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1、武汉理工大学电子技术基础 模拟部分课程设计课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 通信0801 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题目：功率放大器 初始条件：TDA2822M 1片,扬声器一个，直流电源，电阻，电容若干要求完成的主要任务: （1）你考虑过哪些方案，分别画出框图，说明原理和优缺点。经过比较后，你选择了哪个方案。（2）单元电路的设计和元器件的选择。（3）画出完整的电路图和必要的波形图，并说明主要的工作原理。（4）计算出各元件的主要参数、并标在电路图中恰当的位置参考书： 1、谢自美 主编 电子线路设计.实验.测试 华中科大出版社 2005年2、彭介华 编著 电子技术课程设计指导书
2、高等教育出版社2000年3、谢沅清 主编 模拟电子线路 成都电子科大出版社 2003年4、张肃文 主编 高频电子线路第三版 高教出版社出版社 2004年5、崔瑞雪 主编 电子技术动手实践 北京航空航天大学出版2007年 时间安排第20周理论设计、实验室安装调试，地点： 鉴主15楼通信实验室一指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录摘 要1Abstract21. 设计准备.31.1 引言.31.2 功率放大电路简介.3 1.2.1 功率放大电路的性能指标.3 1.2.2 功率放大电路的类型.61.3 TDA2822M介绍82. 原理图设计.112.1 设计选择.11
3、 2.1.1 考虑方案.11 2.1.1 路选择及理由.112.2 电路设计.14 2.1.1 功率放大电路.14 2.1.1 工作原理.143. 实物制作163.1 参数计算163.2 参数测量173.3 制作过程184. 设计过程的问题和解决办法22 4.1 元器件的选择22 4.2 元器件清单.22 4.3 实验及调试过程发现的问题和解决方法.235. 小结246. 参考文献 25摘要本文介绍了一个用TDA2822M集成电路设计的功放电路组成、设计思路及功能。TDA2822M集成电路具有静态电流小、交叉失真小等特点，可组成双声道BTL电路。适用于便携式、微小型收录机、电脑音响中作功率放大
4、。 一般的集成功放电路外围元件较多且需要较大的散热器。本文制作的功放电路简单，自制方便。TDA2822M集成功放电路常用在随身听、便携式的DVD等音频放音用；功率不是很大但以可以满足一般听觉要求，且有电路简单、音质好、电压范围宽等特点，是业余制作小功放的较佳选择。 关键词: TDA2822M，功率放大电路 AbstractThis article describes an integrated circuit design using TDA2822M amplifier circuit, design ideas and functions. TDA2822M IC has a quiesc
5、ent current is small, cross-distortion characteristics, can be composed of two-channel BTL circuit. Apply to portable, micro and small tape recorders, computer sound to give their power amplification. Integrated power amplifier circuit in general are more external components and requires a larger ra
6、diator. This production of the power amplifier circuit is simple, home-made convenient. TDA2822M integrated power amplifier circuits used in portable music players and other portable audio playback with DVD;-power is not large, but in order to meet the general hearing requirements,And there is circu
7、it is simple, sound quality is good, wide operating voltage range and other characteristics, is an amateur production of a small power amplifier better choice.Key words: TDA2822M, power amplifier circuit1. 设计准备1.1 引言能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这 时就要在主机和播放设备之间加装功率放
8、大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个 系统能否提供良好的音质输出。我准备就这次课设的机会制作一个简单的音频功放电路。、 1.2 功率放大电路简介 1.2.1 功率放大器的性能指标 无论AV放大器和Hi-Fi功放对功率放大器要求十分严格，在输出功率、频率 响应、失真度、信噪比、输出阻抗和阻尼系数等方面都有明确要求。（一）、输出功率输出功率是指功放电路输送给负载的功率。目前人们对输出功率的测量方法和评价方法很不统一，使用时注意。1、 额定功率（RMS） 它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率（严格说是正弦波信号）
