功率放大器设计举例

音频功率放大器的设计
一、音频功率放大器
1、定义
音频功率放大器（PA）是一种用于提高音频设备输出功率的设备，以增加音频系统的响度。

它可以将低功率信号变成足够大的信号，能够推动音箱或拓展环境的响度。

通过调整音频功率放大器的参数，可以改变音频系统的响度和声学特性。

2、类型
音频功率放大器可以分为两类：模拟功率放大器和数字功率放大器。

模拟功率放大器是一种传统的音频放大器，它主要用于推动音箱。

数字功率放大器是一种现代化的音频放大器，它使用数字信号处理技术，能够提供更高的响度和更低的热损耗。

3、设计
（1）模拟功率放大器
模拟功率放大器的设计原理基于晶体管效应放大器（CEA）。

CEA可以将低功率的输入信号放大，使其达到足够大的功率，从而推动音箱。

CEA的典型设计利用晶体管的互补对称原理，使用NPN型和PNP型晶体管组合，来提高其响应时间和低频性能，并能够有效抑制回音和失真。

（2）数字功率放大器
数字功率放大器的设计利用数字信号处理（DSP）技术，以获得更高的响度和更低的热损耗。

它采用噪声抑制技术，可以减少噪声干扰，从而提高声音质量。

设计课题：OCL音频功率放大器题目：OCL音频功率放大器一、设计任务与要求1．输入信号为vi=10mV, 频率f＝1KHz;2．额定输出功率Po≥2W；3．负载阻抗RL=8Ω；4．失真度γ≤3%；5．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源。

二、方案设计与论证该电路主要包括两部分，第一部分输出电压连续可调的直流稳压电源这里我们将其电压调试到需要的值充当直流稳压电源；另外一部分是OCL的音频功率放大器。

构建的思路大致如下两种方案方案一、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。

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。

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。

电子技术课程设计----OTL功率放大器课程设计报告课程名称：电子技术课程设计设计题目：OTL功率放大器课程设计摘要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大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。

功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。

有用继承运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专集成电路功率放大器。

本文设计的是一个OTL 功率放大器，该放大器采用TDA2030音频放大器芯片，TDA2030音频放大器电路是最常用到的音频功率放大电路，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。

采用正输出单电源供电。

文中介绍了该放大器和运用LM317三端可调正稳压器集成电路组成的可调稳压电源的具体设计。

其次本次实物产品采用PCB印制电路板制作（单面板）使其性能良好满足1课程设计设计要求和外表美观。

关键词：LM317三端可调正稳压器集成单电源供电电路；OTL功率放大电路；TDA2030音频放大器；交越失真；无输出耦合电容；输出功率；反馈网络；三端可调集成稳压电路；PCB单面板。

2课程设计目录设计要求........................................................................................................................ (1)1、方案论证与对比 (1)1.1、总体方案设计........................................................................................................................ . (1)1.2方案一........................................................................................................................ . (2)1.2 方案二........................................................................................................................ (3)1.3 两种方案的对比........................................................................................................................ .. 42、电源部分的设计 (5)2.1总体方案设计........................................................................................................................ . (5)2.2方案论证与对比........................................................................................................................ (5)2.2.1方案一........................................................................................................................ . (5)2.2.2方案二........................................................................................................................ . (6)2.2.3两种方案的对比........................................................................................................................ (7)3.单元电路设计及元器件选择和电路参数计算 (8)3.1 单元电路设计与原理说明 (8)3.2 电路参数计算........................................................................................................................ (9)3.3功率的计算........................................................................................................................ .. (9)3.4电源部分........................................................................................................................ . (10)4.2 绘制电路原理图.........................................................................................................................114.3 对实物电路进行调试并记录数据 (11)4.3.1电路调整与测试........................................................................................................................ . (11)4.3.2通电观察........................................................................................................................ . (14)4.3.3 OTL功放部分的检测.........................................................................................................................154.4 数据分析及误差分析 (15)5. 设计体会与总结 (15)6、元器件及仪器设备明细表 (16)7、参考文献........................................................................................................................ . (17)8 致谢........................................................................................................................ (18)9 附录........................................................................................................................ .. (18)附录A 相关电路图.........................................................................................................................18附录B：相关芯片资料 (20)3OTL功率放大器设计设计要求1. 额定输出功率P0>=10W2. 负载阻抗RL=8欧3. 采用全部或部分分立元件电路设计一种OTL音频功率放大器。

