設(shè)計并制作高效率音頻功率放大器畢業(yè)論文

1、<p>　　襖肅芁蒈螀肄莃螃蚆肅蒅薆羅肂膅螂袁肁芇薄螇膁荿螀蚃膀蒂薃羈腿膁蒞羇膈莄薁袃膇蒆蒄蝿膆膆蠆蚅膅羋蒂羄膅莀蚈袀芄蒃蒀螆芃膂蚆螞節(jié)芅葿肀芁蕆螄羆芀蕿薇袂艿艿螂螈袆莁薅蚄裊蒃螁羃羄膃薄衿羃芅蝿螅羂莈薂螁羂薀蒞肀羈芀蝕羆羀莂蒃袂罿蒄蚈螈羈膄蒁蚄肇芆蚇羂肇荿葿袈肆蒁蚅襖肅芁蒈螀肄莃螃蚆肅蒅薆羅肂膅螂袁肁芇薄螇膁荿螀蚃膀蒂薃羈腿膁蒞羇膈莄薁袃膇蒆蒄蝿膆膆蠆蚅膅羋蒂羄膅莀蚈袀芄蒃蒀螆芃膂蚆螞節(jié)芅葿肀芁蕆螄羆芀蕿薇袂艿艿螂螈袆莁薅蚄

2、裊蒃螁羃羄膃薄衿羃芅蝿螅羂莈薂螁羂薀蒞肀羈芀蝕羆羀莂蒃袂罿蒄蚈螈羈膄蒁蚄肇芆蚇羂肇荿葿袈肆蒁蚅襖肅芁蒈螀肄莃螃蚆肅蒅薆羅肂膅螂袁肁芇薄螇膁荿螀蚃膀蒂薃羈腿膁蒞羇膈莄薁袃膇蒆蒄蝿膆膆蠆蚅膅羋蒂羄膅莀蚈袀芄蒃蒀螆芃膂蚆螞節(jié)芅葿肀芁蕆螄羆芀蕿薇袂艿艿螂螈袆莁薅蚄裊蒃螁羃羄膃薄衿羃芅蝿螅羂莈薂螁羂薀蒞肀羈芀蝕羆羀莂蒃袂罿蒄蚈螈羈膄蒁蚄肇芆蚇羂肇荿葿袈肆蒁蚅襖肅芁蒈螀肄莃螃蚆肅蒅薆羅肂膅螂袁肁芇薄螇膁荿螀蚃膀蒂薃羈腿膁蒞羇膈莄薁袃膇蒆蒄蝿膆膆蠆蚅

3、膅羋蒂羄膅莀蚈袀芄蒃蒀螆芃膂蚆螞節(jié)芅葿肀芁蕆螄羆芀蕿薇袂艿艿螂螈袆莁薅蚄裊蒃螁羃羄膃薄衿羃芅蝿螅羂莈薂螁羂薀蒞肀羈芀蝕羆羀莂蒃袂罿蒄蚈螈羈膄蒁</p><p>　　設(shè)計并制作高效率音頻功率放大器2</p><p><b>　　1 引言3</b></p><p>　　2 設(shè)計總體方案3</p><p>　　2.

4、1 整體電路設(shè)計構(gòu)思3</p><p>　　2.2 單元電路及工作原理4</p><p>　　2.2.1前置放大電路4</p><p>　　2.2.2 PWM調(diào)制電路5</p><p>　　2.2.3 正反向放大電路6</p><p>　　2.2.4 功率放大電路6</p><p>

5、　　3 電路的制作7</p><p>　　3.1功放電路的性能分析7</p><p>　　3.2電路制作過程中的注意事項8</p><p><b>　　4 總結(jié)9</b></p><p><b>　　參考文獻：9</b></p><p><b>　　致

6、謝10</b></p><p><b>　　附錄11</b></p><p><b>　　文獻綜述12</b></p><p>　　設(shè)計并制作高效率音頻功率放大器</p><p>　　摘要：傳統(tǒng)的音頻功率放大器有A（甲）類，B（乙）類，AB（甲乙）類，D類等，這類音頻功放曾廣泛應(yīng)用

7、于MP3、手機等便攜消費電子產(chǎn)品的揚聲器驅(qū)動中。 伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對音頻功率放大器的要求越來越高。采用高轉(zhuǎn)換效率的D類功率放大器取代傳統(tǒng)的線性功放已成為一種必然趨勢。D類功率放大器是一種脈寬調(diào)制(PWM)的開關(guān)功放，首先將音頻信號通過高增益前置放大器放大,放大后的音頻信號進而與內(nèi)部三角波相比較進行采樣,從而將音頻信號的幅度信息轉(zhuǎn)化成PWM信號脈沖寬度的變化,然后將變換得到的PWM波整形放大,輸出的電流信