9、。经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。很显然规定的失真度前提不同时，额定功率数值将不相同。2、最大输出功率当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还可输出更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率，前述额定功率与最大输出功率是两种不同前提条件的输出功率3、音乐输出功率（MPO）音乐输出功率MPO是英文Music Power Outpur的缩写，它是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率，也就是输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。音乐输出功率可以用来评价功放的动态听音效果，例如在平稳的音乐过
10、程后面突然出现了冲击性强的 打击乐器声音，有的功放电路可在瞬间提供很大的输出功率给以力度感有使不完的劲；有的功放却显得力不从心底气不足。为了反映这瞬间突发性输出功率的能力可 以用音乐输出功率来量度。4、峰值音乐输出功率（PMPO）它是最大音乐输出功率，是功放电路的另一个动态指标，若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率。通常峰值音乐输出功率大于音乐输出功率，音乐输出功率大于最大输出功率，最大输出功率大于额定输出功率，经实践统计，峰值音乐输出功率是额定输出功率的5-8倍。（二）、频率响应频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器的频响范围应不底于人耳的
11、听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。国际规定一般音频功放的频率范围是40-16 kHz1.5dB。（三）、失真失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。波形失真的原因和种类有很多，主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。（四）、动态范围放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。实际运用时，该比值使用dB来表示两信号的电平差，高保真放大器的动态范围应大于90 dB。自然界的各种噪声形成周围的背景噪声，而周围的背景噪声和演奏出现的声音强度相差很大，在通常 情况下，将这个强度差称为动态范围，优良音响系统在输入强信号时不应产生过载
12、失真，而在输入弱信号时，有不应被自身产生的噪声所淹没，为此好的音响系统应 当具有较大的动态范围，噪声只能尽量减少，但不可能不产生噪声。（五）、信噪比信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系，将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。（六）、输出阻抗和阻尼系数1、输出阻抗功放输出端与负载（扬声器）所表现出的等效内阻抗称为功放的输出阻抗。2、阻尼系数阻尼系数是指功放电路给负载进行电阻尼的能力。1.2.2 功率放大电路的类型功放电路的输出功率，转换效率和非线性失真等性能都和电路中放大管的偏置条件和工作状态有关。根据放大电路静态工作点在交流负载线上的位置不同，可
13、将工作状态分为甲类，乙类，甲乙类和丙类四种。 1、甲类放大器甲类放大器的主要特点是：放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周 期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低， 晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25，且有较大的非线性失真。 由于效率比较低 现在设计基本上不在再使用。 2、乙类放大器乙类放大器的主要特点是：放大器的静态点在(VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不 消耗功率。在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦
14、波(如图虚线部分所示)，所以必须用两管推挽工作。其特 点是效率较高(78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是交越失真较大。即当信号在-0.6V 0.6V之间时， Q1 Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。3、甲乙类放大器甲乙类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。4、丙类放大器丙类(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