简单平衡的功放电路制作实例这里要向大家介绍的是一台真正的平衡BTL桥接功率放大器的制作，这个放大器可以直接输入XLR的平衡信号，也可以直接输入RCA 的单端信号，而不必经过额外的电路去进行转换将RCA转换到XLR信号。

一. 平衡技术简介平衡式音频技术已不是什么新鲜事物了。

早在电话刚发明的初期它就已经诞生，其应用使得话音信息在作长距离传送时仍能保持很低的噪声电平。

而这也正是平衡式信号传输现在还被应用在高档音响中的原因：它允许我们以一种能够抵制噪声与失真的方式来传送信息(音频信号)。

两组镜像相对称、相位相反的信号被同时传输着。

也就是说，两组信号所真正搭载的并非音频信息，而是它们之间的电压差。

为了获得更高的信噪比、更大的动态对比度和巨细无遗的分析力，在音响器材内应用平衡放大技术是不少知名厂家的必要手段，像Mark Levinson就是使用此项技术的典范，但他们的售价也是全世界最昂贵之一。

剑有双锋，只有在实际正确运用的情况下，平衡式技术才会对音响器材的表现带来正面影响。

如果音频信号两个信号通路没有做到精确的镜像对称，那么噪声与失真便会加入到音频信号中去，这时平衡技术反而成为影响音质的致命原因。

因此，要想发掘出蕴藏在平衡式设计里的诸多好处，还须具备熟练的设计操控能力和慎重细致的电路结构，而目前市场上一些所谓“平衡功放”并没有应用真正的平衡技术，只是简单地将两个单端输入的放大器组合在一起而已。

一台平衡放大器实际是数台放大器的一个集合体。

因为机箱里的信号放大电路其实就是每声道两个对称平衡放大器。

这种“双平衡”式设计在给前级提供平衡负载阻抗的同时，有效地抑制了共模噪声与失真。

而无论输入是普通的单端RCA信号还是真正平衡的XLR信号，都会在这两个平衡放大器输入级开始首先被转化为一对极性互相相反的双端信号，然后再送到两个放大器的输出级。

平衡放大器的输出是属于BTL方式，可以轻易获得高达数百上千瓦的输出功率而只需要使用一般OCL功放电路的一半电源电压，这样使电容、三极管等器件选取自由度更大，在低电压的工作环境下也大幅地提高了安全性。

个人资料整理仅限学习使用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。

话筒输入音调控制Vo前置放大功率放大RL 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。

1 概述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Total Hormonic 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，假设改变其条件，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。

假设改变了其中的条件，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=32Ω、Po=25mW条件下测试，其TDH+N=0.003%，假设将RL改成16欧，使Po增加到50mW，VDD及FIN不变，所测的TDH+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1～2W，其THD+N更大些，一般为0.1～0.5%.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，那么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，那么在20Hz～20kHz范围测试时，其THD+N要大得多。

