高效音频功率放大器(专科组a)

合集下载

音频功率放大器课程设计

适用标准文案

电子技术综合训练

设计报告

题目：音频功率放大器

姓名：陈邈宏

学号：11220408

班级：自动化四班

同构成员：赵斐白治龙

指导教师：骆作颢

日期：

设计题目音频功率放大器

电子信息与电

学生姓名陈邈宏所在院系专业、年级、班 11 级自动

化四班气工程学院

一．设计内容及技术要求：

设计并制作一个音频功率放大器，将MP3输出的音乐信号放大。

基本要求：

1.放大器有两个 MP3输出输入接口；

2.能够使用电子开关进行音源选择，而且能够用发光二极管指示；

3.放大器设有音量控制，功率放大功能；

4.主要技术指标以下：

（1）额定输出功率： 2 ×1 W （或 2×5 W）（THD<=0.5%）

（2）负载阻抗： 8 欧姆

（3）输入阻抗：》600 欧姆

5.电源： 220V/50HZ的工频沟通供电：

（注：直流电源部分即达成设计即可，不准制作，用实验室供给的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够知足电路要求）

6. 依据以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用 MULTISIM 或

OrCAD/PspiceAD9.2 进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，达成调试，测

试，撰写设计报告。

发挥部分：

1．设计平衡电路（音调电路）。

2．有电平指示功能。

二．提交成就

1.设计报告。

2.作品。

3.电路原理图：要求提交两份，一份为 CAD/EDA软件绘制，另一份为手工绘制，

图纸大小自定，但要切合标准，电路图绘制要规范。

三．设计进度

1.时间：三周。

2.进度安排：

（1）第一周选题，熟习题目，剖析要求，查找资料，选择方案，优化方案，确立方框图，单元电路设计，选择元器件；

9.5高效率音频功率放大器

V
C
1
R
+
C
0
1
K
2、单片机系统：
C
1
Z
C
1
C
2
3
3
3
0
0
P
P
3
3
3
3
3
3
3
3
1
1
1
1
1
1
1
1
8
7
6
5
4
3
2
1
8
7
6
5
4
3
2
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0 9
8
7
6
5
4
3
2
1
三、功率测量及显示电路：
G
XTAL1
XTAL2
P3.7
P3.6
P3.5
P3.4
P3.3
P3.2
P3.1
P3.0
5
1
C 1
1
R10
V
u 0 6
F 0.1uF
C 0
V
K
2 G

高效率音频功率放大器评述

理想特性。
③
①
华南师范大学的李子升等同学的控制电路的设计可见图
４、图５及图６。该作品所采用的改进的ＰＭ调制方案，０信Ｗ
信号
号输入时，两路的输出电压同相，负载上的电压为Ｏ；无信号输入时，输出负载为扬声器有关的电压电流波形似为０，此时
间应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（学生证）随时如
备查。
准时结束。现场封存实物和设计报告，报告中必须写上学校名源自文库称和参赛队员姓名。准时离开现场，在门外等候，由监赛人员检查
竞赛装置后，方能离开。
维普资讯 http://www.cqvip.com 设计竞赛
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ
高效率音频功率放大器评述
・
全国大学生电子设计竞赛全国专家评审组专家赵振纲・
《高效率音频功率放大器》（Ｄ题）的任务是设计一个在５电源电压工作的音频功率放大器，要求最大正弦波信号输Ｖ出功率不小于１，在中、低功率输出（０ｍ，２ｏＷ５０Ｗ０ｍｗ）时，有尽量高的效率，并要求在尽量低的电源电压下可以工作。其目的是设计一个适于电池供电的节电的功率放大器。对于这样的题目要求，本题限制使用Ｄ类集成功放，因而必须自己设计Ｄ类功放。由于高性能功率场效应管的应用已经很普遍了，因此本设计任务的关键部分是开关控制电路的设计，它直接关系到效率、低电压工作特性指标。

高保真音频功率放大器设计

高保真音频功率放大器是一种能够放大电信号的设备，用于驱动扬声器或头戴耳机等音响设备。它的设计目标是尽可能地保持输入信号的原始特性，同时输出高质量的音频信号。本文将介绍高保真音频功率放大器的设计中的关键因素和步骤。

首先，设计一个高保真音频功率放大器的关键因素之一是选择合适的放大器拓扑结构。通常使用AB类放大器作为高保真音频功率放大器的基本拓扑结构。AB类放大器有两个工作状态，A类状态用于低功率操作，而B类状态用于高功率操作，这可以提供高效率和低失真的输出。

