《高效率音频功率放大器》要点.pdf

《《高效率音频功率放大器》要点.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《高效率音频功率放大器》要点.pdf（24页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、毕业设计论文高效率音频功率放大器 1 西 安 航 空 学 院 毕业（课程）设计说明书 设计题目：高效率音频功率放大器 系别：电气系 专业：电子信息工程技术 班级：电信1326 姓名： （共25 页） 2 摘要：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D类 功率放大器。 D类功率放大器有很多优点，因为低功耗产生热量较少，节省印制 电路板（ PCB ）面积和成本，并且能够延长便携式系统的电池寿命。D类放大器， 是通过控制开关单元的ON/OFF ，驱动扬声器的放大器。 D类放大器是最近几年才 发展起来的，在系统

2、的耐用上以及音频质量等都有了很大的提高。 关键词：D类功率放大器、 TDA8922TH 、PWM 调制、电压开关型驱动电路。 In the audio field for decades, A Class, B Class, AB audio power amplifier has occupied the leading position, with the technology continuous development of the audio power amplifier also has a new research-D power amplifier. Class D powe

3、r amplifier has many advantages, because the low-power generating less heat, saving printed circuit board (PCB) area and cost, and can extend battery life in portable systems. Class D amplifier, through the control switch unit ON / OFF, the amplifier drives the speaker. Class D amplifier is only dev

4、eloped in recent years, the durability of the system and so on and the audio quality has been greatly improved. Key words: D power amplifier, TDA8922TH, PWM modulation, the voltage switching drive circuit. 毕业设计论文高效率音频功率放大器 3 目录 一、绪论 . 4 1.1 D 类功放的发展背景 . 4 1.2 D 类功放诞生的原因 . 4 1.3 功率放大器的基本组成 . 5 1.4 对功

5、率放大器的基本要求. 6 二、D类功放的特点与电路组成 . 6 2.1 功放的分类 6 22几类经典功放的工作原理点 6 2.4 D 类功放的特点 9 2.5 D 类功放的组成与原理 9 2.6 D 类功放的要求 11 2.7 D 类功放选择 13 三、结论 . 22 3.1 调试过程 . 22 3.2 毕业设计感想 . 22 四、致谢 . 23 五、参考文献 . 24 目录毕业设计论文 4 任务要求 我们要做的毕业设计是高效率音频功率放大器，它是近年来刚发展起来的一 种音频放大器，通常叫做D类功率放大器。它的工作电压在12.5V-30V 之间，工 作效率在理想状态下为100% ，它具有功率大

6、、效率高、失真小的特点。 一、绪论 在高保真音响设备中， 功率放大器用来对各种音源输出的音频信号进行加工 处理和不失真地放大，使之达到一定的功率去推动扬声器发声。其中，如何对音 频信号进行功率放大，使之达到功率大、效率高、失真小，是功率放大器所要解 决的最主要问题。也是我们所做的毕业设计任务要求。 1.1 D 类功放的发展背景 以家庭影院为时代标志的现代家庭影音系统自20 世纪 80、90年代兴起后， 马上得到广大民众， 特别是青年一代的青睐， 以惊人的速度进入了千家万户和公 共娱乐场所。 随着数字电路和计算机技术的不断发展，家庭影音系统工程日趋成 熟与完美，越来越多的电子爱好者期望能自己制作

7、出体现自己意愿特殊的家庭影 音系统。我们毕业研究的课题，就是家庭影音系统的一部分，最高效的功放，它 正慢慢改变我们的生活，使我们的生活变得更美好。 1.2 D 类功放诞生的原因 几十年在音频领域中， A类，B类，AB类音频功率放大器一直占据统治地位。 音频功率放大器发展经历了这样的几个过程：所有器件从电子管、 晶体管到集成 电路的过程：电路组成从单管到推挽的过程： 电路形成从变压器输出到OTL 、 OCL 、 BTL的形式过程。其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。 全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备的环保要求。迫使人们开 发，高效、节能、环保、数字化的音频功率放

