音频功率放大器
音频功率放大器毕业论文
音频功率放大器毕业论文毕业论文：设计并实现一款高保真音频功率放大器摘要：本文设计并实现了一款高保真音频功率放大器，基于分立元器件构成，采用双极性晶体三极管作为功率输出器件，具有高传输速度、低失真、高带宽等特点。
本文首先对音频功率放大器的基本原理进行了介绍，然后对电路的设计方案进行了阐述。
通过仿真和实验验证了此音频功率放大器的性能表现。
结果表明，所设计的音频功率放大器具有良好的失真和信噪比，达到了高保真放大的要求。
关键词：音频功率放大器、高保真、双极性晶体三极管、失真、信噪比一、导言音频功率放大器是音频系统的核心组成部分之一。
其作用是为低电平信号提供必要的电流或功率增益，使信号能够在扬声器上正常发声。
因此，在音频系统中，音频功率放大器的好坏直接影响着音响的声音质量。
目前市场上流行的音频功率放大器多采用集成电路作为输出器，尽管其具有体积小、功耗低等优点，但是其音质表现却无法和分立元器件构成的功率放大器相媲美。
因此，本文采用分立元器件构成音频功率放大器，力图实现高保真的声音放大。
二、音频功率放大器的基本原理音频功率放大器负责将输入信号放大到足够的电平，以驱动扬声器发声。
音频功率放大器一般分为三级：前置放大器、驱动放大器和功率放大器。
其中，前置放大器将输入的低电平信号放大到足够的电平，驱动放大器将其转换为更大的电流信号，而功率放大器则将其进一步放大，使之达到足够的功率以驱动扬声器发声。
音频功率放大器的输出电路通常采用直流耦合方式，即将输出电路直接耦合到扬声器，使之能够输出正弦波。
此外，为了防止QT失稳，输出电路通常采用反相式。
为了提升性能，一般会对输出电路进行并联、图桥、毛细管等方式的设计。
三、电路设计方案1、前置放大器前置放大器的作用是将输入的信号放大到足够的电平，为后续放大器提供足够的电流。
此处采用了双差分放大器作为前置放大器，其电路如下图所示：（图1）其中，Q1、Q2为输入级，Q3、Q4为相容器，R1、R2为电流源，C1、C2、C3为耦合电容，R3、R4、R5、R6、R7为偏置电阻。
音频功率放大器设计方案
音频功率放大器设计方案音频功率放大器是一种可以将低功率音频信号放大到较大功率的装置，用于驱动扬声器等音频设备。
设计一个音频功率放大器需要考虑众多因素，包括放大器的类型、放大电路的结构、电源的设计和保护电路等。
本文将详细介绍一个音频功率放大器的设计方案。
首先，我们需要选择适合的音频功率放大器类型。
常见的音频功率放大器类型有A类、B类、AB类、D类等。
A类功率放大器可以实现最好的音频质量，但是功率效率低，因此通常用于高要求音频品质的应用。
B类功率放大器功率效率高，但是存在较大的非线性失真。
AB类功率放大器在音频质量和功率效率之间取得了平衡。
D类功率放大器通过脉冲宽度调制技术实现高效率的功率放大，但是需要注意输出滤波电路的设计。
选择了功率放大器类型后，我们需要设计放大电路。
放大电路包括输入级、驱动级和输出级。
输入级负责将音频信号放大到适合驱动级的电平，驱动级将信号放大到足够驱动扬声器的电平，输出级将电压信号转化为电流信号驱动扬声器。
放大电路中的关键参数包括增益、带宽和失真等。
增益应根据实际需求进行设计，带宽应满足音频信号的要求，而失真应尽量降低。
接下来，我们需要设计电源。
音频功率放大器的电源是其正常工作的基础，电源的设计需要考虑稳压、低噪声和足够的电流输出能力等因素。
为了提高音频质量，我们可以考虑使用分立元件电源，避免共模噪声。
同时，应添加保护电路，如过流保护、过热保护和短路保护等，保证放大器在工作过程中的安全性和可靠性。
此外，还需要注意输入和输出接口的设计。
输入接口应该能够适应不同的音频信号源，如电视、音乐播放器等，同时应该具备常见的保护电路，如静音电路和防辐射电路。
输出接口应能够与扬声器匹配，保证音频信号的传输质量，以及具备短路保护电路，防止短路损坏扬声器。
最后，在设计方案完成后，我们需要进行模拟仿真和实际测试。
通过模拟仿真可以评估设计的性能指标，包括频率响应、相位响应和失真等。
