作状态 (11)
(6) 共模状态动态计算 (13)
(7)恒流源差分放大电路 (14)
8.OTL后级功率放大电路 (15)
（1）OTL后级功率放大器基本电路特点 .................................. 错误！未定义书签。
（2）本机OTL电路介绍............................................................. 错误！未定义书签。
9.电源电路.............................................................................................. 错误！未定义书签。四整机调试 (15)
1．空载调试 (16)
2．带假负载调试 (16)
3．接实际负载调试 (17)
五结束语 (18)
六参考文献 (19)
一设计要求
1.基本要求
本课题所设计的OTL功率放大器额定输出功率为30W，用作扩音机电路中的功率输出级。设计指标:
（1）额定输出功率P。=30 W.
（2）负载电阻RL=8 Ω．
（3）频率响应：fL=100 Hz，fH=20 kHz。
（4）信号源内阻:Rg=2 kΩ。
（5）电路的电压增益Av≥40，输入Vi≤160mV。
（6）要求自制印刷电路板，装出电路，达到各项指标要求。
2.扩展要求
（1）主通频带在50-50KHz之间。
（2）在电源电压不超过+ 15V情况下，输出功率达到50W。
（3）信噪比<0.5%。
（4）整机效率超过75%。
（5）频响系数>20dB。
二 整体设计方案
1.系统设计框图
图1-1 整体系统框图
2.OTL 硬件电路总图
图1-1 整体系统框图
三各单元电路简介
1.前置放大电路
（1）前置电路的作用
前级控制与放大电路，前与音响信号源相连．后与功率放大部分相连。一般来说，面板上大部分控制按键、控制开关、控制旋钮都是该电路的组成部分，它们控制着整个音响系统信号源的选择、音量的控制、等响度、平衡度、高音／低音音调调节等功能，故此部分电路亦称为“音响控制中心”。
不同的功放，其前级控制与放大电路中的各功能电路，特别是前置放大电路与混合放大电路，有不同的安排方式。有些将前置放大电路、混合放大电路独立安排；而更多的则考虑到目前功放所驳接的音源设备主要是CD、VCD、DVD等，这些音源的输出信号的电压幅度足够高(一般都在1V～2V)、输出内阻低，因而将前置放大与混合放大两部分合在一起，成为前置混合放大电路。
（2）前级放大电路的构成
下图是本机前置放大电路图：
图2.1前置放大电路图
信号经4.7uf电容和510欧电阻直接送入2N4250进行前级放大，其中270K 电阻和100P电容为前级下拉电阻，起到了减小前级无输入时的干扰电压输入，6K2电阻和150P电容为2N4210的下偏置电阻。
由于话筒信号比较微弱，一般只有几毫伏到几十毫伏，而延时集成电路的输人电平必须达到一定值(如250mV)之后，才能获得足够高的信噪比，因此，所有的卡拉OK电路均设有话筒(MIC)前置放大器。有些机器的前置放大器仍然采用分立元件，而更多的则是采用双运放集成块。同时，为了兼顾使用的方便，还设置了话筒音量控制电位器。
有些机器是先将两路话筒信号分别进行前置放大后再混合，有些机器则是先将两路话筒信号混合后，再进行前置放大的。另外，机器中可只设一只话筒量电位器，同时对两路或多路话筒音量进行控制；也可设置两只或多只话筒音量电位器，分别对各路话筒的音量进行控制。话筒音量控制电位器既可设在前置放大电路中，也可设置在混合缓冲放大电路中。
输入端灵敏度最高，约0．1V左右。为了防止内外噪波信号的串入而产生干扰，从输入端子开始，至音量控制电位器，再到输入管的栅极，其音频输入信号线应全部采用金属屏蔽隔离线，走线应按照距离最近为原则。
2.响度控制器
人耳对不同频率声音响度的灵敏度相差很大，频率越低，灵敏度越差。例如40dB的1000Hz中4 4徐轮森音，要比声压级相同的100Hz的低音响得多，如果要使100Hz的低音听起来和40dB的1000Hz中音的响度相同，必须把声压提高到5ldB。因此，在测量声压级时必须按照人耳灵敏度特性的等响度曲线，加入对各种频率具有均衡性质的网络，才能直接测出入耳响度的计权声压。功率放大器在音量开小时，聆听者往往会觉得低音不足，这就是等响度曲线所反映出的人耳听觉特性所造成的。为了弥补人耳听觉的缺陷，因此，在前置放大器中通常可增设响度控制电路，利用频率补偿网络适当地提升低音和高音分量。图I是响度控制电路。在响度控制电路图中，由于CI电容器的容抗随着信号频率降低而增大，因而有利于低频分量的传输，相当于提升了低音；此外由于C2电容器的容抗随着信号频率的升高而减少，有利于高频分量的传输，图1 响度控制电路故高音也被提升。当
响度控制电位器旋至下端时，输出音量减小，而低音和高音的相对提升保持不变；当电位器旋至上端时，输出音量增大，而低音和高音的相对提升量减小。
3.音量控制电路
音量控制器是用来调节输入功率放大器的信号电平，以控制扬声器的输出功率大小。一般在功放的前级采用可变电位器来作音量控制。连续式可调电位器的阻值一般为100kQ～500kQ，但必须选用指数型WTH—Z、WTH—S规格，这样才能符合听音的习惯。其电路非常简单，由可变电阻对地组成分压电路，直接控制信号电平高低。采用连续式可变电位器来控制音量，由于音频信号直接通过电位器，使用日久后因磨损而产生转动噪声时，会在扬声器中出现喀啦喀啦的噪声。此外，如果在安装时，连接导线屏蔽不好或接地点选择不当，还会产生感应交流声。步式电位器比连续电位器有所改善，可以避免在调控过程中产生接触与摩擦噪声。波段式音量控制器是采用多档波段开关与精密电阻按照指数方式串联组装而成，特别适合在一些高档双声道的功率放大器中使用，通过面板上的刻度指示，容易做到两声道的平衡。
图2.2 等响度音量调节电路
4.音调控制器
音调控制器是用来满足聆听者对音色的不同要求和爱好的。有人喜欢倾听低音强劲的节奏，也有人特别欣赏高音的穿透能力，使用音调控制器更可以增强音乐的情调。音调控制器是用来调节音频信号中高频、中频和低频成分的比例，以改变前级放大器的频率响应特性，使信号中不同频率成分产生不同程度的提升或衰减，以达到改变放大电路频率响应的目的。图2是最简单的音调控制器。在图2中，采用可变电位器R与一个固定电容C跨接在放大管的屏极回路或栅极回路与地
之间，调节可变电位器的阻值，即可改变电容器对高频的旁路作用。当阻值增加时，此旁路阻抗亦增加，即电容器等于没有作用，高音频不易通过电容器入地，放大管将前级传来的信号全部进行放大；当电位器阻值减小时，则旁路阻抗减小，电容器的旁路作用加大，音频信号中的高音成分入地，相对的低音成分增加，故显得低音丰满。
图2.3 最简单的音调控制器
C1与RP2其作用只能衰减高音，对高音的强弱起到调节作用，称为高音控制。C2与R2是串联.改变R2的阻值即控制C2的作用，当R2变大时C 2的影响增加对低音通过就困难，只允许高音通过；当R2减小时，C2的影响减小，低音则通行无阻，使低音增强，称为低音控制。当高音控制(Treble)电位器旋至最上端时，阻值减至最小，高音则可通行无阻；而旋至最下端时，电容器对地旁路作用加强，高音成分即被衰减。当低音控制(BASS)电位器旋至最上端时，阻值最小，低音即可通行无阻；当电位器旋至最下端时，阻值增大，电容器的影响增加，低音通过困难，低音即被衰减。
5.音调补偿电路
音调控制电路的作用只能控制高音与低音通过的程度，其效果属于衰减式控制法，对放大电路的增益均起到衰减作用。音调补偿电路对于所需要的高音与低音，通过高低音网络与放大管的作用使之增强，使放大器高频端与低频端的特性