其次，使用线性化技术对放大器进行线性化处理也是关键因素之一、线性化技术的目的是减小失真并提高放大器的线性度。常见的线性化技术包括负反馈、反噪音技术、温度补偿技术等。负反馈是一种将输出信号与输入信号相比较的技术，通过调节放大器的增益和频率响应来减小失真。反噪音技术通过消除输入信号中的噪音来提高放大器的信噪比。温度补偿技术可以有效地消除温度对放大器性能的影响。

另外，选取合适的元件和电路参数也是设计高保真音频功率放大器的重要步骤之一、首先，选取合适的功率管要求其具有低失真、高带宽等特性。其次，电源的设计也很关键。音频功率放大器的电源设计需要保证输出信号的稳定性和供电的整洁性，以避免电源噪声对音频信号的干扰。辅助电路、滤波器、阻抗匹配网络等也需要合理选取和设计。

最后，进行实际的电路实现和调试是设计过程的最后一步。设计者需要通过仿真和实际测量来验证设计的性能和指标。同时，还需要不断地调整电路参数和元件选择，以达到设计要求。

音频功率放大器

电子课程设计说明书

设计题目：音频功率放大器

设计者专业：

所在班级：

设计者姓名：

设计者学号：

指导教师：

2011年##月##日

1设计题目及任务 (3)

1.1设计题目 (3)

1.2设计任务 (3)

2设计方案及原理图 (4)

3电路工作原理分析 (5)

4印刷电路板设计及分析 (6)

5焊接与调试 (8)

收获与体会 (9)

致谢 (10)

附录 (11)

参考资料 (12)

1设计题目及任务

1.1设计题目

音频功率放大电路

1.2设计任务

设计并制作一个音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗8 。

1、设计出电路原理图。

2、画出印刷电路板、设置导线的尺寸，给出连通孔、元件孔、焊盘的直径，

线路板宜小不宜大。

3、绘制印刷电路板的附属图：①器件安装位置符号图（丝网图）（正面与

反面）；②阻焊剂掩盖图（单面板反面）；③助焊剂涂复图（反面）；④

铭牌（正面或反面）等。

4、给出必要的图例、图标及注释等。

2设计方案及原理图

3电路工作原理分析

ui=0 时，R1、R2分压使VT3、VD1、VD2 导通, VD1、VD2的导通可以令VT1、VT2处于微导通状态。同时电源+Ucc通过VT1对输出电容C2充电,使其左+右－。

ui < 0 (输入信号的负半周)VT1正偏导通,VT2反偏截止。VT1 导通一方面对输出电容C2充电,补充损失的电量 , 另一方面向负载 R3 输出电流i (向负载输出功率Po) 。

ui>0(输入信号的正半周)VT2正偏导通,VT1反偏截止。VT2的导通令输出电容 C2有了一个放电通路,C2的放电电流反向通过负载 R3 , 形成电流i , 同时向负载输出功率Po。为保证C2两端的电压不因充电或放电时变化太大,C2的容量一定要足够大。由分析知:输出负半周时,电容C2作为电源使用。负半周放电损失电量,正半周充电补充电量。

高效音频功率放大器(专科组a)

高效音频功率放大器(专科组A题)

一、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+6V（电路其他部分的电源电压不限），负载为8Ω电阻。

二、要求

1. 基本要求

(1) 3dB通频带为300Hz～3000Hz，输出正弦信号无明显失真。

(2)最大不失真输出功率≥1W。

(3) 输入阻抗>10k，电压放大倍数1～20连续可调。

(4) 低频噪声电压≤10mv，在电压放大倍数为10，输入端对地交流短路时测量。

(5) 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%。

（6）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，如图1所示。图1中，高效率功率放大器组成框图可参见本题第四项“说明”。

（7）增加输出短路保护功能。

2．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）设计并制作一个可测量该功率放大器输出电流、功率的装置，要求具有3位数字显示，精度优于5%。

（4）其他

三、说明

1．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类放大原理框图如图2。本设计中如果采用D类放大方式，不允许使用D类集成功率放大电路。

2．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（+6V），不包括“基本要求”中第（6）、（7）项涉及的电路部分功耗。制作时要注意便于效率测试。