8、大器，它应该具有工作效率高，便 于与其它数字化设备相连接的特点。D类功率放大器就是PWM 型功率放大器。它 基本符合上面的要求。 近几年来，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的研制出好几种此类的音频功率放 大器。这一技术显示了它高效、节能、环保、数字化的特点。现在这一技术正在 迅猛发展，前景一片光明。 毕业设计论文高效率音频功率放大器 5 1.3 功率放大器的基本组成 在高保真音响电路中，功放电路通常由两个或两个以上的音频声道所组成。 每个声道分为两个主要的部分，即前置放大器和功率放大器。两部分电路可分设 在两个机箱内，也可组装在同一个机箱内，

9、后者称为综合放大器。 由于左、右声道完全相同， 所以在双声道电路中只介绍其中一路，电路组成框图 如图 1.3 所示。图中左侧为前置放大器，右侧为功率放大器。 图 1.3 功率放大器电路组成框图 （1）前置放大器的组成。前置放大器具有双重功能：它要选择所需要的音 源信号，并放大到额定电平；还要进行各种音质控制，以美化声音。这些功能由 均衡放大、音源选择、输入放大和音质控制等电路来完成。 1 音源选择。音源选择电路的功能是选择所需的音源信号送入后级，同时关 闭其他音源通道。各种音源的输出是各不相同的， 通常分为高电平与低电平两类。 调谐器、录音座、 CD 唱机、 VCD/DVD影碟机等音源的输出信

10、号电平达50 500mV，称为高电平音源，可直接送入音源选择电路；而动圈式和动磁式电唱机 的输出电平仅为0.55mV，称为低电平音源，须经均衡放大后才能送入音源选 择电路。线路输入端又称为辅助输入端，可增加前置放大器的用途和灵活性，供 连接电视信号和其他高电平音源之用。 2 输入放大。输入放大器的作用是将音源信号放大到额定电平，通常是1V 左右。输入放大器可设计为独立的放大器，也可在音质控制电路中完成所需要的 放大。 3 音质控制。音质控制的目的是使音响系统的频率特性可以控制，以达到高 保真的音质；或者根据聆听者的爱好，修饰与美化声音。 有时还可以插入独立的 均衡器，以进一步美化声音。 音质控

11、制包括音量控制、 响度控制、音调控制、 左、 右声道平衡控制、低频噪声和高频噪声抑制等。 （2）功率放大器的组成。虽然功率放大器的电路类型很多，但基本上都由 激励级、输出级和保护电路所组成。 1 激励级。激励级又可分为输入激励级和推动激励级，前者主要提供足够的 电压增益，后者还需提供足够的功率增益，以便能激励功放输出级。 绪论毕业设计论文 6 2 输出级。输出级的作用是产生足够的不失真输出功率。为了获得满意的频 率特性、谐波失真和信噪比等性能指标，可在输出级与激励级之间引入负反馈。 3 保护电路。保护电路用来保护输出级功率管和扬声器，以防过载损坏。此外， 一个完备的高保真功率放大器，还必须设置

12、直流稳压电源及电平显示电路等。 1.4 对功率放大器的基本要求 （1）输出功率要大。为了得到足够大的输出功率，功放管的工作电压和电 流接近极限参数。功放管集电极的最大允许耗散功率与功放管的散热条件有关， 改善功放管的散热条件可以提高它的最大允许耗散功率。在实际使用中， 功放管 都要按规定安装散热片。 （2）效率要高。扬声器获得的功率与电源提供的功率之比称为功率放大器 的效率。功率放大器的输出功率是由直流电源提供的，由于功放管具有一定的内 阻，所以它会有一定的功率损耗。功率放大器的效率越高越好。 （3）非线性失真要小。由于功率放大器中信号的动态范围很大，功放管工 作在接近截止和饱和状态， 超出了

13、特性曲线的线性范围， 必须设法减小非线性失 真。 二、D类功放的特点与电路组成 2.1 功放的分类 传统的功率放大器主要有A 类（甲类）、B 类(乙类)、AB 类（甲乙类），除 此之外，还有工作在开关状态下的D 类（丁类）功放。 22 几类经典功放的工作原理及特点 A类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器。其晶 体管总是工作在放大区， 并且在输入信号的整个周期内晶体管始终工作在线性放 大区域。它的优点是输出信号的失真比较小。缺点是输出信号的动态范围小，效 率低，理想情况下的效率为50% 。考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损 毕业设计论文高效率音频功率放大器 7 耗，A