例如，某音频功率放大器在1kHz时测试，其TDH+N=0.08%。

假设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。

ab类功率放大器电路理论说明1. 引言1.1 概述在电子设备中，功率放大器起着至关重要的作用。

它们用于将输入信号增加到足够的功率，以便可以驱动扬声器、马达或其他负载。

其中一种常见的功率放大器类型是ab类功率放大器电路。

ab类功率放大器电路具有高效率、低失真和较好的线性特性，因此在音频放大和通信领域得到广泛应用。

1.2 文章结构本篇文章将首先介绍ab类功率放大器电路的基本原理，包括对功率放大器的概述、ab类功率放大器的定义与特点以及不同类型的功率放大器分类与应用场景。

然后，我们将详细探讨ab类功率放大器电路设计要点，包括输入级、驱动级和输出级各个方面的设计要点。

接下来，我们将通过一个实例分析展示如何搭建ab类功率放大器电路，并介绍调试方法。

最后，在结论部分对ab类功率放大器电路进行总结，并提出进一步研究方向。

1.3 目的本文旨在深入探讨ab类功率放大器电路的理论原理和设计要点，并以实例分析的方式帮助读者了解如何搭建ab类功率放大器电路并进行调试。

通过本文的阅读，读者将能够全面了解ab类功率放大器电路，并在实际应用中具备基本的设计与调试能力。

2. ab类功率放大器电路的基本原理2.1 功率放大器概述功率放大器是一种用于增强输入信号幅度的电路，通常用于将低功率信号转换为高功率输出信号。

它在各种电子设备中得到广泛应用，如音频放大器、无线通信系统和功率驱动电源等。

ab类功率放大器是最常见和常用的功率放大器之一。

2.2 ab类功率放大器的定义与特点ab类功率放大器是一种能够提供高效能并具有较低谐波失真的电路。

它通过将输入信号分成两个不同相位的部分来工作，其中一个部分被引入一个npn型晶体管，另一个部分被引入一个pnp型晶体管，并在输出端合并。

ab类功率放大器的主要特点包括：- 高效能：由于两个晶体管轮流工作，并且只有在输入信号超过某个阈值时才会进行切换，在非使用状态时几乎没有静态功耗。

- 低谐波失真：由于将输入信号分成两个相位来处理，ab类功率放大器可以减小谐波失真级别。

一、O PA300放大电路OPA300放大电路功能说明：通过设定电阻R4=3R3 来设定该放大器的放大倍数为四倍，即Vout=(1+Rf / R) Vin ，将VCA810的输出信号放大到能满足检波需要的信号。

二、高栅负压的电子管功放电路图下图中R3既是前级的直流负载电阻。

又是给后级提供栅负压的偏值电阻。

它适用于栅负压较高的功率管制作的功放电路。

电路比较简单。

电路中两个竹子的灯丝接地端。

应接在各自阴极电阻的下端。

同样要求电源变压器有两个灯丝绕组，功率级与前级的灯丝分别供电。

电路是用6Pl做的实验，虽然栅负压较低，但工作很正常，说明电路是成功的。

同样要注意的是：一定要在插上前级管子后再开电源，否则不能加电。

三、推挽式功率放大级的正偏压电路此电路用EL34管。

在两只功放管阴极电路中串入一只50Ω左右的线绕电位器或半可变线绕电阻，中点接地即可。

调整电位器W使两管的阴极电压平衡、对称，再放音就会有出色的表现。

正偏压的方式也可以用在ABI类自给偏压的推挽式功率放大级中。

四、AD8656双运放芯片组成的接收放大电路使用AD8656双运放芯片组成接收放大电路。

该运放适合+2.7～+5.5 V电源电压供电，是具有低噪声性能的精密双运算放大器。

AD8656型CMOS放大器在满共模电压(VCM)范围内提供250 mV精密失调电压最大值，且在10 kHz处提供低电压噪声谱密度和0.008%的低真，无需外部三极管增益级或多个并行的放大器以减小系统噪声。

通过干电池提供3V单电源供电，接收放大电路如图2所示。

放大电路由AD8656进行两级放大，抵消线圈所感应到的信号电压幅值因距离的增加而产生的衰减，放大所接收到的微弱信号，增加无线传输距离。

系统接收电路经D8656放大后的输出电压输至单片机进行A/D转换，对数据进行编解码，而未采用检波解调电路，可有效简化电路结构。

五、高频信号放大电路的性能比较分析一、高频管(UHF)9018fTl00(MHz)的信号放大电路电视高频头输出的第一中频信号和音频信号通过高频管9018放大后也确有显效。