8、號通過LC低通濾波器被還原成放大的音頻信號。由于功率管工作在開關(guān)狀態(tài),且導(dǎo)通電阻很小,因此,D類功放具有很高的轉(zhuǎn)換效率。</p><p>　　關(guān)鍵詞：音頻功率放大器；高效率；PWM</p><p>　　Abstract: The traditional audio amplifier is A, B, AB and D,etc, this kind of audio amplifier w

9、as widely used in MP3, mobile phones and portable consumer electronic products in the speaker drivers. With the rapid development of science and technology, and the continuous improvement of living standards, the people

10、of audio amplifier are increasingly demanding. Adopting high conversion efficiency of D power amplifier instead of traditional linear amplifier has become an inevitable trend. D power a</p><p>　　Key Words: A

11、udio power amplifier；High efficiency； PWM</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　音頻功率放大器簡稱為功放，是19世紀繼收音機、電視機之后，隨之出現(xiàn)的又一類新型電子產(chǎn)品。其作用是將聲源器材輸入的較微弱信號進行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流推動揚聲器進行聲音的重放?？梢哉f是音響器材中最大的一個家族了。自從

12、有了晶體管，它的第一個應(yīng)用便是制作音頻放大器，然而隨著社會的進步，人們因生活層次，文化習(xí)俗，音樂修養(yǎng)，欣賞口味的不同，對音視頻設(shè)備的性能也有了更高層次的要求。這種數(shù)字化浪潮以及人們對音視頻設(shè)備節(jié)能，環(huán)保的要求，迫使人們?nèi)ラ_發(fā)高效，節(jié)能的音頻功率放大器。</p><p>　　傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器保真度高，但效率低，能耗大，且要求有良好的散熱設(shè)備，主要有A類，B類和AB類，A類功放在整個輸入信號周期內(nèi)都有電流連續(xù)

13、流過功率放大器件，優(yōu)點是輸出信號失真比較小，缺點是輸出信號動態(tài)范圍小，效率低，最高效率僅為45%左右。B類功放在整個輸入信號周期內(nèi)功率器件導(dǎo)通時間為50%，優(yōu)點是效率在理想情況下可達78.5%，但缺點是會產(chǎn)生交越失真，增加噪聲。AB類功率放大器是以上兩種放大器的結(jié)合，使每個功率器件的導(dǎo)通時間在50%~100%，它兼顧了效率和失真兩方面的性能指標(biāo)。隨著半導(dǎo)體及微電子制造技術(shù)的不斷發(fā)展，高效率器件已越來越多。近幾年，電子產(chǎn)品正在向薄型化，便

14、攜式迅速發(fā)展。傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器已不能滿足電子視聽類LCD／OLED／LCOS／PDA等綠色節(jié)能,高效,體積小等新發(fā)展趨勢。而D類功放具有效率高、體積小、輸出功率大、低EMI，具備多種工作模式等優(yōu)點，逐漸成為了便攜式設(shè)備中不可替代的產(chǎn)品，因而欲設(shè)計、制造高效率的音頻功率放大器，首選D類功率放大器．D類功率放大器工作在開關(guān)狀態(tài)下，可以采用脈寬調(diào)制（PWM）模式，利用PWM能將音頻輸入信號轉(zhuǎn)換成高頻開關(guān)信號，通過</p>

15、<p><b>　　2 設(shè)計總體方案</b></p><p>　　2.1 整體電路設(shè)計構(gòu)思</p><p>　　采用常規(guī)，通用元器件設(shè)計的D類功率放大器的基本組成框圖如圖2.1.1所示：</p><p>　　圖2.1.1 D類功放基本組成框圖</p><p>　　主要由脈沖寬度調(diào)制器，功率放大器和低通濾波

16、器等三部分組成。我所設(shè)計的高頻率音頻功放的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1.2所示：</p><p>　　圖2.1.2 D類功放結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　首先，輸入的音頻信號進入前置運算放大器，輸出一個被放大10余倍的音頻信號，并與三角波形成電路形成的三角波信號一同進入PWM調(diào)制電路，產(chǎn)生一個隨音頻信號幅度變化的PWM波，分別經(jīng)功率放大電路完成功率放大再經(jīng)過低通濾波器LPF濾去音頻信號經(jīng)調(diào)制后