3．在整个测试过程中，要求输出波形无明显失真。

音频功率放大器资料课件

额定输出功率
在一定条件下，放大器能够持续输出的最大功率。这是衡量放大器性能的重要指标。
峰值输出功率
在短时间内，放大器能够输出的最大功率。它反映了放大器的动态范围和承受瞬间大信号的能力。
频率响应
频率响应
放大器对不同频率信号的放大能力。理想的频率响应应该是平直的，但在实际中可能会有一定的
THANK YOU
感谢各位观看
02
音频功率放大器技术
模拟放大技术
模拟放大技术概述
工作原理
模拟放大器通过连续的电压或电流变化来放大音频信号。
模拟放大器使用电子管或晶体管等器件，通过线性放大音频信号的电压或电流，以产生更大的输出信号。
优点
缺点
模拟放大器具有较低的失真和较好的音质，适用于需要高保真音质的应用。
模拟放大器通常较大、较重，且功耗较大，成本也较高。
放大的音频信号通过输出级驱动扬声器或其他音频输出设备，产生声音。
反馈控制
为了提高放大质量和稳定性，音频功率放大器通常采用负反馈技术，对信号进行实时监测
和调整。
分类与特点
分类
根据结构和功能的不同，音频功率放大器可分为晶体管放大器、电子管放大器和集成电路放大器等类型。
特点
不同类型的音频功率放大器具有不同的特点和应用场景，如晶体管放大器具有较高的效率和稳定性，适合用于专业音响系统；电子管放大器具有独特的音色和复古风格，适合用于音乐发烧友和家庭影院等场合。

议高效音频功率放大器

一
Ｄ类（数字音频功率）放大器是一种将输入模拟音频信号或ＰＣＭ数字信息变换成ＰＷＭ（脉冲宽度调制）或ＰＤＭ（脉冲密度调制）的脉冲信号，然后用ＰＷＭ或ＰＤＭ的脉冲信号去控制大功率开关器件通／断音频功率放大器，也称为开关放大器，具有效率高的突出优点。数字音频功率放大器看上去也就是一个一比特的功率数模变换器。放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路（半桥式和全桥式）和低通滤波器（ＬＣ）等四部分组成。Ｄ类放大或数字式放大器系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。近几年，国际上对Ｄ类功放的研究与开发已经有了很大的发展。几家著名的研究机构与公司已经成功地研制出好几种此类音频功率放大器。这一技术显示了它高效、节能、环保、数字化的特点。现在这技术正在迅猛发展，前景一片光明。
广阔的发展前景。在音频领域发展的几十年里，Ａ类、Ｂ类、ＡＢ类音频功率放大器一直占着主导地位。随着科技的不断发展，音频功率放大器也有了新的研究成果。
得输出信号的半个波形被削掉了。如果利用两个管子都工作在乙类放大状态，一个工作在正半周期，另个工作在负半周期，从而在负载上得到一个完整的波形，解决效率与失真的矛盾。

音频功率放大器设计

改进方向
进一步优化电路结构，降低噪声干扰。
未来工作展望
技术发展趋势
随着电子技术的进步，音频功率放大器将朝着更高效率、更低噪声、更宽频带和更小体积的方向发展。
未来工作展望
未来研究方向
研究新型放大电路结构，提高放大器的性能和效率。
探索数字音频功率放大技术，实现音频信号的数字化处理和放大。
未来工作展望
实际应用前景
在家庭音响、公共广播、会议系统和专业音响等领域，音频功率放大器有着广泛的应用前景。随着技术的进步和应用需求的增长，音频功率放大器将发挥更加重要的作用。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
目前市场上的音频功率放大器产品种类繁多，性能各异，但普遍存在效率不高、音质不佳等问题。
设计目标
提高音频功率放大器的效率
通过采用先进的电路设计和优化的元件布局，提高音频功率放大器的效率，从而减少能源浪费和散热问题。
提升音质表现
通过精心选择元件和优化电路参数，改善音频功率放大器的音质表现，使声音更加清晰、逼真。
音频功率放大器的工作原理基于电子管的放大作用或晶体管的放大作用，通过改变输入信号的电压或电流，使输出信号的电压或电流得到大幅度的提升。
音频功率放大器的分类
按工作原理分类
可以分为电子管放大器和晶体管放大器两类。电子管放大器通常具有较为柔和的音色和较高的音质，而晶体管放大器则具有较高的效率和较低的成本。

A类音频功率放大器[实用新型专利]