得到相应的提升。
6.音调均衡电路
音调控制与音调补偿其输入的音源信号的频响特性是平坦的，但对种类繁多的拾音器来说，它们的输出频响特性不完全平坦。音调补偿电路式拾音器的频响特性是低音较弱，高音较强；而晶体式拾音器的频响特性则是高音不足，因此在多种拾音器的输入端，为了达到对各种拾音器都能获
7.差分放大电路
（1）差分放大电路的组成
差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的，如图所示。
对称的含义是两个三极管的特性一致，
电路参数对应相等。
β
=β2=β
1
V
=V BE2= V BE
BE1
r
= r be2= r be
be1
I
=I CBO2= I CBO
CBO1
R
=R c2= R c
c1
R
=R b2= R b
b1
(2)差分放大电路的输入和输出方式
差分放大电路一般有两个输入端，同相输入端，反相输入端。
根据规定的正方向，在一个输入端加上一定极性的信号，如果所得到的输出信号极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。
反之，如果所得到的输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。
信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为双端输入；
若信号仅从一个输入端加入，称为单端输入。
差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极C
1，另一个是集电极C
2
。从
C 1和C
2
输出称为双端输出，仅从集电极C
1
或C
2
对地输出称为单端输出。
(3)差模信号和共模信号
差模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号；
共模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。如图所示。
差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。
温度对三极管电流的影响相当于加入了共模信号。差分放大器是模拟集成运算放大电路输入级所采用的电路形式。
共模信号和差模信号示意图
(4)差分放大电路的静态计算
差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输入端基本上是零电位，将R e从接地改为接负电源－V EE，如图6-10所示。由于接入负电源，所以偏置电阻R b可以取消，改为－V EE和R e 提供基极偏置电流。
基极电流为: e
s BE
EE B 2)1(=
R R V V I β++-
BE
E B E C CE EE e C E c C CC C B
C +==2===V V V V V V V R I V R I V V I I ---β 由I B 的计算式可知，R e 对一半差分电路而言，
只有2 R e 才能获得相同的电压降。 双电源差分放大电路
(5) 差分放大电路的差模工作状态
差分放大电路的差模工作状态分为四种：
A . 双端输入、双端输出（双----双），
B . 双端输入、单端输出（双----单），
C . 单端输入、双端输出（单----双），
D . 单端输入、单端输出（单----单）。
(A)差模电压放大倍数A v d
双端输入差分放大电路如图6-11所示。负载电阻接在两集电极之间，v i 接在两输入端之间，也可看成v i /2各接在两输入端与地之间。
① 双端输入、双端输出差模电压放大倍数
be
s L
c d )2//
(r R R R A v +-
=β 这种方式适用于对称输入和对称输出，输入、输出均不接地的情况。
②双端输入、单端输出差模电压放大倍数 ()
()
be L c d 2//r R R R A s v +-
=β
双端输入单端输出
双端输入单端输出因只利用了一个集电极输出的变化量，所以它的差模电压放大倍数是双端输出的二分之一。这种方式适用于将差分信号转换为单端输出信号。 ③单端输入、双端输出差模电压放大倍数
单端输入信号可以转换为双端输入，
其转换过程见图。右侧的R s +r be 归 算到发射极回路的值为(R s +r be )/（1+β）< 故R e 对I e 分流极小，可忽略，于是有 v i1 =－v i2= v i 这种方式用于将单端信号转换成双端差分信号,可用于输出负载不接地的情况。 ④单端输入、单端输出电压放大倍数: () () be s L c d 2//r R R R A v +- =β be s L c d ) 2//(r R R R A v +- =β 通过从T 1或T 2的集电极输出，可以得到输出与输入之间或反相或同相的关系。从T 1的基极输入信号，从C 1输出，为反相；从C 2输出为同相。 (B)差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻R id 是基本放大电路的两倍。 ()R R r id s be =+2 (C)输出电阻 输出电阻在单端输出时，R R o c = 双端输出时，R R o c =2 (6) 共模状态动态计算 例如，温漂信号属共模信号，它对差分放大电路中I c1和I c2的影响相同。如果输入信号极性相同，幅度也相同，则是纯共模信号。如果极性相同，但幅度不等，则可以认为既包含共模信号，又包含差模信号，应分开加以计算，如图6-14所示。 i1 i2 ic ic -?+?id id t t v v v v v v (A) 共模放大倍数A v c 共模信号对放大电路来说也是变化量，不能视为直流量。计算共模放大倍数 A v c 的微变等效电路，如图06.08所示。其中R e 用2R e 等效，这与差模微时不同。共模放大倍数A v c 的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时可以认为等于零。单端输出时为 e L e be b L IC OC1c 22)1(==R R R r R R v v A v ' ≈+++'--ββ (B) 共模抑制比 共模抑制比K CMR 是差分放大器的一个重要指标。 c d CMR v v A A K = 或 ()dB lg 20c d CMR v v A A K = 双端输出时K CMR 可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比 be b e e L be b L vc vd CMR 2/')(2/'r R R R R r R R A A K +≈ -+-== ββ (7)恒流源差分放大电路 为了提高共模抑制比应加大R e 。但R e 加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。为此可用恒流源T 3来代替R e 。恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。这 种电路称为恒流源差分放大电路，电路如图6-16所示。 恒流源电流数值为: I e3=( V Z - V BE3)/ R e 恒流源差分放大电路 R v 8.OTL后级功率放大电路 四整机调试 OTL功放调试要领 调试前必须先将OTL功放电路图与安装实体机仔细对照，反复检查两三遍。看是否有接错的地方或漏焊的元件，各个接点之间用镊子轻轻拉一下，是否存在虚焊或假焊现象。