实际测试可以验证设计方案的可行性和准确性，如测量电流、电压和功率等参数，并进行电磁兼容性和温度稳定性测试。
音频功率放大
摘要近几十年来在音频领域中，A类，B类，AB类音频功率放大器（额定输出功率）一直占据“统治”地位，其发展经历了这样几个进程：所用器件从电子管，晶体管到集成电路进程；电路组成从单管到推挽进程；电路形式从变压器到OTL，OCL，BTL 形式进程。
其最大体类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。
A类音频功率放大器的最高工作效率为50%，B 类音频功率放大器的最高工作效率为%，AB 类音频功率放大器的工作效率则介于二者之间。
可是无论A类，B类仍是AB类音频功率放大器，当它们的输出功率小于额定输出功率时，效率就会明显降低，播放动态的语言，音乐时平均工作效率只有30%左右。
音频功率放大器的效率低就意味着工作时有相当多的电能转化成热能，也就是说，这些类型的音频功率放大器要有足够大的散热器。
因此A类，B类，AB类音频功率放大器效率低，体积大，并非是人们理想中的音频功率放大器。
在本文中的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，可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知足人们的需求。
本文中具体论述了一种基于晶体管的D类音频功率放大器的设计组成与实现方式。
关键词：D类音频功率放大器；PWM调制器；H桥功率放大器电路。
I目录摘要 (Ⅰ)第一章音响的基础知识 (2)声音的大体特性 (2)音响的结构及参数………………………………………………………3放大器的技术指标 (3)第二章放大器的简介 (4)放大器的种类 (4)2.1.1A类放大器 (4)II2.1.2B类放大器 (4)2.1.3C类功率放大器 (5)2.1.4D类功率放大器 (6)D类功率放大器的原理 (6)第三章D类放大器的设计 (9)一般D类功率放大器的组成情况和分类 (10)各单元电路的作用介绍 (10)3.2.1前置放大器 (10)3.2.2脉冲宽度调制（PWM）电路 (10)3.2.3三角波发生器 (11)3.2.4驱动控制电路 (11)3.2.5 H桥式功率放大电路（功率输出电路） (11)3.2.6输出低通滤波器 (13)3.2.7负反馈电路 (14)3.2.8电平指示电路 (15)3.2.9音频功率放大器的供电电源 (16)部份电路的结构 (19)3.3.1死区校正和全桥驱动 (19)3.3.2自举 (19)3.3.3全桥结构 (20)第四章 D类功率放大器的单元电路设计 (22)前置放大电路 (22)三角波产生电路 (23)脉冲调制电路 (24)驱动控制电路 (25)功率输出电路 (26)滤波器电路 (26)电平指示电路（音量显示电路） (27)供电电源电路 (28)D类音频功率放大器的整体电路结构及结论 (29)参考文献 (30)III附录 (31)致谢 (33)IV第一章音响的基础知识全世界音视频领域数字化的浪潮和人们对音视频节能环保的要求，迫令人们尽快研究开发高效，节能，数字化的音频功率放大器。
音频功率放大器的设计
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。
音频功率放大器设计报告
音频功率放大器设计报告1. 简介音频功率放大器是一种用于放大音频信号的电子设备，通常用于音响系统、电视和无线电等设备中。
本报告介绍了一个音频功率放大器的设计过程和实现。
2. 设计目标本次设计的目标是实现一个功率放大器，能够放大音频信号并输出高质量的声音。
以下是设计要求：- 输入电压范围：0.2 V - 2 V- 输出功率范围：10 W - 50 W- 频率响应范围：20 Hz - 20 kHz- 输出失真率低于1%3. 设计步骤3.1 选择放大器类型根据设计目标，我们选择了类AB功率放大器作为设计方案。
该放大器能够提供高质量的放大效果，并且具有较低的失真率。