14、类功率放大器的效率仅为20% 左右。 图 2.2.1 B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为50% ，因为其 晶体管只有在输入信号的正半周期工作在放大区，在输入信号的负半周是截止 的。它的优点是在理想的情况下其效率为78.5%，比 A类提高了很多。其缺点是 非线性失真比 A类功放大，而且会产生交越失真，增加噪声。 图 2.2.2 D 类功放的特点与电路组成毕业设计论文 8 AB类功率放大器是以两类的结合，是每个功率放大器的导通时间在 50% 100% ，此类功率放大器流行过一段时间，它兼顾了失真与效率两方面的性 能指标。在设计该功率放大器是要设置晶体管的静态偏置电路。使其工作在

15、甲乙 类状态，这类放大器的失真要比乙类的小，但其效率比乙类功放要低一些。 图 2.2.3 2.3 传统功放与 D类功放的比较 功率消耗在所有线性输出级，因为产生输出电压vout 的过程中不可避免地 会在至少一个输出晶体管内造成非零的ids 和 vds。功耗大小主要取决于对输出 晶体管的偏置方法。 A类放大器拓扑结构使用一只晶体管作为直流（dc）电流源，能够提供扬声 器需要的最大音频电流。 A类放大器输出级可以提供优良的音质，但功耗非常大， 因为通常有很大的dc 偏置电流流过输出级晶体管 （这是我们不期望的） ，而没有 提供给扬声器（这是我们期望的） 。 B 类放大器拓扑结构没有dc 偏置电流，

16、所以功耗大大减少。其输出晶体管 是以推拉方式独立控制， 从而允许高端晶体管为扬声器提供正电流，而低端晶体 管吸收负电流。由于只有信号电流流过晶体管，因而减少了输出级功耗。但是B 类放大器电路的音质较差， 因为当输出电流过零点和晶体管在通断状态之间切换 时会造成线性误差（交越失真） 。 毕业设计论文高效率音频功率放大器 9 A/B 类放大器是 A类放大器和 B类放大器的组合折衷，它也使用dc 偏置电 流，但它远小于单纯的A类放大器。小的 dc 偏置电流足以防止交越失真，从而 能提供良好的音质。 其功耗介于 A类放大器和 B类放大器之间， 但通常更接近于 B类放大器。与 B类放大器电路类似， A/

17、B 类放大器也需要一些控制电路以使其 提供或吸收大的输出电流。 不幸的是，即使是精心设计A/B 类放大器也有很大的功耗， 因为其中等范围 的输出电压通常远离正电源或负电源。由于漏源极之间的电压降很大，所以会产 生很大的瞬时功耗ids vds。D类放大器由于具有不同的拓扑结构，其功耗远小 于上面任何一类放大器。 D类放大器的输出级在正电源和负电源之间切换从而产 生一串电压脉冲。 这种波形有利于降低功耗， 因为当输出晶体管在不导通时具有 零电流，并且在导通时具有很低的vds，因而产生较小的功耗ids vds 。 2.4 D 类功放的特点 （1）效率高。在理想情况下，D类功放的效率为 100% （实

18、际效率可达 90% 左右）。 B类功放的效率为 78.5%（实际效率约 50% ），A类功放的效率才 50% 或 25% （按负载方式而定）。这是因为D类功放的放大元件是处于开关工作状态的 一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信 号让晶体管进入饱和状态， 晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接 通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压 降而消耗部分电能。 （2）功率大。在 D类功放中，功率管的耗电只与管子的特性有关，而与信 号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合，输出功率可达数百瓦。 （3）失真低。D类功放因工作在开

19、关状态， 因而功放管的线性已没有太大意 义。在 D类功放中，没有 B类功放的交越失真， 也不存在功率管放大区的线性问 题，更无需电路的负反馈来改善线性，也不需要电路工作点的调试。 （4）体积小、重量轻。 D类功放的管耗很小，小功率时的功放管无需加装 体积庞大的散热片， 大功率时所用的散热片也要比一般功放小得多。而且一般的 D类功放现在都有多种专用的IC 芯片，使得整个 D类功放电路的结构很紧凑， 外接元器件很少，成本也不高。 2.5 D 类功放的组成与原理 D 类功放的特点与电路组成毕业设计论文 10 D 类功放的电路组成可以分为三个部分：PWM 调制器、脉冲控制的大电流开 关放大器、低通滤波

