课程设计功率放大器的应用1Word文档格式.docx

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专业名称

班级

指导教师

成绩

学院

二○一二年六月

摘要：

率放大器设计能够提高功率放大器的线性，是当前微波电路设计研究的热点。

功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。

由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。

本次课程设计是检验理论水平、实践动手能力及理论结合实际能力，要求具有一定的分析处理问题能力和自学能力的一个比较重要得实践课程。

通过这样的过程，使我们的实践水平有一次较为全面的检测，同时也使我们硬件方面的能力有所提高，对以后的学习有着非常重要得意义。

关键字：

OTL，OCL，运算放大器，原理图

Abstract:

Ratecanimprovepoweramplifieramplifierdesignoflinear,isthecurrentmicrowavecircuitdesignresearchhotspot.Poweramplifierhereinafterreferredtoasthepoweramplifier,cansayisthebiggestofallkindsofaudioequipmentafamily,anditsfunctionmainlyistheaudiosourceequipmentinputwillbeaweaksignalafteramplification,generateenoughcurrenttopromotethereplayofthespeakerofthesound.Owingtoconsideringpower,impedance,distortion,dynamicanddifferentusescopeandcontroladjustmentfunction,differentpoweramplifierininternalsignalprocessinglinedesignandproductiontechniquesarealsodifferent.

Thiscourseisdesignedtotestthetheoreticallevel,practicalabilityandthetheorycombinedwithpracticalability,shouldhavecertainanalysisproblemabilityandself-educatedabilitiesofamoreimportantthepracticecourse.Throughthisprocess,makeourpracticeleveloncemorecomprehensivetestandimprovetheabilityofthehardware,afterlearningofthehasaveryimportantsignificanceto.

KeyWords:

OTL,OCL,operationalamplifiers,principlediagram

1.功率放大器简介

功放是功率放大器的简称，是音响系统中最基本最主要的设备，良好的音响系统起主要作用的电路结构就是功放。

功率放大器是音响器材中最大的一个家族，他的作用是将音源器材输入的较微弱信号进行功率放大，产生了足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。

功率放大器有很多种类型，根据据使用的元器件的不同,音频功率放大器一般分为电子管型,晶体管型（三极管和场效应管）,胆石混合机和集成电路型。

在HI-FI里，电子管功率放大器比晶体管功率放大器的音质好很多。

但是电子管功率放大器造价却十分昂贵，这大大增加了功率放大器的成本。

而晶体管功率放大器频响宽，是目前能输出功率最大的功率放大器，但是相对于集成功放功耗比较大。

此外，集成电路功率放大器的制作简单，性能稳定和价格低廉是市场占有率最高的一种。

根据功率放大器与扬声器的连接方式不同，功率放大器又分为有变压器耦合，RC耦合和直接耦合等几种。

根据功率放大器的工作方式不同又可以分为甲类、乙类、甲乙类和D类等功率放大器。

功率放大器不仅对音频功率放大器的电流信号进行放大，而且放大了音频电压信号,以满足外接负载的功率要求同时，功率放大器的频率特性非常平坦,信噪比很高和动态特性好等功能。