3.2 电路设计经过电路设计和计算，我们决定使用以下主要元件：- BJT（双极型晶体管）：NPN型三极管- 电容和电感：用于构建频率响应滤波器- 可调电阻：用于调节放大器的增益和偏置- 电源电路：用于提供适当的电压3.3 PCB设计为了实现电路的稳定性和可靠性，我们进行了PCB（Printed Circuit Board）设计。
通过将元件布局在PCB上并进行连接，可以减少干扰和噪声。
3.4 元器件选择根据设计需求和可靠性要求，我们选择了适当的元器件进行组装。
在选择元器件时，我们重点考虑了其性能指标、价格和供应情况。
3.5 调试和测试完成电路装配后，我们进行了调试和测试。
通过连接音频信号源、功率负载和测试仪器，可以确保放大器能够正常工作，并且满足设计要求。
4. 结果和讨论经过测试，该音频功率放大器满足了设计要求，并且具有很好的音质和稳定性。
其输出功率范围为10 W至50 W，输入电压范围为0.2 V至2 V，频率响应范围为20 Hz至20 kHz。
失真率低于1%，音质清晰、饱满。
5. 总结在本次设计过程中，我们成功实现了一个高性能的音频功率放大器。
通过选择合适的放大器类型、进行电路设计和PCB设计、选择优质的元器件以及进行严格的调试和测试，我们达到了设计要求。
音频功率放大器实习报告
一、实习背景随着科技的发展，音频设备在日常生活和工业领域中的应用越来越广泛。
音频功率放大器作为音频设备的核心部件，其性能直接影响着音质和音效。
为了深入了解音频功率放大器的设计原理和应用，我们开展了此次实习。
二、实习目的1. 理解音频功率放大器的基本原理和结构；2. 掌握音频功率放大器的设计方法和技巧；3. 通过实验验证音频功率放大器的性能；4. 培养动手能力和团队协作精神。
三、实习内容1. 理论学习（1）音频功率放大器的基本原理：了解音频功率放大器的工作原理，包括输入信号、放大电路、输出电路等。
（2）音频功率放大器的分类：了解不同类型的音频功率放大器，如A类、B类、AB类、D类等。
（3）音频功率放大器的主要性能指标：了解音频功率放大器的输出功率、效率、失真度、频率响应等性能指标。
2. 电路设计（1）选择合适的放大电路：根据实际需求，选择合适的放大电路，如A类、B 类、AB类等。
（2）设计放大电路：根据所选放大电路，设计相应的电路图，包括放大器、偏置电路、保护电路等。
（3）元器件选择：根据电路图，选择合适的元器件，如晶体管、电容、电阻等。
3. 电路搭建与调试（1）搭建电路：根据电路图，将元器件焊接在电路板上。
（2）调试电路：对搭建好的电路进行调试，包括检查电路连接、测试放大器性能等。
4. 实验验证（1）输入信号：使用音频信号发生器产生输入信号。
（2）输出信号：使用示波器观察输出信号波形。
（3）性能测试：测试放大器的输出功率、效率、失真度、频率响应等性能指标。
四、实习结果与分析1. 理论成果通过实习，我们对音频功率放大器的基本原理、设计方法和性能指标有了更深入的了解。
2. 实践成果（1）成功搭建了一款音频功率放大器电路。
（2）通过实验验证了电路的性能，包括输出功率、效率、失真度、频率响应等。
3. 分析（1）在电路设计过程中，我们充分考虑了电路的稳定性和可靠性。
（2）在元器件选择方面，我们选择了合适的元器件，保证了电路的性能。
音频功率放大器的原理
音频功率放大器的原理
音频功率放大器是一种用于增幅音频信号的电子设备。
其原理是利用放大器电路将输入音频信号的电压或电流放大到更大的振幅，从而增加其功率。
音频功率放大器通常由若干个放大器级联而成，每个级别都将输入信号放大一定倍数。
每个级别都由一个晶体管或管子构成，根据输出功率的要求，可以选择不同类型的放大器，如AB类、B类、C类等。
在AB类功率放大器中，输入信号通过一个晶体管的基极，然
后通过另一个晶体管的集电极，并在输出端口传送到负载。
其中一个晶体管负责将正半周的输入信号放大，另一个负责将负半周的输入信号放大，因此可以更好地保持音频信号的波形。
B类功率放大器只在输入信号的正半周或负半周进行放大，并
且只有当信号振幅达到阀值时才工作，从而提高效率。
C类功
率放大器将输入信号的负半周和正半周分别通过不同的晶体管放大，然后通过一个输出网络进行合并。