各电子管屏极与栅极之间的元件或走线不可贴紧或平行，如有贴近之处应予以拨开。全部检查无误后即可开始调试。 1．空载调试 先测量电源变压器各输出端的交流高压，再测量经整流滤波后的各级电压。 初学装配功放者必须注意，在测量时可将万用表的一端用鳄鱼夹与机内接地线或机底座钳住(电子管功放的底板)。测量电压时，单手操作。当电源关断后，机内的大电容器内仍有高压电荷存储，误触电容电极时，放电电压很高，会造成电击，应先采用低阻值电阻使电容器对地洩放电能后，才能进行对元器件的检测。 电源部分测量无误后，即可先将前级接通，先测量输入管与推动管各级的电压。 然后再将万用表测量两只推动放大管的电压，电压为电源电压的一半，这样推动级输出的音频信号电压才会平衡。如电压相差较大，则必须寻找出故障原因．如线路接错等均会造成电压不一致。 前级测量完毕后，再将OTL后级功放接上，先测量OTL功放管上边管的电压，接着再测量OTL功放管中点电压．也应在电源电压的一半左右。在功放级来调整好以前，中心点的对地电压不一定等于1/2Vcc。 2．带假负载调试 先选择一只阻值为8Ω左右，功耗为10～20w的线绕电阻作为假负载，接在OTL功放级的中心点输出端与地之间的8Ω接线柱上。因为OTL功放在未调整好以前，上边功放管与下边功放管工作尚未达到完全平衡状态，此时中点负载两端的电压未能达到1/2Vcc ，故负载中有较大的直流电流通过。对于无输出电容的OTL功放来说，如果此时用扬声器作负载，扬声器音圈可能会因大电流通过而被烧毁。 先预测功放管的工作状态是否平衡，可用万用电表直流电压5v档，测量各只功放管6N5P，每管电压降的正常值为0．1V左右．如果功放管基射极的电压降相差较大时，则表明其中有的功放管发射能力参差不齐。 为了保持功放线性能良好，使功放管工作于线性范围区域内，故功放管集电极对发射极的电压一般取5v左右。 在测量功放管负压时，应在测量回路中先串人一只1uF、1200V的电容器，这样可以减少分压作用，测量准确度高。 然后将万用表拨到交流电压10V档，测量功放输出级假负载两端的直流电压，是否已经接近0V。此项调整工作应仔细进行，因功率管特性不同，其负压的高低也有一定差别。 上述测量工作每个声道的功放级应重复调试一至二次，中点电压调到接近 1/2Vcc，将调定的电位器用热融胶或其他胶锁住，使之保持不变或采用相同阻值的固定电阻代替之。 3．接实际负载调试 经以上初步调试结束后，即可接上扬声器进行实际细调。为保险起见，也可先接一只老旧扬声器试听。在确认万无一失时，再接上好音箱试听。 新调试好的功放机在开机后不要立即注入音频信号，应仔细倾听扬声器有无异常情况出现，并密切注视机内各部分元器件的温升情况，如发现有温升过高或有焦气味出现，应立即关机检查，待故障排除后再开机试听。 经过仔细检查一切无误后，再将CD、VCD、DVD等音频信号注入，并将音量控制电位器置于中间位置，开机试听一小时后，如无异常情况出现，则可表示安装圆满结束。 五结束语 如果仅从对功率放大器性能的完美追求上去考虑，我们还可以把许多只功率放大管并联起来工作获得更高的性能。然而这乃是在用高投入成本来获得实际效果增加不多的笨蛋干法。事实上，当人们把功率放大器的输出功率制做得很巨大时，它也成为中高音单元喇叭的致命杀手！而且使用级后分频方式，在使用到高中低三个单元喇叭的情况下就开始明显表现不佳，级后分频方式仅能在二分频情况下表现得比较良好。只有改为采用级前分频方式来设计制作音频功率放大器，我们才能从根本上克服级后分频的缺点，并根据不同工作频带范围要求选用适合的器件，以最少的制造成本获得最高的效果。 六参考文献 1.张庆双主编：《功率放大器及音箱维修精华》第一版，北京，机械工业出版社.2001年 2.李锦春编：《常用晶体管手册》，第一版，北京，人民邮电出版社，1991年 3.赵保经主编：《中国电路大全》，第一版，北京，国防工业版社，1989年 4.《无线电》，1984年第5期、1990年第8期、1991年第4期、1992年第8期。北京，人民邮电出版社 5.《电子报》，1990年37期、1991年第2期、第8期 6.汪明贤、李毓明、屠元、蒋璇编：《电子线路课程设i-l-}，第一版，北京，航空工业出版社，1990年 7.孙梅生、李美莺、徐振英编：《电子技术基础课程设计》，第一版，上海，高等教育出版社，1989年 8.任为民主编：《电子技术基础课程设计指导》，第一版，北京，中央广播电视大学出版社。1986年 9.粤正荣、马菊仙编：《实用电子线路集》第一集，第一版，北京，新时代出版社，1990年 10.[美]塾维德F•斯图特著，张保栋、周鑫之译：《运算放大器电路设计手册》，第一版，北京，人民邮电出版社，1983年 11.王桂英编著：《电源变换技术》，第一版，北京，人民邮电出版社，1990年 12.警国峰、张维编：《实用稳定电源150例》，第一版，北京，人民邮电出版社，1989年 典型OTL音频功率放大器组装与维修 场景描述 OTL电路的主要特点有是采用单电源供电方式, 输出端直流电位为电源电压的一半；输出端与负载之间采用大容量电容耦合,扬声器一端接地，具有恒压输出特性。 本任务流程如图3－1－1所示。 图3－1－1任务流程图 一、实训工具及器材准备 完成本次实训任务所需工具及器材见表3－1－1。 表3－1－1拆装与检修动圈式扬声器实训工具及器材准备 二、简易OTL音频功率放大器组装 （一）电路原理的熟悉 图3－1－2简易OTL功放电路原理图 1、电路特点 本功放电路结构简单，元件易购，成本低廉，原理典型，非常适合初学者组装学习。电路包括： A.电压放大器：将输入的微小音乐信号加以放大，通常采用共射级放大，图中以VT1、VT2为核心组成的放大电路完成电压放大功能。 B.功率放大：功率放大级电路是用来提高电路的工作效率，通常共射级放大的输出电流很小，所以通过功放部分来推动喇叭。图中以VT3、VT4为核心组成的电路完成功率放大功能。 C.偏压装置：偏压装置为功率三极管提供正向偏压，使功率放大级电路工作于AB类放大状态，防止产生交越失真。图中VD5和R8为功放提供偏压，其中VD5具有负温特性，用以补偿功放管因温度升高引起电流增大。改变R8的阻值可以改变功放管的静态电流。 D.负反馈电路：利用负反馈的特性，控制整个放大电路的增益，提高电路稳定性。其中R4为放大器提供交直流负反馈，R5、C4对反馈的交流信号起分流作用，改变R4与R5的比值可以改变放大器的增益。 2、电路原理和各元件的作用 音量控制：由RP电位器调节，根据串联电路的分压原理知，当旋转电位器时获取的输入电压将发生改变，从而改变了音量的大小。 第一级共射极放大器：由R1、R2、R3、R4、R5、C3、C4、VT1组成。R1、R2为VT1提供偏置电压，改变二者的比值可以改变功放输出点的电压（正常要求为电源电压的一半）。C3为输入隔直耦合电容。R3是VT1的负载电阻，VT1和VT2是直流耦合，通过C3输入的信号经VT1放大后，直接送到VT2进行放大。直流耦合就等于直接耦合，所以，信号传输没有损耗，电路工作效率很高。 C4、R4、R5组成负反馈电路，对于直流而言，C4表现出无穷大的阻抗，这可以使直流工作点非常稳定。对交流来说，C4相当于短路，R4和R5的比值决定了放大倍数。R5为零欧姆时，增益最大，灵敏度极高。我们一般可以根据实际情况在10-100欧姆中取值。 第二级共射极放大：以VT2为核心构成的放大电路。VT2是推动级放大管。输入信号经过VT1、VT2两级放大后，具备了驱动VT3、VT4（输出级）的能力。本功放电路只有三级，主要由第一二级（VT1、VT2）决定最大放大倍数，第三级（VT3、VT4）决定最大电流的驱动能力，想要电路放大倍数大，VT1、VT2要选放大倍数大的三极管，想要带负载能力强，VT3、VT4应该用大功率大电流的三极管，当然，放大倍数也不能太小。 