音频功率放大器主要由电源电路，前置放大电路，音量调节器，音调调节器和功率放大输出电路组成如音频功率放大器电路方案图所示。

图1功率放大器电路方案图

1.1功率放大器几个重要的技术指标

功放是音响系统中最重要的设备之一，是一种很专业和实用的家用电器设备。

从以前的留声机到现在的专业音响，功放经历了一个漫长的发展阶段。

现在的功放越做越好，质量好的音响价格是非常昂贵的，质量较好的就能卖到几千元以上。

怎样来衡量一个功放系统质量的好坏呢？

其实音响系统的性能好坏是音响系统每一个单元的性能所决定的。

谐波失真是表示音响设备品质的一个重要参数，谐波失真分为很多类，最重要之一就是总谐波失真。

这些都是用百分数表示的，而且数值越小表示声音的品质越好。

一般在1KHZ出总谐波失真最小。

第二就是信噪比用英文S/N表示，S/N则表示噪音的高低一般信噪比越高表示产生的噪音就会越小。

第三是保真度，保真度就是用来衡量音响放出的声音与原有的接近程度。

但是不是高保真不代表声音是最好听的，所以声音的优美与动听取决于电器设备对声音的处理与对声音的美化和修饰。

保真度越高说明与原音越接近。

第四就是频率响应，衡量音响性能的优劣和价位的一个重要的指标，直接关系到价位的高低。

用分贝来表示频率响应的大小，一台音响的响应频率越小就说明这台音响系统的性能越高。

还有就是动态范围和阻尼系数等等都是衡量音响系统设备的重要因素。

当然还有功率放大器的安全性和可靠性具体内容如重要性能指标表所示。

表1重要性能指标表

名称

内容

谐波失真

谐波失真是指用信号源输入信号时，输出信号比输入信号多出的谐波成分。

谐波失真是的原因是系统不是完全线性，它通常用百分数来表示。

所有附加谐波电平之和称为总谐波失真

信噪比（S/N）

信噪比是功率放大器额定输出电压与无信号输入时实测噪声电压比称为信号噪声比，简称信噪比，通常以分贝数来表示

保真度

保真度就是音箱的重放声与原发声接近的程度，接近程度很高的功率放大器就是高保真功率放大器

频率响应

频率响应是音响系统能够重放的频率范围，以及在此范围内信号的变化量，同时也叫作频率特性

动态范围

动态范围是声音中最强与最弱的比值，用分贝来表示

阻尼系数

阻尼系数是指放大器的扬声器阻抗与功率放大器实际阻抗的比值。

阻尼系数大表示功率放大器的输出电阻小，阻尼系数小表示功率放大器的输出电阻大。

1.2输出功率

功率放大器还有一个非常重要的的性能就是输出功率，关系到功放设计的功率输出的计算以及重要的参数指标和任务指标。

功率放大器主要分为三种输出功率第一种就是额定输出功率用英文字母RMS表示，它一般是指功放输出的失真度比某一数值的最大功率小时在额定负载上得到的输出功率，功率放大电路中得到额定输出功率、负载电阻和负载上的电压三者之间的关系式为：

上式中的P0表示的是额定输出功率，UL表示的是负载电阻两端的电压有效值，RL是负载电阻[6]。

在功率放大器输出功率包含的三个内容中额定输出功率是人们最关心的内容实际上也是实际意义最大的。

第二种就是最大输出功率，最大输出功率的内容同样是指在不考虑失真度指标的情况下，音频功率放大器可连续输出的最大功率，这个内容能够反映了音频功率放大器能够带功率多大的负载，用字母POCM表示。

第三种是峰值音乐输出功率，它用字母PMPO表示。

它是音频功放处理实际音乐信号的能力的重要参数和指标。

2.方案论证及其工作原理简述

在设计之前我大量地查询了资料。

从不同的渠道了解各种功率放大器的方案进行了一个星期的比对，认清它们各自的优缺点，从中选择一种适合自己设计要求方案来进行论述。

并通过一定的方法进行验证，然后在进行剖析与分析，说明它们的工作原理。

然后选择方案。

2.1方案论证与选择

方案一

用晶体三级管搭建一个分立元件功率放大电路。

用晶体管差分式电路做功放的前置放大器前置放大电路会把输入的电压以电流的方式输出。

用晶体管搭建的共集电极电路做功率放大器的中间级进行电压放大。

用推挽互补电路做功率放大器的输出级电路进行电流放大级同时带动扬声器。

用晶体管并联组成达林顿电路增加功率放大器的输出功率，增加到输出功率不小于10W。

方案二

设计一个基于集成功率放大芯片的功率放大器，用集成运算放大器LM324做功率放大器的前置放大电路放大输入的信号和音调调节器进行高低音的选择。

用数字芯片做功率放大器的音量控制器调节声音的大小。

用体积小，效率高的集成功放TDA2030做功率放大器的输出级从而带动扬声器。

就甲类功放乙类功放和甲乙类功放的工作效率来看，甲类功放的损失功率是最大的，所以工作效率最低。

甲乙类功率放大器在输出的电平低于某一电平时，两个输出器件都导通，其状态工作于A类功放；

当电平增高时，两个器件都将完全截止，而另一个器件将得到更多的电流。

甲乙类功放在工作状态开始时，失真会突然上升，其线性比A类功率放大器和B类功率放大器差。

故甲乙类功放的工作效率在甲类功放和乙类功放之间。

乙类功放是工作效率相对最高的功率放大器。

但是乙类单管放大电路虽然管耗小，效率高，但其输出波形严重失真即使供电使用双电源，在交替导通交接处的时候两管很容易产生交越失真，（功放出现的失真有很多种其中最重要的失真有输出级失真，交越失真，电压放大级失真，电源退耦失真，电容失真等五种失真[19]）并且电路非常复杂性能也不稳定。

而集成功率放大器由集成功放电路和一些外部阻容元件构成。

相比单管放大电路，电路结构很简单，集成功率放大电路在电子电路中得到了广泛的运用。

集成电路功率放大器的主要特点包括电路具有集成化、输出功率大、效率高、失真小等等。

集成功率放大器内部还有保护电路，利于散热而且功耗很低。

本设计就是利用集成功率放大器电路TDA2003来设计了一个实用的音频功率放大器，该集成电路融合了单管放大电路的特点，内部也置有保护电路，小型功率放大器常常会用到这个器件。

而且与分立元件功率放大器相比的体积小变小了、重量变轻了、调试也变得简单、效率也变得更高、失真小也小了，使用起来很方便，已经是音频领域中应用得到广泛运用的功率放大器，而且使用前景很大。

经过广泛地查阅资料和选择，终于决定本次设计将用到集成功率放大器芯片TDA2030制作B类功率放大器。

然后用两块TDA2030组成完全对称的BTL桥式电路。

3.BTL电路的组成及工作原理

BTL电路的电源利用率很高，相同的电源可以使负载获得较大的输出功率，这种电路又叫做平衡式无输出变压器电路，分立元件BTL电路如分立元件BTL电路图图所示。

图2分立元件BTL电路图

⏹图3-1中电路为乙类推挽放大电路，利用互补对称的2个电路完成对输入信号的放大；

它的输出电压的幅值为：

UOM=VCC。

⏹输