此外，音频功率放大器的输入端通常由耦合电容和电阻构成，以防止输入信号对放大器产生影响。
输出端通过耦合电容将放大的信号传送到负载，以避免直流偏置对负载造成伤害。
综上所述，音频功率放大器工作原理是通过级联的放大器将输入音频信号放大到更大振幅，并且能够保持信号的波形，从而达到增加功率的效果。
音频功率放大器设计
04 音频功率放大器性能测试 与优化
测试方法与设备
测试方法
采用失真度测试、动态范围测试 、信噪比测试等多种方法，全面 评估音频功率放大器的性能。
测试设备
需要使用音频分析仪、信号发生 器、功率计等专业设备，确保测 试结果的准确性和可靠性。
测试结果分析
01
02
03
失真度分析
分析音频功率放大器在不 同功率输出下的失真度， 判断其线性度表现。
加强散热设计
优化散热设计，降低放 大器工作温度，提高其
稳定性。
噪声抑制措施
采取有效的噪声抑制措 施，提高信噪比性能。
05 设计总结与展望
设计总结
设计目标达成情况 实现了预期的功率放大倍数，满足了音频信号放大的需求。
优化了电路的效率，减少了能源消耗，符合绿色环保标准。
设计总结
提高了放大器的稳定 性，减少了噪声和失 真，提升了音质。
为单位。
频率响应
衡量音频功率放大器的频率范 围，即其能够处理的最低频率
和最高频率。
失真度
衡量音频功率放大器对原始音 频信号的失真程度，失真度越
低，音质越好。
阻尼系数
衡量音频功率放大器对扬声器 的控制能力，阻尼系数越高， 对扬声器的控制能力越强。
03 音频功率放大器设计
输入级设计
输入阻抗匹配
确保输入信号源与放大器输入阻抗相匹配，以减 小信号源的负担并提高信号传输质量。
动态范围评估
了解音频功率放大器在高、 低电平信号下的表现，判 断其动态范围。
信噪比分析
通过对比放大器输入与输 出信号的噪声水平，评估 其信噪比性能。
性能优化建议
改进电路设计
根据测试结果，优化电 路设计，降低失真度，
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河南城建学院
《电子线路设计》课程设计说明书
设计题目：音频功率放大器
专业：计算机科学与技术
指导教师：杜小杰
班级：0814141
学号：081414109
姓名：罗含霜
同组人：娄莉娟
计算机科学与工程学院
2016 年6月6日
前言
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，若改变其条件，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。
若改变了其中的条件，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%，若将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一般与为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，则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，则在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%。
若FIN改成20Hz-20kHz,，其他条件不变，其THD+N变为小于0.5%。
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。
这话的意思指的是输出的峰峰值没有“削顶”现象出现，即Vout(P-P)=Vcc-（上压差+下压差）这种说法是不科学的。
即使不产生削顶，它也有一定的失真。
较科学的说法是THD+N在某一指标下可输出的功率是多少。
目录
一、设计目的及要求 (1)
二、设计原理图的总体功能框架 (1)
三、详细模块设计 (2)
四、总体设计 (2)
五、各种报表的生产结果截图 (4)
六、PCB设计及3D图 (5)
七、总结与体会 (6)
八、参考文献 (6)
一、设计目的与要求