C6是中和电容，起高频负反馈作用，该电容主要是为了减小高频的增益，当高频过强时，听起来会感觉声音尖、剌耳，当高频增益太强时，甚至出现高频寄生振荡，严重影响功放电路效率和音质。该电容一般取值在47-4700PF之间，要求不严时也可以取消。 VT3、VT4这对末级互补输出对管在工作时会发出较大的热量。改变R8可以改变VT3、VT4的工作电流，随着温度的升高，VT3、VT4的电流还会自动变大，电流变大就会更加发热，更加发热就会电流更加变大，这是一个恶性循环，所以，要求严格时，R8应该使用负温度系数的热敏电阻，并且紧挨着VT3、VT4感受温度来补偿VT3、VT4的电流变化。 R8和VD5、R6和R7、VT3的CE极三部分共同组成VT3、VT4的偏置电路，保证VT3、VT4在无信号时输出中点电压。R8和VD5千万不能开路，否则VT3、VT4会有很大的基极电流，导致VT3、VT4的集电极电流剧增，立即发热烧坏。但是，R8和VD5的分压也不能太低，否则，在小信号时会听出明显的截止失真（和交越失真相同）。这种失真只在小信号时才有明显的反应。在高档功放电路中，VD5和R8会用其它元件代替，同时还会引入温度补偿。 R6、R7主要是给VT3、VT4提供基极偏置电流。当信号正半周时，VT3基极电压会上升，R6、R7两端的电压会变小，将不能给VT3提供足够大的基极电流。由于C5自举电容的出现，信号正半周时会将C5的正极电压也“举”高，这就可以通过 用分立元件设计制作互补对称式功率放大器 2008-08-18 13:49:31 作者：未知来源：中国电子网 关键字：功率放大器运放达林顿管恒流源工作电流稳压管差动放大器电压放大集电极元件 一、功率放大器基本电路特点 互补对称式OTL功率放大器基本电路如图①所示。其中：C1为信号输入偶合元件，须注意极性应于实际电路中的电位状况保持一致。R1和R2组成BG1的偏置电路，给BG1提供静态工作点，同时也在整个电路中起到直流负反馈作用。要求通过R1的电流大于BG1的基极电流至少5倍，按照β为100、Ic1为2mA计算，R1应不大于6k，故给定为5.1k；C1因此也相应给定为22μ，它对20Hz信号的阻抗为362Ω；R2需根据电源采用的具体电压确定，约为R1（E/2-0.6）/0.6，按照32V电压值应取为约120K，确切值通过实际调试使BG1集电极电压为15.4V来得到。 C2与R3构成自举电路，要求R3C2＞1/10、（R3＋R4）Ic1＝E/2－1.2，因R4 是BG1的交流负载电阻，应尽可能取大一点，R3一般取在1k之内。按照32V电源电压值和Ic1为2mA进行计算，R3与R4之和为7.2k，实际将R3给为820Ω、R4给为6.8k，Ic1则为1.94mA；C2因此可取给为220μ。 R5和D是BG2、BG3互补管的偏置电路元件，给BG2、BG3共同提供一个适当静态工作点，在能够消除交越失真情况下尽量取小值，根据实验结果一般取在3mA～4mA；改变R5阻值可使BG2与BG3的基极间电压降改变而实现对其静态工作的调整，与R5串联的D是为了补偿BG2、BG3发射结门坎电压随温度发生的变化，最好采用两只二极管串联起来补偿互补管发射结门坎电压随温度发生的变化，使互补管静态工作点稳定。简化电路中省略使用一只二极管。并联在BG2、BG3基极间的C4，可使动态工作时的ΔUAB减小，一般取为47μ；C3是防止BG1产生高频自激的交流负反馈电容，一般取为47P～200P。 BG1起电压放大作用，在该电路中被称为激励级，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic1/400＝5μA、β＝100～200，所以应选用小功率低噪声三极管。BG2和BG3是互补电流放大极，分别与BG4、BG5构成复合管对输出电流进行放大，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic2/100＝30μA、β＝100～200。在BG4、BG5使用普通大功率三级管而不是内部已经做成复合式大功率三级管的情况下，BG2与BG3需要提供给后级大功率三级管超过100mA的峰值驱动电流，因此应使用中功率三级管。BG4和BG5是负责放大输出电流的大功率管，静态工作电流可取在10mA～30mA，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic4/100＝0.1mA、β＝50～100。BG4和BG5的最大极限电流Imax应该比输出电流最大幅值大1倍，方能保证输出电流最大幅值时β＞10。 R6和R7分别是BG4和BG5静态工作点调整分流电阻，动态工作时的分流作用可以忽略不计。在Ube4和Ube5都等于0.6V标准参数时，由互补电流放大级的静态工作电流 数字功放原理 数字功放也称D类功放，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、乙类和甲乙类、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，理想效率高达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、音质差，音频放大中一般都不用，这几种模拟放大电路的共同的特点是晶体管都有工作在线性放大区域中，它按照输入音频信号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。 数字功放的功放管工作在开关状态，理论状态晶体管导通时内阻为零，两端没有电压，当然没有功率消耗；而截止时，内阻无穷大，电流又为零，也不消耗。所以作为控制元件的晶体管本身不消耗功率，电源的利用率就特别高。 图1是数字D类功放的工作原理框图。D类功放处理的是经脉宽调制（PWM）的音频数字信号，声音信息埋藏在脉冲的占空比或脉冲密度中。 图示是音频信号的一种PWM调制方法，最为直观；较多采用的是以脉冲密度来表示信号大小的，脉冲密度大的地方，表示电压高；稀的地方，电压就低。双向信号可用其它方式调制，如占空比50%，即脉冲 宽度与间隔宽度1：1，表示信号幅值为零；占空比大于50% ，幅度为正，这时数值越大，正幅度越高；占空比小于50%，幅度为负，越小越负。因为这种信号并不需要与外接设备直接相连，也就不需要格式完全统一，各厂可按自行研发的最佳方案调制。 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。二是对其它编码的数字音频，如CD的PCM编码，通过数字信号处理技术变换成PWM码。获得后用此信号去控制大电流的开关型功率MOSFET由功率管输出一个大能量的PWM码。输出电压的大小由电源电压高低决定，输出的电流由负载扬声器的阻抗和电路形式决定。功率管工作在开关状态，只要开关特性好，线性要求几乎没有，制造成本比音响对管低，工业控制上这类MOSFET已用得很普遍，取材方便。由于开关管导通时的饱和压降和截止时的漏电流也会损失一些电能，但总效率仍有百分之九十几，为各类放大电路效率之冠。 开关晶体输出的是脉宽调制波形，要成为可听的模拟音频信号，还需经过一路带宽为20KHz的低通滤波器，滤去脉冲波形中的高频成分，见图3，一般说来功放的输出电压对选取电容的耐压不成问题，只是电感最大允许电流要设计正确。 用分立元件设计放大器教程 一、功率放大器基本电路特点 互补对称式OTL功率放大器基本电路如图①所示。 其中： C1为信号输入偶合元件，须注意极性应于实际电路中的电位状况保持一致。