20、器。电路结构组成如图2.5.1 所示。 驱动 开关式 功放 PWM调制器 低通 滤波器 比较器 模拟音频输入 三角波 发生器 高频振荡 (几百kHz) 数字音频输入 等比特 调制器 数字内插 滤波器 D类放大 PWM信号 LC网络 图 2.5.1 D类功放的组成 其中第一部分为PWM 调制器。最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。 把原始音频信号加上一定直流偏置后放在运放的正输入端，另外通过自激振荡生 成一个三角形波加到运放的负输入端。当正端上的电位高于负端三角波电位时， 比较器输出为高电平，反之则输出低电平。若音频输入信号为零时， 因其直流偏 置为三角波峰值的1/2，则比较器输出的高低电

21、平持续的时间一样，输出就是一 个占空比为 1：1 的方波。当有音频信号输入时，正半周期间，比较器输出高电 平的时间比低电平长，方波的占空比大于1：1；音频信号的负半周期间，由于 还有直流偏置， 所以比较器正输入端的电平还是大于零，但音频信号幅度高于三 角波幅度的时间却大为减少，方波占空比小于1：1。这样，比较器输出的波形 就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后的波形，称为PWM（ Pulse Width Modulation 脉宽调制）或 PDM（Pulse Duration Modulation 脉冲持续时间调制） 波形。音频信息被调制到脉冲波形中，脉冲波形的宽度与输入的音频信号的幅度 成正比

22、。 第二部分为脉冲控制的大电流开关放大器。它的作用是把比较器输出的PWM 信号变成高电压、大电流的大功率PWM 信号。能够输出的最大功率由负载、电源 电压和晶体管允许流过的电流来决定。 第三部分为由 LC网络构成的低通滤波器。其作用是将大功率PWM 波形中的 声音信息还原出来。利用一个低通滤波器，可以滤除 PWM 信号中的交流成份， 取 出 PWM 信号中的平均值，该平均值即为音频信号。但由于此时电流很大，RC结 构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用，必须使用LC低通滤波器。当占空比大 于 1：1 的脉冲到来时， C 的充电时间大于放电时间，输出电平上升；窄脉冲到 来时，放电时间长，输出电平下降

23、，正好与原音频信号的幅度变化相一致，所以 原音频信号被恢复出来。D类功放的工作原理见图2.5.2 。 毕业设计论文高效率音频功率放大器 11 PWM调制 比较器 模拟音频输入 三角波发生器 PWM信号 +VDD 驱动 - VSS LPF LF CF 原音频 信号波形 比较器上的 两个波形 比较器输出 的PWM信号 LPF后的恢 复信号波形 （a）原理简图（b）工作波形 图 2.5.2D 类功放原理图 对于数字音频信号输入时， 经数字内插滤波器和等比特调制器后，即可得到 脉冲宽度与数字音频的采样点数据成正比的PWM 信号。其中数字内插滤波器是在 数字音频信号的数据之间再插入一些相关联的数据，以内

24、插方式提高数字音频信 号的采样点数（采样频率） ，等比特调制器是将数字信号的数据大小转换为脉冲 的宽度，使输出信号的脉冲宽度与输入数据的大小成正比。 2.6 D 类功放的要求 （1）对功率管的要求。 D类功放的功率管要有较快的开关响应和较小的饱和 压降。 D 类功放设计考虑的角度与AB类功放完全不同。此时功放管的线性已没 有太大意义， 更重要的是开关响应和饱和压降。由于功放管处理的脉冲频率是音 频信号的几十倍，且要求保持良好的脉冲前后沿，所以管子的开关响应要好。另 外，整机的效率全在于管子饱和压降引起的管耗。所以，管子的饱和压降小不但 效率高，且功放管的散热结构也能得到简化。若干年前， 这种高

25、频大功率管的价 格昂贵，限制了D类功放的发展，现在小电流控制大电流的MOSFET 已在 Hi-Fi 功放上得到广泛应用。 D 类功放的特点与电路组成毕业设计论文 12 （2）对 PWM 调制电路的要求。 PWM 的工作原理图 图 2.6 PWM 调制电路也是 D类功放的一个特殊环节，要把20kHz以下的音频调制成 PWM 信号，三角波的频率至少要达到200kHz （三角波的频率应在音频信号频率的 1020倍以上） 。当频率过低时要达到同样要求的THD （总谐波失真）标准，则对 无源 LC低通滤波器的元件要求就高，结构复杂。如果三角波的频率高，输出波 形的锯齿小，就能更加接近原波形，使THD 小