D类功率放大器的设计与实现
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显得颇为重要，本文从有用角度动身，设计了一款低失真、高效率的音频放大器，与传统放大器相比，本放大器在效率、体积以及功率消耗方面具有显然的优势，它产生的热量小且为传统放大器的一半，其效率在78%以上，而传统的放大器效率仅在50%左右。

1 系统设计
1．1 总体设计分析
本系统由高效率功率放大器（D 类音频功率放大器）、信号变换电路、外接测试仪表组成，系统框图1 所示。

图1 系统方框图
1．2 D 类功放的设计
D 类放大器的架构有对称与非对称两大类，在此研究的D类功放针对的是对功率、体积都十分敏感的便携式应用，因此采纳全电桥的对称型放大器，以充分利用其单一电源、系统小型化的特点。

D 类功率放大器由PWM 电路、开关功放电路及输出组成，原理框图2 所示。

采纳了由和三角波发生器组成的固定频率的PWM电路，用输入的音频信号幅度对三角波举行调制，得到占空比随音频输入信号幅度变幻的方波，并以相反的相位驱动上下桥臂的功率管，使功率管一个导通时另一个截止，再经输出滤波器将方波改变为音频信号，推进扬声器发声。

采纳全桥的D 类放大器可以实现平衡输出，易于充实放大器的输出滤波特性，并可削减干扰。

全桥电路负载上的峰峰值临近电源电压的2 倍，可采纳单电源供电。

实现时，通常实行2 路输出脉冲相位相反的办法。

图2 D 类音频功率放大器组成框图
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一、50W甲乙类功率放大器电路原理图电路如下图所示，VT1~VT4组成一、二级差分放大，VT6~VT7构成功率输出管，VT8、VT9提供偏压。

电路的增益由R6、R7控制为30倍左右，整个电路简洁明了，一目了然。

本机的调整非常简单：调整RP1使中点电位为0V；调整PR2，使R13两端电压为0.1V左右。

反复调整几次即可设入使用。

二、200W全对称功放电路原理图在近年来的很多发烧文章中，简洁至上一直是很多发烧友津津乐道的话题。

下面所介绍的正是这样一款电路简洁而效果上佳的完全对称功放电路。

电路原理如图3-49所示。

STK6004C是日本三洋公司制造的一块超大功率厚膜电路、内部有三组大电流图腾柱式输出对，每组耐压都不低于200V，电流不小于15A，灌有导热良好的透明硅凝胶，自带散热且与内部电路缘。

因内部电路十分复杂具部分已固化，本文对其进行改造，取出精华部分成为图3-50的电路，并把它安排在全对称功放的后级。

而第一、二级均采用普通的差分电路，各级都用电阻作负载，其特点是电路简洁、失真小、频响宽、音质佳。

因采用自装的开关电源带有多重保护，故该功放的保护电路特别简单。

电路三、用STK4044制作高保真功放电路原理图如用LM1875、TDA1514等器件制作功放、但最后总是嫌它们功率太小，经不起大动态的考验。

但用一对日本三洋STK4044功放厚模块，则为理想，重新组建自己的“重炮”。

STK4044为单身道功放模块，推荐使用电压为正负5V，极限电压正负70V、静态电流120MA，平均输出功率100W，失真率为0.008%，电路如图3-48所示。

四、STK4040X1制作的HI-FI功放电路原理图本功放电路极为简洁，信噪比高，超低失真度，音色佳，功率容量大性价比高，易制作。

电路原理：STK4040X1是一种优选的HI-FI功放电路，有极佳的电参数：在U＝正负42.5V，RL=8欧条件下，额定输出功率不小于70W，最大谐波失真仅为0.008%，典型值为0.003%,3DB频响为20HZ~20KHZ。