R1和R2组成BG1的偏置电路，给BG1提供静态工作点，同时也在整个电路中起到直流负反馈作用。要求通过R1的电流大于BG1的基极电流至少5倍，按照β为100、Ic1为2mA计算，R1应不大于6k，故给定为5.1k；C1因此也相应给定为22μ，它对20Hz信号的阻抗为362Ω；R2需根据电源采用的具体电压确定，约为R1（E/2-0.6）/0.6，按照32V电压值应取为约120K，确切值通过实际调试使BG1集电极电压为15.4V来得到。 C2与R3构成自举电路，要求R3×C2＞1/10、（R3＋R4）×Ic1＝E/2－1.2，因R4是BG1的交流负载电阻，应尽可能取大一点，R3一般取在1k之内。按照32V电源电压值和Ic1为2mA 进行计算，R3与R4之和为7.2k，实际将R3给为820Ω、R4给为6.8k，Ic1则为1.94mA；C2因此可取给为220μ。 R5和D是BG2、BG3互补管的偏置电路元件，给BG2、BG3共同提供一个适当静态工作点，在能够消除交越失真情况下尽量取小值，根据实验结果一般取在3mA～4mA；改变R5阻值可使BG2与BG3的基极间电压降改变而实现对其静态工作的调整，与R5串联的D是为了补偿BG2、BG3发射结门坎电压随温度发生的变化，最好采用两只二极管串联起来补偿互补管发射结门坎电压随温度发生的变化，使互补管静态工作点稳定。简化电路中省略使用一只二极管。并联在BG2、BG3基极间的C4，可使动态工作时的ΔUAB减小，一般取为47μ；C3是防止BG1产生高频自激的交流负反馈电容，一般取为47P～200P。 OTL功放电路，耦合元件 一、功率放大器电路基本特点： 互补对称式OTL功率放大器基β本电路如图所示： C1为信号输入耦合元件，需注意极性应和实际电路中的电位状态保持一致。 R1和R2组成BG1的偏置电路，为BG1提供静态工作点，同时也在整个电路中起到直流负反馈作用。要求通过R1的电流大于BG1的基极电流至少5倍，按照β为100，Ic1为2mA计算，R1就不大于6k，故给定为5.1k,C1也相应给定为22uf，它对20Hz信号的阻抗为362Ω；R2根据电源采用的具体电压确定，约为R1（E/1-0.6）/0.6，按照32V电压值，即5.1×(32÷0.6-0.6) ÷0.6≈130，就取120K，确切的值通过实际调试使BG1集电结电压为15.4V来得到。 C2与R3构成自举电路，要: R3×C2＞1/10，（R3+R4）×IC1=E/2-1.2 因R4是B G1的交流负载电阻，应尽可能取大一点，R3一般取在1k之内。 按照32V的电压值和IC1为2mA计算，R3和R4之和为7.2k，实际将R3给为820Ω，R4给为6.8k，IC1则为1.94mA；C2因此可取为220u。 R5和D是BG2和BG3互补管的偏置电路元件，给BG2、BG3共同提供一个适当静态工作点，在能够消除交越失真情况下尽量取小值，根据实验结果一般取3mA-4mA；改变R5的阻值可使BG2、BG3的基极间的电压降改变，而实现其对静态工作的调整。与R5串联的D是为了补偿BG2、BG3发射结门坎电压随温度发生的变化，最好采用两只二极管串联起来补偿互补管门坎电压随温度发生的变化，使互补管静态工作点稳定。 并联在BG2和BG3基极间的C4，可使动态工作时的△UAB减小，一般取47u。 C3是防止BG1产生高频自激的交流负反馈电容，一般取为47P —200P。 BG1起放大作用，在该电路中被称为激励级，要求:Buceo＞E, Iceo≤IC1/400=5uA、β=100～200，所以应选用小功率低噪声管。 BTL功放电路的原理与应用实例 2012年11月3日星期六 集成功率放大器由于不仅具有体积小、重量轻、成本低、外围元件少、安装调试简单、使用方便的优点；而且在性能上也优于分立元件，例如温度稳定性好，功耗小、失真小，特别是集成功率放大器内部还设置有过热、过电流、过电压等自动保护功能的电路对电路自行进行保护。由于集成功率放大器具有分立元件不具有的很多优点，近年来集成功率放大器件发展很快，使用相当广泛。产品有单通道和双通道、单功放、双功放及多功放等器件。集成功放在实际应用中通常接成OCL电路，或OTL电路，接成BTL（Balanced Transformer Less，一说是Bridge Transformerless）电路却很少，而BTL电路的优点是电源利用率比前面两种电路高4倍。本文从BTL电路的结构、原理出发，分析BTL电路输入、输出信号特点，最后介绍如何用集成功率放大器件构成BTL电路。 1.1BTL电路的组成及工作原理 大家知道OCL和OTL两种功放电路的效率很高，但是他们的缺点就是电源的利用率都不高，其主要原因是在输入正弦信号时，在每半个信号周期中，电路只有一个晶体管和一个电源在工作。为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用平衡式无输出变压器电路，又称为BTL电路。电路如图1所示。 在输入信号 U i正半周时，V1，V4导通，V2，V3截止，负载电流由V CC经V1，R L，V4流到虚地端。如图1中的实线所示。 在输入信号Ui负半周时，V1，V4载止，V2，V3导通，负载电流由V CC经V2，R L，V3流到虚地端。如图1中虚线所示。可见： （1）该电路仍然为乙类推挽放大电路，利用对称互补的2个电路完成对输入信号的放大；其输出电压的幅值为：U OM≈V CC 最大输出功率为： （2）同OTL电路相比，同样是单电源供电，在V CC，R L相同条件下，BTL电路输出功率为OTL电路输出功率的4倍，即BTL电路电源利用率高； 实用低频功率放大器 一、任务 设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。其原理示意图如下： 二、要求 1、基本要求 (1)在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5~700）mV ，等效负载电阻R L 为8Ω 下，放大通道应满足： ①额定输出功率P OR ≥10W ； ②带宽BW ≥（50～10000）Hz ； ③在P OR 下颌BW 内的非线性失真系数≤3%； ④在P OR 下的效率≥55%； ⑤在前置放大级输入端交流短接到地时，R L =8Ω上的交流声功率≤10mW ； (2)实际测量时输入为音频信号，要求设置有音量、高音、低音大小调节电路； (3)功放部分不能使用集成功率放大器。 2、发挥部分 放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展，如设置有保护电路、提高效率、减小非线性失真等。 一、方案设计及验证 1、设计要求前置放大器输入交流短接到地时，R L =8Ω的电阻负载上的交流噪声功率低于10mW ，因此要选用低噪声运放。本系统选用优质低噪声运放NE5532N 。设计要求输入电压幅度为5—700mV 时，输出都能以P 0≥10W 满功率不失真输出，信号需放大几千倍；又考虑到运放的放大倍数与通频带的关系，固应采用两级放大。赠以调节可用电位器手动调节，也可以自动增益控制，但考虑到题目中的“实用”两字（例如输入信号不是正弦信号，而是大动态音乐信号），故采用手动增益调节。前置放大器采用低噪声双运放，分别以同相放大的方式，作为左右通道的信号放大。 2、功率放大器常用电路有两种，一种用输入输出变压器的推挽电路，另一种是无输入输出变压器的推挽电路。如OCL 、OTL 、BTL 等。相比之下，前者的频响和失真方面都表现较 奇声AV-757DB功放电路原理与分析 奇声A V-757DB功放电路原理与分析整机电路由系统控制、信号源选择、杜比定向逻辑解码、卡拉OK、前置、功放与保护等电路组成，如图2-63所示。 (1).系统控制电路 系统控制电路由IC501(767DB)和有关外围元件组成，如图2-64所示。 767DB是微处理器集成电路，内部结构及引脚功能(见表2-6)均与89C55基本相同。 767DB根据键矩阵电路送入的键控指令脉冲，去控制杜比环绕声解码等电路的工作，同时驱动LED显示电路显示整机的工作状态。 767DB⑦脚为复位端，外接复位电容C501。在每次开机时，+5V电压均会经C501在⑨脚产生一个高电平脉冲电压，使微处理器内部电路清零复位，进入初始化状态。 767DB⑦脚为工作模式控制端，外接控制开关K702-2，可分别选择DSP声场处理、PRO杜比定向逻辑解码、3CH三声道和2CH二声道共四种工作模式。 IC502(4094)在微处理器767DB的作用下，通过C1～C3、D1和D2的输出信号去控制杜比定向逻辑解码电路。 (2).信号源选择电路 信号源选择电路由电子开关集成电路IC001(4052)、转换开关K001和有关外围元件组成，如图2-65所示。 K001为四挡转换开关，可控制IC001⑨脚和⑩脚的电平，从而控制其内部的电子开关，分别选择ID,VCD、TAPE和TUNER四路音频信号。 (3).杜比定向逻辑解码电路 杜比定向逻辑电路由IC704(M69032P)和IC2701(YSS228)、IC702(4053)等组成，见图2-66和图2-67。 信号源选择电路选出的左、右声道音频信号分别从IC2704的(15)脚和(22)脚输人，经环绕声解码处理后的左、右声道信号分别从(32)脚和(33)脚输出，经信号直通/解码处理转换继电器J801送往前置放大电路的E端和F端。中置声道信号从(38)脚输出，经C761送往前置放大电路的C端。 解码后的环绕声道信号从IC704(39)脚输出，经IC702转换后送入IC701进行延时处理。延时处理后的环绕声信号经IC704(47)脚内部的7kHz低通滤波器滤波后从其(42)脚馈入，再经杜比B降噪电路降噪后，从(29)脚输出，经C762送往前置放大电路的D端。 IC704的(36)脚外接中置声道模式控制电路，(23)脚～(25)脚接受来自微处理器IC501的测试控制信号和IC502的调配组合转换控制信号。IC501还通过DA TA、CLK和REQ信号对IC701进行控制。 IC704(34)脚输出L+R信号，经C765、11743加至前置放大器的B端。 音频功率放大器设计方案 31102140 宇洋通信1103 31102391 宇超自动化1102 一、设计任务和设计要求： （1）功能：音频功率放大器用于驱动扬声器发声，将话筒接收到的电信号放 大后从扬声器传出。音频放大器有两种，一种是专用于音频放大的运算放大器，它在音频围有比较好的性能（主要是频响特性和失真特性，好的音频放大器这两个特性都非常好），一般用于音响的前置放大级；另一种是音频功放，也就是功率放大电路，用于音响的驱动级，可以驱动功率比较大的喇叭或者音响，使之发出声音；运算放大器是集成放大电路的统称，其概念围比音频放大器（特指用于前置放大的音频放大器）大，且有更大的应用围，其频率适用围远远大于音频放大器，往低到直流，高的可以达到几百M甚至G赫兹级。简单的说，音频放大器就是一种特殊的运放。 （2）主要设计指标： 1、负载阻抗：R L=8Ω 2、额定功率：P0=20W 3、带宽：BW≥20Hz~20KHz。 4、音调控制： 低音：100Hz±12dB 高音：10kHz±12dB 1KHz处增益为0dB 5、失真度：γ≤3% 6、输入灵敏度：Vi<775mV, Vi’<5mV 二、详细设计方案: 根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图1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要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。 图2 前置级放大器电路图 由于信号远输入的信号幅度较小。不足以推动以后的功放电路。因此要用电压放大电路对信号输入的音频信号电压进行放大，对于信号源，其负载约为47K Ω，所以选用电压串联负反馈方式的同相比例放大器，它可以使输入电阻增大，输出电阻减小，且输入输出电压同相。又因为前置放大级的增益为44dB，即158倍，取160倍，前置放大级电路采用二级，第一级与第二级采用电容耦合方式，总的电压放大倍数为Auf=160，设计中选用Auf1=1，Auf2=160。 其中第一级实际上是一个电压跟随器，它提高了带负载的能力。 电路中二极管D1作用是：当线路输入是0.775V时，D1导通，此时LF353（2）也为一个电压跟随器，信号不经过放大直接到音调控制级的输入端。当输入为 数字功放 数字功放概述 ?·数字功放简介 ?·数字功放原理 ?·数字功放制作方法 ?·数字功放中音质和载波频率... 数字功放的应用 ?·DDX的数字功放解决方案 ?·基于德仪音频的高保真数字功放 数字功放简介 数字功放采用早已存在的D类放大器电路，D类放大器的电路采用场效应管H-桥式链接。电路场效应输出的脉冲波经过恢复得到原来的正弦波，驱动扬声器产生声音。 数字功放原理 数字功放的功放管工作在开关状态,理论状态晶体管导通时内阻为零,两端没有电压,当然没有功率消耗; 而截止时,内阻无穷大,电流又为零,也不消耗.所以作为控制元件的晶体管本身不消耗功率,电源的利用率就特别高. 图1是数字D类功放的工作原理框图.D类功放处理的是经脉宽调制(PWM)的音频数字信号,声音信息埋藏在脉冲的占空比或脉冲密度中. 图示是音频信号的一种PWM调制方法,最为直观;较多采用的是以脉冲密度来表示信号大小的,脉冲密度大的地方,表示电压高;稀的地方,电压就低.双向信号可用其它方式调制,如占空比50%,即脉冲宽度与间隔宽度1:1,表示信号幅值为零;占空比大于50% ,幅度为正,这时数值越大,正幅度越高;占空比小于50%,幅度为负,越小越负.因为这种信号并不需要与外接设备直接相连,也就不需要格式完全统一,各厂可按自行研发的最佳方案调制. 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.二是对其它编码的数字音频,如CD的PCM编码,通过数字信号处理技术变换成PWM码.获得后用此信号去控制大电流的开关型功率MOSFET由功率管输出一个大能量的PWM码.输出电压的大小由电源电压高低决定,输出的电流由负载扬声器的阻抗和电路形式决定.功率管工作在开关状态,只要开关特性好,线性要求几乎没有,制造成本比音响对管低,工业控制上这类MOSFET已用得很普遍,取材方便.由于开关管导通时的饱和压降和截止时的漏电流也会损失一些电能,但总效率仍有百分之九十几,为各类放大电路效率之冠. 开关晶体输出的是脉宽调制波形,要成为可听的模拟音频信号,还需经过一路带宽为20KHz的低通滤波器,滤去脉冲波形中的高频成分,见图3,一般说来功放的输出电压对选取电容的耐压不成问题,只是电感最大允许电流要设计正确. 数字功放由于效率高,管子的耗损小,功放的散热结构可以做得非常小巧简单,整个电路可以做得很小.所以,首先在笔记本电脑、有源音箱和声卡上采用.带有数字功放的声卡可直接接通普通音箱,这样使用就方便得多.随着技术的发展,数字功放也进入音响领域,TACT公司2000年推出的一款数字功放TACT Audio"黄金时代",令发烧音响界改变发结数字功放的成见,国内成都天奥公司更早就推出了用于家庭影院的数字多声道功放,深圳的三诺公司也在研发数字功放的有源音箱.国外多家芯片公司已推出带各种功能的数字功放IC器件,为整机生产厂更新产品提供了便利条件.