17、的各次諧波，之后經(jīng)輸出轉(zhuǎn)換電路輸出。</p><p>　　2.2 單元電路及工作原理</p><p>　　2.2.1前置放大電路</p><p>　　前置放大器是在功率放大器之前而加入的一級放大電路，其目的是對輸入功率放大器的信號源進行加工處理，或放大，或衰減或進行阻抗交換，使其和功率放大器的輸入靈敏度相匹配，對其要保證低噪聲，高信噪比，高轉(zhuǎn)換速率，輸出電阻要小及頻

18、帶要寬等要求，前置放大電路如圖2.2.1.1所示：</p><p>　　圖2.2.1.1前置放大電路</p><p>　　輸入信號經(jīng)1/2IC2組成20db同相放大器放大，送至PWM調(diào)制電路。</p><p>　　2.2.2 PWM調(diào)制電路</p><p>　　PWM調(diào)制電路如圖2.2.2所示：</p><p>　　圖

19、2.2.1.2 PWM調(diào)制電路</p><p>　　讓輸出脈沖波的寬度受調(diào)制波幅度調(diào)制的技術(shù)稱PWM技術(shù)，即脈寬調(diào)制技術(shù)。PWM實質(zhì)上是一個電壓比較器，如圖所示，它的同向端輸入前置放大器的輸出信號電壓，它的反相端輸入三角波電壓，這兩個電壓經(jīng)比較后，輸出與音頻信號幅值成正比的脈寬信號。在Ａ點以前，音頻信號電壓大于三角波電壓，比較器輸出高電平，在Ａ點以后，Ｂ點以前，三角波的電壓高于音頻信號電壓，則比較器輸出低電平。

20、在Ｂ點以后，Ｃ點以前，音頻信號電壓又高于鋸齒波電壓，則比較器輸出高電平。這樣，由比較器輸出脈沖寬度與音頻信號幅值成正比的PWM信號。將音頻信號電壓，鋸齒波電壓及比較器輸出的PWM畫在一起如圖2.2.2所示：</p><p>　　圖2.2.2 PWM輸出波形</p><p>　　2.2.3 正反向放大電路</p><p>　　由于功放級采用BTL（全橋輸出級，即用兩

21、個半橋輸出交替驅(qū)動負載，這種類型的負載連接被稱為橋聯(lián)負載）接法。所以需將一組信號源變換為正、負兩組信號源，推動后級。此控制電路的要求一是把PWM信號整形成前后沿更加陡斜的脈沖，二是能倒向形成PWM和－PWM兩路脈沖以滿足全橋功率開關(guān)管的要求。正反相放大器電路如圖2.2.3所示：</p><p>　　圖2.2.3 正反向放大電路</p><p>　　2.2.4 功率放大電路</p&g

22、t;<p>　　功率放大電路分別對正負兩個PWM信號進行功率放大，輸出信號經(jīng)過LJ、C6、L2、C7組成的LPF網(wǎng)絡(luò)作用后，濾去高頻諧波，還原出音頻信號，送至輸出電路，電路圖如圖2.2.4所示：</p><p>　　圖2.2.4 功率放大電路</p><p>　　全橋輸出D類功放除具有AB類BTL功放的優(yōu)點外，還具有較高的效率，但其輸出端需要加一個外部LC濾波器，用于提取音

23、頻信號和防止在負載上耗散高頻能量。</p><p><b>　　3 電路的制作</b></p><p>　　3.1功放電路的性能分析</p><p>　　因?qū)I(yè)知識有限，此次音頻功放電路的制作采用了TDA2822來實現(xiàn)，電路中使用學(xué)生電源供電，用收音機作為音頻信號的輸入器材。TDA2822是雙聲道音頻功率放大電路，應(yīng)用非常廣泛。它通常采用1.

24、8—15V電源供電，因此，該電路適合在低電源電壓下工作，靜態(tài)電流小，交越失真也小，適用于單聲道橋式(BTL)或立體聲線路兩種工作狀態(tài)，采用雙列直插8腳塑料封裝。其引腳圖及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1.1所示：</p><p>　　圖3.1.1 TDA2822內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　采用TDA2822制作的音頻功放的電路圖如圖3.1.2所示：</p><p>　　圖3