专利名称：A类音频功率放大器专利类型：实用新型专利

发明人：朱自付

申请号：CN200820032680.5申请日：20080227

公开号：CN201171195Y

公开日：

20081224

专利内容由知识产权出版社提供

摘要：A类音频功率放大器，包括前置放大电路和A类放大电路，前置放大电路为CMOS电路，A 类放大电路采用MOSFET管，前置放大电路的CMOS输出与A类放大电路的MOSFET管输入直接耦合；音频电信号输入前置放大电路，经过A类放大电路，由MOSFET管的源极输出。本实用新型属于一级A类音频放大电路，广泛用于高保真播放系统，它的输入端信号源可以是AM/FM，也可以来自CD和MP3输出，使用这样一台由CMOS电路和MOSFET场效应管构成的纯A类放大器，音质高音部分显得透亮，中音部分表现有力度，低音部分将产生一定的震撼和冲击力，本实用新型保留了电子管收音机的优点，同时电路采用晶体管半导体器件，功耗小，体积小。

申请人：熊猫电子集团有限公司,南京熊猫电子股份有限公司,南京熊猫汉达科技有限公司

地址：210002 江苏省南京市中山东路301号

国籍：CN

代理机构：南京天翼专利代理有限责任公司

代理人：黄明哲

更多信息请下载全文后查看

音频功率放大器的分类

音频功率放大器是将音频信号放大到足够驱动扬声器的电路。根据放大电路的

形式和工作原理，音频功率放大器可以被分为许多不同的类别。在本文中，我们将介绍几种常见的音频功率放大器。

A类放大器

A类放大器是一种最常见、最基本的放大器。它的工作原理是将音频信号通过

放大电路进行放大。A类放大器的主要特点是其输入信号和输出信号完全相同。它可以提供最高质量和最低形变的音频信号，但相比其他的放大器，A类放大器的效率较低，因为其功率大部分用于产生热量而非音频输出。由于较低的效率，A类放大器适用于低功率电路、音质要求高的音频设备和灵敏度要求高的音频应用。

B类放大器

B类放大器是一种相对于A类放大器而言更为高效的放大器。B类放大器的原

理是在AC信号的零点时关闭放大器，而在正弦波的峰值（正或负）点时打开放大器，将正弦波的上半部分或下半部分放大输出。这样的输出会产生总体形变，因为放大器仅工作在正弦波的上半部分或下半部分。然而，B类放大器的效率高于A

类放大器，因为它仅在放大信号时启用放大器。B类放大器适用于高功率电路、需要较高的能量效率的音频设备和不要求超高音质的音频应用。

AB类放大器

AB类放大器是一种介于A类放大器和B类放大器之间的放大器类型。它是通

过在负载处添加一个偏置电压来保持控制电路处于开启状态，但是通过控制电路来限制偏置电压。由于控制电路的存在，AB类放大器能够更好地平衡功率效率和音质。这种放大器通常用于大功率音频放大器和需要高保真度的音频应用。

C类放大器

C类放大器是一种工作于无方式的放大器。它仅在信号高于某个阈值时才会使

高效音频功率放大器的设计

摘要

在音频功率放大器的市场上，AB类一直处于统治地位。近年来，随着MP3、DVD 和移动电话等便携式消费电子产品的普及，D类音频功率放大器以高效率、低功耗、小体积的优点日益成为音响领域的主流，在未来便携式和大功率音频视频领域中将具有广阔的发展前景，因此对高效音频功率放大器的设计具有十分重要的意义。

本设计根据D类功放的工作原理设计的D类音频功率放大器，能对音频信号进行放大，放大器的通频带达到300~3400HZ，输出功率1W，输出信号无明显失真。根据D类功放的原理分别设计了前置放大模块、三角波产生模块、比较器模块、驱动模块、H 桥互补对称输出及低通滤波模块等。其中三角波产生器及比较器共同组成脉宽调制（PWM）模块，H 桥互补对称输出电路采用驱动电流小、低导通电阻及良好开关特性的VMOSFET 管，滤波器采用两个相同的四阶B utterworth 低通滤波器。经过仿真和测试都达到了设计的要求。

关键词：高效，音频， D类功放，放大器

Design of High-Efficient Audio Power Amplifier

ABSTRACT

In the audio power amplifier market, AB has been the dominant class. In recent years, along with MP3, DVD and mobile phones, the popularity of portable consumer electronic products, D audio power amplifier with high efficiency, low power, small size advantage of the field is increasingly becoming the mainstream audio, portable and high-power audio in the future Video area will have a bright future,Therefore, efficient audio power amplifier design is of great significance.