一场功放革命正在悄然兴起. 从图1可以看出数字功放的另一优点是可以直接放大数字音频信号.CD和DVD碟片上输出的音频信号是数字化的,现在播放机解码后要经过数模变换,变成模拟音频后再送出.而采用数字功放后,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,不但音质受损少,成本也可降低. 利用数字功放技术生产整机时,音量调节方案会成为机种档次的分界线.简单方案就像传统模拟功放那样由电位器衰减模拟信号的输入幅度,实现音量衰减.这种方式数字信号的量化比特率得不到充分利用,小音量时信噪比下降,动态范围变小.而且也不能用于数字音频直接输入系统. 数字功放仍需模拟功夫 —如何设计出理想的D类放大器？ 在多通道和数字音源时代，采用D类放大器以简化前级线路、提高功放效率从而降低对电源及散热的要求，这已是大势所趋。但D类功放虽然也被称作数字化功放，但在电路设计上绝不像纯粹的数字电路那么简单，也不是直接采用一两块芯片就可以大功告成的。以数字手段实现模拟功能，仍然需要考虑许多模拟方面的因素，但考虑的因素和角度与传统的线性功放又有很大差异。本文除了介绍D类放大器的基本原理和好处之外，还着重讲解了输出级设计、功放管选择、电源、电磁兼容，以及电路板布局方面需要注意的一些问题，这些实用知识有助于设计师减少走弯路的麻烦。 D类放大的好处 凭借诸如极佳的功率效率、较小的热量以及较轻的供电电源等优点，D类放大器正在音频世界掀起风暴，这一点儿也不令人惊奇。的确，随着技术的成熟以及其所达到越来越好的声音重现效果，看起来继续使用D类放大器向市场渗透是一个颇有把握的赌注，以往在这个市场上只有传统的线性（A类、B类或AB类）功率放大器能够提供令人满意的性能。 环绕声格式的不断进步加速了这种趋势。由于越来越多的家庭和车内娱乐系统、DVD播放器以及AV接收机需要驱动六个或更多的扬声器，线性放大器及其电源的尺寸增大了，并且产生了更多的热量。例如，Dolby Digital（杜比数字）格式要求六个独立的输出级，而更新推出的Dolby Digital EX要求更多的8声道。鉴于此，D类放大技术的优势显得比以往更加突出。 输出级数模转换机制 所有D类系统的共同特点及其超群的功率效率的奥秘就在于输出级（通常是MOSFET）的电源器件总是要么全通要么全关。这与线性放大器形成对比，线性放大器输出晶体管的导通状态随时间变化。晶体管消耗的功率是其压降与流过电流之积（P=IV），通常占到线性放大器消耗的总功率的50%或更多。在D类系统中不是这样。由于所有输出晶体管要么压降为零（处于“通”状态）要么流过的电流为零（处于“关”状态），理论上根本不会损失能量。回到现实世界中，安装在数以百万计的微处理器之上的冷却风扇表明即使是纯数字系统也会以发热的形式浪费能量，D类放大器达到的功率效率在85至90%之间。 不过，如何使一个天生只能产生方波的开关器件再现音乐中多种多样的波形呢？某些类型的高频“数字”信号可以通过低通滤波产生平滑的“模拟”输出。最广泛使用的就是脉宽调制（PWM：pulse width modulation）技术，其中矩形波的占空比与音频信号的振幅成正比。通过与一个高频锯齿波比较，可以很容易地将模拟输入转换为PWM（参见图1）。 初级音响爱好者制作功放必备知识 一、常见Hi-Fi集成功放 而今市面上常见的Hi-Fi集成功放，主要是以下三家公司的产品： 1．美国国家半导体公司（NSC），代表产品有LM1875、LM1876、LM3876、LM3886、LM4766等。 2．荷兰飞利浦公司（ＰＨＩＬＩＰS），代表产品是TDA15××系列，比较著名的是TDA1514及TDA1521。 3．意法微电子公司（SGS），比较著名的是TDA20××系列及ＤＭＯS管的TDA7294、TDA7295、TDA7296。 NSC公司与SGS公司的产品音色中性偏暖，飞利浦公司的产品则较为明亮。 二、功放输出功率的选取 爱好者可按通常使用功率的两倍来确定，不要盲目追求大功率。功率过大，不仅成本上升（变压器、散热器、滤波电容，甚至机壳都得加大），而且散热设计、抗干扰、布局等也变得困难。费的功夫多，却造成不必要的浪费。 集成功放的自带散热片有绝缘与非绝缘两类。绝缘类，比如LM系列后缀为ＴＦ的品种，采用整体塑封工艺，只需将集成块与散热器直接固定即可。金属散热片外露的大部分集成功放属非绝缘类，其散热片一般与负电源相通，使用中切勿将其与功放其他部分接触（尤其是机壳与地线），否则集成块会马上损坏。非绝缘类功放块由于热阻较低，输出功率要稍大。 三、功放电路形式的选择 厂家推荐的电路以电压反馈型居多，且给出的指标也是在此基础上测试出来的，既然推荐，该电路应该能比较好地发挥集成块的性能，实际上也是如此。电流反馈与直流伺服是对集成功放应用的有益尝试，但结果不应作过分夸大。用LM1875分别制作两种反馈形式的功放，主观听感并无多少差别。直流化是必要的，对于低失调电压的品种（如LM1875），可以直接取消反向输入端对地电容实现直流化。直流伺服电路使线路复杂化，没有必要采用。 直流电压不宜取得过高，否则不仅集成块发热严重，而且音质劣化，还可能引发过压保护电路的误动作。应优先使用厂家推荐电压，若没有，可用极限电压×85％得到直流电压，再以直流电压除以1.25得交流电压。 功放无需使用稳压电源，但电源的功率容量一定要足够。变压器的功率可取总输出功率的两倍，并作好屏蔽。整流管要选低内阻的，且在每个管子两端 D类功放的原理 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。但是，A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。B类功放虽然效率提高很多，但实际效率仅为50%左右，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，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。 由于集成电路技术的发展，原来用分立元件制作的很复杂的调制电路，现在无论在技术上还是在价格上均已不成问题。而且近年来数字音响技术的发展，人们发现D类功放与数字音响有很多相 通之处，进一步显示出D类功放的发展优势。 D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。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态，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。这种耗电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。在理想情况下，D类功放的效率为100% ，B类功放的效率为78.5% ，A类功放的效率才50%或25% （按负载方式而定）。 D类功放实际上只具有开关功能，早期仅用于继电器和电机等执行元件的开关控制电路中。然而，开关功能（也就是产生数字信号的功能）随着数字音频技术研究的不断深入，用与Hi-Fi音频放大的道路却日益畅通。20世纪60年代，设计人员开始研究D类功放用于音频的放大技术，70年代Bose公司就开始生产D类汽车功放。一方面汽车用蓄电池供电需要更高的效率，另一方面空间小无法放入有大散热板结构的功放，两者都希望有D类这样高效的放大器来放大音频信号。其中关 键的一步就是对音频信号的调制。 