25、.1.2 基于TDA2822的功放電路</p><p>　　該電路電源電壓范圍1.8-15V,輸出電流1A,靜態(tài)輸出電壓為3V ,輸入阻抗為100 KΩ功耗為1.4W,失真度為0.2%，閉環(huán)增益為41dB.</p><p>　　3.2電路制作過程中的注意事項</p><p>　　(1)焊接時先焊接跳線，再焊接電阻，再焊電容。必須注意焊接質(zhì)量，應(yīng)先在廢舊電路板上多練

26、習(xí)幾次，然后正式焊接。元件的排列方位盡可能保持</p><p>　　原理圖相一致，布線方向最好與點路圖走線方向一致。</p><p>　　(2)各元件排列、分布要合理和均勻，力求整齊、美觀、結(jié)構(gòu)嚴謹?shù)墓に囈蟆?lt;/p><p>　　(3)電阻，二極管的放置方式分為平方與豎放兩種：當(dāng)電路元件數(shù)量不多，而且電路板尺寸較大情況下，一般采用平放較好，但電路元件數(shù)較多，且電路

27、板尺寸不大的情況下，一般采用豎放。</p><p>　　(4)在保證電路性能要求的前提下，設(shè)計時應(yīng)力求走線合理，少用外接跨線，并按一定順序要求走線，力求直觀，便于安裝和檢修。</p><p>　　(5)設(shè)計布線圖時走線盡量少拐彎，力求線條簡單明了。</p><p>　　調(diào)試：本功放板調(diào)試特別簡單，電路板焊好電子元件后，要仔細檢查電路板有無焊錯的地方，特別要注意有極性

28、的電子零件，如電解電容，一旦焊反即有燒毀元器件之險，要特別注意，放大器的輸出端先不接揚聲器，而是接萬用表，觀察萬用表讀數(shù)是否正常。最后接上音箱，輸出音樂信號。旋轉(zhuǎn)音量電位器，看音量大小是否有變化，至此完成電路的組裝與調(diào)試。</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　此次的畢業(yè)設(shè)計采用了LM386功放電路設(shè)計原理，完成了高效率音頻功率放大器的設(shè)

29、計與制作。在此期間，我查閱了大量資料，找老師輔導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改論文，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實，通過這次實踐，我了解了音頻功率放大器的用途及工作原理。熟悉了音頻功率放大器的設(shè)計步驟，鍛煉了設(shè)計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立的設(shè)計能力，此次畢業(yè)設(shè)計是我對專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。</p><p>　　但是畢業(yè)設(shè)計也暴露出了自己專業(yè)基礎(chǔ)的許多不足之處，

30、比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等，這次實踐是對自己大學(xué)三年所學(xué)知識的一次大檢驗，使我明白了自己知識還很不全面，馬上要畢業(yè)了，自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作實踐中逐漸學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 茅于海：漫談音頻D類放大器[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2006

31、（5）。</p><p>　　[2] 童詩白：華成英:模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社.2001。</p><p>　　[3] 姚福安：音頻功率放大器設(shè)計，山東大學(xué)學(xué)報，2003年06期。</p><p>　　[4] 牟小令：高效率音頻功率放大器，西南師范大學(xué)學(xué)報，2003年01期。</p><p>　　[5] 張 平：關(guān)于音頻

32、功率放大器的應(yīng)用，安陽大學(xué)學(xué)報，2002年02期。</p><p>　　[6] 曾廣興：現(xiàn)代音響技術(shù)應(yīng)用，廣東科技出版社，1997年3月。</p><p>　　[7] 方佩敏：音頻功率放大器，電子世界，2003年08期。</p><p>　　[8] 謝自美：電子線路設(shè)計 實驗 測試，華中科技大學(xué)出版社</p><p><b>　　致

33、謝</b></p><p>　　本設(shè)計是在顧老師的精心指導(dǎo)和鼓勵下完成的。顧老師深厚扎實的學(xué)識，嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)和真誠謙遜的品質(zhì)，是我在這次設(shè)計過程中受益匪淺，在此，謹向顧老師表示衷心的感謝！</p><p>　　感謝所有支持和幫助過我的老師和同學(xué)!此外，我要感謝在我的論文中所有被援引過的文獻的作者們，他們是我的知識之源！最后，再次向所有給予我?guī)椭凸膭畹耐瑢W(xué)和老師致以最誠摯的謝意！

34、</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　電路電子元件清單</b></p><p><b>　　文獻綜述</b></p><p>　　傳統(tǒng)的數(shù)字語音回放系統(tǒng)包含兩個主要過程：（1）數(shù)字語音數(shù)據(jù)到模擬語音信號的變換實現(xiàn)；（2）利用模擬功率放大器進行模