设计一个音频功率放大器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设
计电路具有以下功能：
（1）采用直接耦合的功率放大器。
额定输出功率10W，负载阻抗8Ω。
（2）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。
（3）原则上采用分立元件设计。
（4）所设计的电路具有一定的抗干扰能力；
（5）PCB文件生成与打印输出。
设计内容
（1）画出电路原理图；
（2）确定元器件及元件参数；
（3）进行电路模拟仿真；
（4）SCH文件生成与打印输出；
（5）PCB文件生成与打印输出。
编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。
答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
二、设计原理图的总体功能框
2.1 设计思路
采用TDA2030运算放大器，两个晶体管和一些电容、电阻组成音频功率放大电路，TDA2030运算放大器为电路的驱动级电路，而两个晶体管是为了更好地放大电流，使电路的功率进一步放大，而电容有滤除噪声的功能，而且电路有保护电路，电源可以接到30V。
1-正相输入端 2-反相输入端 3-负电源输入端 4-输出端 5-正电源输入端
图1TDA 2030集成放大的外围引脚号
2.2整体电路框图
图2 总体设计框图
三、详细模块设计
3.1原理分析
如图3，C
1为耦合电容，目的是割断信号源与晶体管之间的直流联系。
R
1
、
R
2
和R串幷联具有分压作用。
目的是为了防止前级信号电压过大损坏放大集成电路。
图4信号是从运算放大器TDA2030的同相输入端输入，输出端输出进行放大。
图5电路是电压串联负反馈电路，驱动级变为了一个同相比例运算放大器，输入
信号通过驱动级电路进行放大。
表1 元件清单
五、各种报表的生产结果截图
六、PCB设计及3D图
PCB设计图
3D图
七、总结与体会
这次课程设计我们先是上网查找资料，再进行选题，我选的是音频功率放大电路，因为这个电路在生活中太常见了。
音频功率放大电路简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放，比如手机、MP4播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享受。
设计这个音频功率放大电路我们用了一个集成放大器TDA2030来实现，根据
虚短虚断原则，利用电阻的比值来求得所需的放大倍数。
因为放大电路是追求电
压电源确定的情况下输出尽可能大的功率。
我们利用OCL来实现。
为了提高转换
效率，我围绕放大电路的频率响应和消除非线性失真来改进电路，因此用电阻来
保护电路。
OCL会产生交越失真，为消除失真应选定合适的静态工作点，是电路
的三极管均工作于临界或微导通状态，我们利用二极管来实现。
因为二极管的单
向导电性，最后在输出端加一个电容来保证电路的低频性良好。
这次课程设计对我来说是一个很好的锻炼机会，让我能够充分地利用所学过
的理论知识还有自己的想象能力，另外还让我学习查找资料的方法以及加强自己
分析电路，设计电路的能力，在这两个星期里我真的是受益匪浅，除了加强了分
析电路和设计电路的能力外，对模电知识更加巩固了，而且扩大了我的知识领域，
同时也发现了自己的很多不足之处。
为此我请教了其他同学，这也让我明白只
有虚心请教，耐心才能把事情做得更好。
在此，我要感谢杜老师对我的指导，在起初时，我们不能解决的问题我都会
去问老师，而杜老师总是很有耐心的讲解给我，这使我获益匪浅，老师的每句话
都能对我们的设计起到很大的帮助，让我能更轻松的编出设计方案。
这次的设计
让我学到了很多不仅是学习上的收获，还有同学团队之间的默契配合，希望以后
能有更多的这种课程实践活动。
八、参考文献
[1] 康华光.电子技术基础(数字部分)(第五版)[M]北京：高等教育出版社,2006.1
[2]张晓杰.电工电子技术（模拟部分）中国电力出版社，2011.11。