15、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也看上去成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。 1. 具有很高的效率，通常能够达到85%以上。 2. 体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。 3. 无裂噪声接通 4. 低失真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。 甲类、乙类和甲乙类放大器是模拟放大器，丙类放大器是数字放大器。乙类和甲乙类推挽放大器比甲类放大
16、器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但乙类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生 交替失真。而丙类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。外围元器件少优点。甲乙类放大器和丙类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。 1.3 TDA2822M介绍 图1.3.1与图1.3.2是TDA2822M的外封装及其引脚功能 图1.3.1 图1.3.2 信号从TDA2822M的、脚进入IC内，经功率放大后从、脚输出，其具体内部电路图如图1.3.3所示 图1.3.32. 原理图设计2.1 设计选择 2.1.1 考虑方案：功率放大电路的电路形式很多，有单
17、电源供电的OTL功放电路，双电源供电的OCL互补对称功放电路，BTL桥式推挽功放电路等。1. OTL功率放大器OTL是英文Output Transformer Less 的简写，意思是无输出变压器。OTL功率放大器就是没有输出耦合变压器的功率放大器电路。 OTL功率放大器大多数采用互补推挽输出级电路。 如图2.1.1所示为互补对称式OTL功率放大电路。T2为一只NPN型功率晶体管，T3为一只PNP型晶体管，它们组成互补推挽输出管，T1为电压放大激励管。信号经过C1耦合送入T1进行放大后，从T1集电极产生的信号正半周使T2导通，负半周则使T3导通，经过放大后的信号通过电容C3后输出至扬声器。 电
18、路中电容C2为自举电容，它和R2及R3组成自举电路，使B点的电位随输出电压的增高而增高，扩大了电路的动态范围。 图2.1.1 2. OCL功率放大器 OCL是英文Output Capacitor Less的简写，其意思为无输出电容，即没有输出耦合电容的功率放大器。它采用正负电源供电，在较低的供电电压的情况下，可以获得较大的功率输出；由于是定压式输出，对负载的阻抗要求不高。T1和T2组成差动放大器，T3为推动激励管，T4、T5为互补推挽输出管。当输入信号的正半周输入T1的基极时，经过差动放大电路后再输至T3基极。此信号为倒相相信号，经过T3再次倒相放大后，输送至T4基极，使T4导通。当输入至T1
19、基极的信号是负半周信号时，则经过倒相放大后使T5导通，这样在扬声器上就得到一个完整的全波信号。R5为负反馈电阻，它具有较大的直流负反馈作用，使T1T5的工作处于稳定状态，并使输出端的静态电压稳定于0V。3. BTL功率放大器 图2.1.2 BTL是英文Balanced Transformer Less的简写,其意思为平衡桥式功放电路。如图3所示它由两组对称的OTL或OCL电路组成，负载接在两组OTL或OCL电路输出端之间，即负载两端都不接地。在输入信号vi正半周时，T1、T3导通，T2，T4截止，负载电流由VCC经T1，RL，T3流到虚地端；在输入信号vi负半周时，T2、T4导通，T1，T3截
20、止，负载电流由VCC经 T2，RL，T4流到虚地端。但其实质仍然为乙类推挽放大电路相同条件下，输出功率为OTL电路的4倍，电源利用率高；图2.1.3为一个平衡桥式功放电路； 图2.1.3 2.1.2 电路选择及选择理由我选择了桥式推挽功率放大电路。虽然OCL和OTL两种功放电路的效率都很高，但他们对电源的利用率都不高。而BTL放大电路能够提高电源利用率，也就是利用在较低电源下工作，使负载获得较大的输出功率。还可以单电源供电，且不用变压器和大电容。这样就便于制作电路，同时获得较好的放大效果。可采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器，与OTL、OCL电路相比，在相同电源电压、
21、相同负载情况下，BTL电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输出功率。但是，扬声器没有接地端，给检修工作带来不便。 2.2 电路设计 2.2.1 功率放大电路图在TDA2822M经典电路的基础初上，我做了改动，即为图2.2.1： 图2.2.1 2.2.2 工作原理TDA2822M集成放大器实际是由两个运放组成，形成乙类推挽放大电路。引脚1是功放电路1的信号输出端，引脚2是电源电压输入端，引脚3是功放电路3的信号输出端，引脚4是接地线，引脚5是功放电路2的负反馈端，引脚6是功放电路2的信号输入端，引脚7是功放电路1的信号输入端，引脚8是功放电路1的负
22、反馈端。而本电路是单声道输入，所以功放电路2的输入端做了接地处理。信号从引脚7进入后，经过TDA2822M的放大作用后，从引脚1和3输出信号。其中，R1与C1，R2与C2，是在输出信号时为了滤波，防止自激引入的。为了滤波，反向端确定低频下限，减小高频噪声以及转换速率失真又选择了C3和C4。接在信号输入端口的R3是用来隔直的。 3实物制作3.1 参数计算乙类互补功率放大电路的参数包括输出功率，功率管的功率损耗和转换效率。下面分别就这三个主要性能指标展开理论计算。1. 输出功率的计算若输入为正弦波，则在负载电阻上的输出平均功率为PO=VOIO=式中，VO为输出电压的有效值，VOM为输出电压幅值，I