A、B、AB、D类音频功率放大器

D类音频功率放大器(Class D Audio Power Amplifier)

近二十年来电子学课本上所讨论的放大器偏压(Bias)分类不外乎A类、B类、C类等放大电路,而讨论音频功率放大器仅强调A类、B类、AB类而却把D类放大器给忘掉了，事实上D类放大器早在1958年已被提出（注一)，甚至还有E 类、F类、G类、H类及S类等(注二),只是这些类型的电路与D类很接近，运用机会低，所以也就很少被提及.

音频功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率输出，而卫衍生与电源所供给功率不对等的关系，即所谓功率放大器的效率（输出功率与输入功率之比）如表一所示：

偏压分类A类AB类B类D类

理想效率25％介于A与B类之间78.5% 100％

随着轻、薄、短、小手持电子装置的发展，诸如手机、MP3、PDA、IPOD 及LCD TV…数位家庭等，寻求一个省电的高效率音频功率放大器是必然的。因此最近几年音频功率放大器由AB类功率放大器转以D类功率放大器为主流。如图1所示(注三)，在实际应用上D类放大效率可达90％以上远超过效率50％的AB类放大。所以D类放大的晶体管散热可大大的缩小，很适合应用于小型化的电子产品。

表一各類功率放大器的效率比

圖 1 D類及AB 類效率比較

A类放大器（又称甲类放大器）的特点是不论是否输入信号，其输出电路恒有电流流通，而且这种放大器通常是在特性曲线的线性范围内操作,如图2所示，以求放大后的信号不失真。所以它的优点，是失真度小，信号越小传真度越高，最大的缺点是“功率效益"（Power Efficiency）低,最大只有25%,不输入信号时丝毫不降低消耗功率,极不适合做功率放大。但因其高传真度，部分高级音响器材仍采用A类放大器。

音频功率放大器

一、设计内容

设计并制作一个功率放大器

二、设计要求

1、输入信号：150~500mV

2、输出功率：>10W

3、频带宽度：10~1400Hz

三、设计方案提示

本方案采用前置放大器、集成功率放大器和电源三大部分组成。

1、前置放大器的任务是把各种信号源送来的声音信号进行足够的放大，以供给功率放大器。

电路如图1所示。

图1

图中话筒输入插口(MIC IN)接动圈式话筒，一般动圈式话筒的输出电压仅有几毫伏。线路输入插口(LINE IN)信号是由录音机或收音机来的高电平音频信号，这些信号约为150~500mV。由于话筒送来的信号电压太小，因此必须先经放大后，才能与线路输入来的信号进行混合放大。A是由集成放大器组成的同相输入比例放大器，放大倍数约为(R3+R4)/R3=210倍，如果话筒输入电压是1mV，那么经过A1放大可得210mV的输出电压。

B是集成运放组成的混合放大器，它也是一个同相输入放大器，放大倍数为(R7+R8)/R7=20倍，其输出信号电压可达3V左右，足以推动功率放大器。

电位器Rp1可用来调节话筒来的信号的大小，R5是隔离电阻，可以避免当Rp1动端移至接地端时，线路来的信号被短路到地。

R9、C3、R10、C4是电源去耦电路，以防止电源交流声和汽船声。C1、C2为耦合电容。

2、功率放大器是把经前置放大器进行电压放大以后的音频信号再进行功率放大，以输出可

以驱动扬声器发出声音的电压信号。电路图如图2所示。

图2

TDA2030是高保真集成功率放大器，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的使用很方便，只需在其外部接有少量元器件。

高效音频功率放大器设计【开题报告】

毕业论文开题报告

电子信息工程

高效音频功率放大器设计

一、课题研究意义及现状

音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。

长期以来，高品质音频放大器的工作类别，只限于A类(甲类)和AB类(甲乙类)。其原因在于过去只有电子管这样的器件，B类(乙类)电子管放大器产生的失真使它们甚至在公共广播用时都难于被人们所接受。所有的自称为高保真放大器均工作于推挽式的A类(甲类)。

进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。

二、课题研究的主要目标任务和预期目标

主要内容目标：

设计一个高效率音频功率放大器。基本要求：

(1)3dB通频带为300-10kHz，输入正弦波无明显失真。

(2)输入阻抗大于10k欧姆。

(3)负载为8欧姆时，最大不失真输出功率大于1W。

(4)放大倍数1-20连续可调。