图1是D类功放的基本结构，可分为三个部分： 图1 D类功放基本结构 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 on TPA3123class D amplifier Abstract 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 people＇s 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 amplifier's 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 amplifier's 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 people's demands. Finally by a D kind of audio power amplifier's design, let me understand D kind of audio power amplifier's concrete application. Key Words: D-type power; amplifier ; Pulse width modulation ; Impetus; Power output level ; Power amplifie 分立元件OCL功率放大电路原理分析 OCL是英文Output Capacitor Less的缩写，意思是没有输出电容器。OCL功率放大电路一般采用正、负对称的两组电源供电，电路内部直到负载扬声器全部采用直接耦合，中间无输入、输出变压器（人们将不用输入和输出变压器的功率放大电路称为单端推挽电路），也不需要输出电容器，其好处是通频带宽，信号失真最低。 (1)OCL功率放大器的结构组成 功率放大器的结构如图1所示。OCL功率放大电路分为输入级、激励级、功率输出级三级，此外还有为稳定电路工作而设置的负反馈网络和各种补偿电路，有些还设置有过载保护电路。 图2是一种实际的功放电路，早期一些低档功放机器采用了这一电路。下面结合该电路来认识一下功率放大器的各组成部分。 1)输入级：输入级主要起缓冲作用。输入级多采用差分对管放大电路（也有采用运算放大电路的），通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。差分放大器由两个特性相同的放大电路组成，其左、右两管的参数几乎完全相同。这种电路具有很高的稳定性，能抑制“零点漂移”，保证输出级中点电压的稳定。有些功放机器的差动管发射极采用恒流源电路，常见的有二极管和三极管组成的恒流源和两个三极管组成的镜像恒流源。输入级采用小功率管，工作在甲类状态，静态电流较小。 2)激励级：激励级的作用是给功率输出级提供足够的激励电流及稳定的静态偏压，整个功率放大器的增益主要由这一级提供。多数功放机的激励级采用单管放大电路，也有少数机器采用差分对管放大电路。这一级常采用恒流源负载，不仅能得到较高的电源抑制特性，而且具有工作状态稳定、线性好、失真度低等优点。激励级也是用小功率管，工作在甲类状态。 另外，激励级还要为后一级（功率输出级）提供稳定的偏置电压。功率输出级的偏置电压电路有多种类型。最简单的偏置电路是由激励管的集电极负载电阻构成的，其热稳定性和稳压性都比较差；有些功放采用恒压偏置电路，即由多个二极管串联而成的稳压钳位电路，使功率输出级的偏置电压保持稳定；而更多的则是采用带温度补偿的恒压偏置电路，这种偏置电路由一个三极管和几个电阻组成。 UM10155 Discrete Class D High Power Audio Amplifier UM10155：分立元件D类大功率音频功放 Keywords ：Class D Audio Amplifier, Universal Class D, UcD, PWM Audio Amplifier, High Power Audio. 关键词：D类音频放大器，全D类（UcD）, PWM功放，大功率功放 Abstract ：This user manual describes the operating instructions and the most important background information of the Philips Semiconductor Discrete Class D High Power Audio Amplifier Demonstrator Board. With proper heatsinking of the Power MOSFETs and a well dimensioned power supply, the PWM amplifier is capable of supplying 200 W of high quality audio power into a 4 ? loudspeaker. 内容摘要：本用户手册描述了飞利浦半导体分立D类高功率音频放大器演示板的操作方法和最 重要的背景资料。在适当的功率管散热器的和很好的供电情况下，这台PWM放大器能提供200 W 高质量音频输出给一个4 ?的扬声器。 1. Introduction简介 The Universal Class D (UcD) version 1.00 demonstrator board implements a 200 W true RMS (into a 4 ? load) high quality audio power amplifier on a very compact printed-circuit board. The amplifier is built-up of discrete components only, and makes use of Philips patent WO 03/090343. 这个1.0版本的全D类功放(UcD)示范板是一个在非常紧凑的PCB板上输出200 W真有效功率(4 ?负载)的高质量音频功放。 Fig 1. General view001aaf148 2. Circuit diagram电路原理图The demonstrator board is intended to illustrate the capability of Philips Power MOSFETs in discrete high-end PWM audio amplifier applications. The board is self-contained and only requires a simple (non-stabilized) dual power supply, an audio source (e.g. function generator, CD player) and a loudspeaker to demonstrate its capabilities. For evaluation at high output power a provision is made to attach an appropriate heatsink to the MOSFETs on the board. 本演示板意欲图解说明飞利浦功率MOSFET在分立高档PWM音频放大器上的应用能力。 本板自我包含了齐全的功能，只需要简单的正负电源（非稳压），加上音源和扬声器即可示范其性能。为评价在大功率下的性能，需要附上一个适当的散热片到MOSFET上。分立元件OTL功放资料剖析
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