23、O为输出电流的有效值，IOM为输出电流幅值。由上式可知，输出信号的幅值越大，电路输出的有用平均功率就越大。当输出信号幅值最大时，可获得最大输出平均功率。当输入信号足够大，满足时，电路在输出信号不明显失真的情况下输出有用平均功率最大，此时负载上得到的 最大不失真平均功率POM为当负载电阻RL=4，电源电压VS=5V时，POM为3.125W左右。2. 转换效率计算转换效率定义为为电源供给的直流功率PV为或者测量输出电压最大时电源输出的平均电流ID，即可计算出直流电源供给的平均功率PV，PV=VCCID。所以转换效率为= 所以转换效率最大可为78.5%。3. 功率管的功率损耗PT计算一个信号周期内的
24、平均管耗为,代入数据，管耗为0.625W4.频率响应计算在输出信号不失真的前提下使用点频法测量功率放大电路频率响应fL、fH和-3dB通频带BW3.2 参数测量 引脚测量电压（V）参考电压（V）12.472.623.323.431.702.340050.490.4560072.00081.580.45 图3.2如图3.2所示为接入直流源和信号时，TDA2822M各管脚的工作电压。与参考电压相比，7管脚和8管脚的电压有异常。未接入信号，当管脚2直流电源接入VCC=5v时，出电流为Id=0.72A。负载RL两端的电压VO为0.93V。直流电源供给的平均功率PV=VCCId=50.72=3.6W。接
25、入信号后的数据测量因为电路检查和某些客观原因未测。 3.3 制作过程图3.3.1图3.3.2图3.3.3图3.3.4图3.3.5图3.3.6图3.3.7 图3.3.1-3.3.7 是实物制作过程。4 设计过程的问题和解决办法4.1 元器件的选择在本设计中，充分的利用了TDA2822M芯片，选用TDA2822M芯片实现的理由： TDA2822M集成电路具有静态电流小、交叉失真小等特点； 并且TDA2822 M其电源电压范围宽（1.815V），电源电压可至 1.8V 仍能工作，因此，该电路适合在低电源电压下工作；适用于单声道 桥式（BTL）或立体声线路两种工作状态。4.2元器件清单表4 元器件清单
26、序号编号名称数量说明1TDA2822M音频功率放大器1片工作电压5V2C1,C2100nf电容2片工作电压5V3C3103瓷片电容1片工作电压5V4C410uf电解电容1片工作电压5V5C51uf电解电容1片工作电压5V6R310k电阻1只7R25电阻1只8R15电阻 1只4.3 实验及调试过程发现的问题和解决方法1.在画原理图时，因为在protel里没有TDA2822M这个元件，所以只好用一 个不同的2*4八脚元件代替，也做不了仿真，所以焊实物时，也不知道能不能成功。2.在对电路的设计时，里面要用到一对相位补偿电容，因为在原理图中用错了数值，后来检查时发现，结果已经把实物给焊好了，又得重新焊
27、电路。3.做实物时，因为很久没焊过电路板了，以至于一个简单的电路被我弄得有好些跳线，走线也很不合理，其中有好几个输入端口，用导线引出的话，很不方便，所以我选择用了排针，这样当需要引入输入的话，直接把导线绕在排针上就行了，取用方便。4.在调试实物时，发出的声音总是噪声，检查电路也未发现有短路，或者虚焊现象，于是我猜想可能是电容的选择或是接入的位置有错，因为电容有消除噪声的作用，亦或者是C1和C2有问题，本应用聚苯电容，而我用瓷片电容代替了。然后用万用表测量了TDA2822M的各管脚参数，与正常工作下对比得，是正常的。又上网查资料，看输入、输出的接地点，也还合理，电源输入端2脚到地之间少一个100
28、UF的滤波电容器，而我用的是1UF的电容，这个电容是对VCC滤波的，而我用电脑做直流源，按道理应该没问题。老师说可能是我输入的信号源已经经过收音机放大，所以再放大时造成饱和失真，或者负载太大。由于时间和一些客观问题，我没有去再调试，如果还有时间的话，我会把种种可能都试一下。5 小结这次模电课程设计历时一个星期多，是我第一次自己寻找，设计电路并尝试做成实物，收获颇多，当然也很辛苦。通过这次课设，我对电子线路设计与制作有了初步的认识，在这个过程中，我的动手能力和信息检索能力都有了明显提高，同时还进一步了解了multisim和protel等仿真软件，对我而言，此次课程设计的过程中我遇到了许多挫折,如
29、做实物的过程中遇到的诸多问题,但我认为挫折是一份财富，经历是一份拥有。正是这些困难和挫折才使得我的求学生涯精彩，我将好好珍惜做课程设计的这段回忆。并将在以后的日子里把在此次设计过程中学到的知识好好利用和提高。从拿到题目到具体设计，从学习到实践，在一个多星期的日子里，紧张忙碌着，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，对于初学者的我们来说，可以说得是困难重重，从一开
30、始的无从下手到迷惑的开始着手准备，对于我来说时间真的很紧张，搜集资料，准备原理图，实物制作，调试，写报告；在这过程中种种问题便凸现出来，比如我的信息检索能力，动手能力以及自学能力；对于芯片的功能理解也不是很到位，希望以此为契机，能在以后的学习过程中日臻完善，真正做到学以致用。同时感谢老师在课设过程中对我们的热情帮助，使我们受益匪浅，也少走许多弯路。此设计由于我的学业不精和时间等客观问题，未能使设计达到完善，还有很多缺点和问题，希望老师能提出改进意见，再次感谢。6 参考文献：1 吴慎山 主编 电子线路设计与实践-高等学校电子信息类教材 电子工业出版社 2005年9月2（美）尼曼 著 电子电路分析与设计 模拟部分 清华大学出版社 2007年11月3 罗杰，谢自美 编 电子线路设计.实验.测试（第四版） 电子工业出版社 2008年4月4 李银华等 编著 电子线路设计指导-高等学校通用教材 北京航天航空大学出版社 2005年6月5 吴友宇 编著 模拟电子技术与基础 清华大学出版社 2009年5月26