35、擬信號放大，如A類、B類和AB類放大器。從1980年代早期，許多研究者致力于開發(fā)不同類型的數(shù)字放大器，這種放大器直接從數(shù)字語音數(shù)據(jù)實現(xiàn)功率放大而不需要進行模擬轉(zhuǎn)換，這樣的放大器通常稱作數(shù)字功率放大器或者D類放大器。　A類、B類和AB類放大器是模擬放大器，D類放大器是數(shù)字放大器。B類和AB類推挽放大器比A類放大器效率高、失真較小，功放晶體管功耗較小，散熱好，但B類放大器在晶體管導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換過程中會因其開關(guān)特性不佳或因電路參數(shù)選擇不

36、當(dāng)而產(chǎn)生交替失真。而D類放大器具有效率高低失真，頻率響應(yīng)曲線好。外圍元器件少優(yōu)點。AB類放大器和D類放大器是目前音頻功率放大器的基本電路形式。D類功放是一種將輸入模擬音頻信號或數(shù)字信息變換成PWM(脈沖寬度調(diào)制)脈沖信號,然后用PWM脈沖信號去控制大功率開關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關(guān)放大器。具有效率高的突出優(yōu)點.數(shù)字音頻功率放大器也看成是一個功率數(shù)模變換器.放大器由輸入信號處理電路、開關(guān)信號形成電路、大功率開關(guān)電路(半橋式和全

37、橋式)</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 茅于海：漫談音頻D類放大器[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2006（5）。</p><p>　　[2] 童詩白：華成英:模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社.2001。</p><p>　　[3] 姚福安：音頻功率放大器設(shè)計，山東大學(xué)學(xué)報，

38、2003年06期。</p><p>　　[4] 牟小令：高效率音頻功率放大器，西南師范大學(xué)學(xué)報，2003年01期。</p><p>　　[5] 張 平：關(guān)于音頻功率放大器的應(yīng)用，安陽大學(xué)學(xué)報，2002年02期。</p><p>　　[6] 曾廣興：現(xiàn)代音響技術(shù)應(yīng)用，廣東科技出版社，1997年3月。</p><p>　　[7] 方佩敏：音頻功

39、率放大器，電子世界，2003年08期。 節(jié)薁羈襖芁蚃螄膃芀莃羀聿荿蒅螂羅莈薇羈袁莈螀螁艿莇葿蚃膅莆薂衿肁蒞蚄螞羇莄莄袇袃蒃蒆蝕膂蒃薈裊肈蒂蟻蚈羄蒁蒀襖羀蒀薃螇羋葿蚅羂膄蒈螇螅肀蕆蕆羀羆肄蕿螃袂膃蟻罿膁膂莁螁肇膁薃羇肅膀蚆袀罿膀螈蚃羋腿蒈袈膄膈薀蟻肀膇螞袆羆芆莂蠆袂芅蒄裊膀芄蚇蚇膆芄蝿羃肂芃葿螆羈節(jié)薁羈襖芁蚃螄膃芀莃羀聿荿蒅螂羅莈薇羈袁莈螀螁艿莇葿蚃膅莆薂衿肁蒞蚄螞羇莄莄袇袃蒃蒆蝕膂蒃薈裊肈蒂蟻蚈羄蒁蒀襖羀蒀薃螇羋葿蚅羂膄蒈螇

40、螅肀蕆蕆羀羆肄蕿螃袂膃蟻罿膁膂莁螁肇膁薃羇肅膀蚆袀罿膀螈蚃羋腿蒈袈膄膈薀蟻肀膇螞袆羆芆莂蠆袂芅蒄裊膀芄蚇蚇膆芄蝿羃肂芃葿螆羈節(jié)薁羈襖芁蚃螄膃芀莃羀聿荿蒅螂羅莈薇羈袁莈螀螁艿莇葿蚃膅莆薂衿肁蒞蚄螞羇莄莄袇袃蒃蒆蝕膂蒃薈裊肈蒂蟻蚈羄蒁蒀襖羀蒀薃螇羋葿蚅羂膄蒈螇螅肀蕆蕆羀羆肄蕿螃袂膃蟻罿膁膂莁螁肇膁薃羇肅膀蚆袀罿膀螈蚃羋腿蒈袈膄膈薀蟻肀膇螞袆羆芆莂蠆袂芅蒄裊膀芄蚇蚇膆芄蝿羃肂芃葿螆羈節(jié)薁羈襖芁蚃螄膃芀莃羀聿荿蒅螂羅莈薇羈袁莈螀螁艿莇葿蚃膅莆薂