音频功率放大器讲解

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1 TDA 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，输入输入音频信号 驱动级运算

放大电路 负反馈电路

输出级

保护、分压电

路

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