26、，而且可以用低数值、小体积和精 度要求相对差一些的电感和电容来构成低通滤波器，造价相应降低。但是，晶体 管的开关损耗会随频率的上升而上升，无源器件中的高频损耗、 射频的聚肤效应 都会使整机效率下降。 更高的调制频率还会出现射频干扰，所以调制频率也不能 高于 1MHz 。而在实际的中小功率D类数字功放中，当三角波的频率达到500kHz 以上时，也可以直接由扬声器的音圈所呈现的电感来还原音频信号，而不用另外 的 LC低通滤波器。 另外在 PWM 调制器中，还要注意到调制用的三角波的形状要好、频率的准确 性要高、时钟信号的抖晃率要低， 这些参数都会影响到后面输出端由LPF所复原 的音频信号的波形是否

27、与输入端的原音频信号的波形完全相同，否则会使两者有 差异而产生失真。 （3）对低通滤波器的要求。位于驱动输出端与负载之间的无源LC低通滤波 器也是对音质有重大影响的一个重要因数。该低通滤波器工作在大电流下，负载 就是音箱。严格地讲，设计时应把音箱阻抗的变化一起考虑进去，但作为一个功 放产品指定音箱是行不通的， 所以 D类功放与音箱的搭配中更有发烧友驰骋的天 地。实际证明，当失真要求在0.5%以下时，用二阶Butterworth最平坦响应低 通滤波器就能达到要求。 如要求更高则需用四阶滤波器，这时成本和匹配等问题 毕业设计论文高效率音频功率放大器 13 都必须加以考虑。近年来， 一般应用的 D类

28、功放已有集成电路芯片， 用户只需按 要求设计低通滤波器即可。 （4）D类功放的电路保护。 D类功率放大器在电路上必须要有过电流保护及 过热保护。此二项保护电路为D类功率 IC 或功率放大器所必备，否则将造成安 全问题，甚至伤及为其供电的电源器件或整个系统。过电流保护或负载短路保护 的简单测试方法：可将任一输出端与电源端（Vcc）或地端（ Ground）短路，在 此状况下短路保护电路应被启动而将输出晶体管关掉，此时将没有信号驱动喇叭 而没有声音输出。 由于输出短路是属于一种严重的异常现象，在短路之后要回到 正常的操作状态必需重置（Reset）放大器，有些IC 则可在某一延迟（ Delay） 时间

29、后自动恢复。至于过热保护，其保护温度通常设定在150160C，过热 后 IC 自动关掉输出晶体管而不再送出信号，待温度下降20C30 C之后自动 回复到正常操作状态。 （5）D类功放的电磁干扰。 D类功率放大器必须要解决AB类功率放大器所 没有的EMI（Electro Magnetic Interference，电磁干扰）问题。电磁干扰是 由于 D类功率放大器的功率晶体管以开关方式工作，在高速开关及大电流的状况 下所产生的。 所以 D类功放对电源质量更为敏感。 电源在提供快速变化的电流时 不应产生振铃波形或使电压变化，最好用环牛变压器供电，或用开关电源供电。 此外解决 EMI的方案是使用 LC

30、电源滤波器或磁珠（ bead）滤波器以过滤其高频 谐波。中高功率的D类功率放大器因为EMI太强目前采用 LC滤波器来解决，小 功率则用 Bead处理即可，但通常还要配合PCB版图设计及零件的摆设位置。比 如，采用 D类放大器后， D类放大器接扬声器的线路不能太长，因为在该线路中 都携带着高频大电流， 其作用犹如一个天线辐射着高频电磁信号。有些 D类放大 器的接线长度仅可支持2cm ，做得好的 D类放大器则可支持到10cm 。 2.7 D 类功放选择 下面以荷兰飞利浦公司生产的TDA8922功放芯片为例，对 D类功放电路进行 介绍。 TDA8922是双声道、低损耗的D 类音频数字功率放大器，它的

31、输出功率为2 25W 。具有如下特点： 效率高（可达 90% ） ，工作电压范围宽 （电源供电 12.5V 30V） ，静态电流小（最大静流不超过75mA ） ，失真低，可用于双声道立体声系 统 的放 大 （ SE 接 法 ， Single-Ended ） 或 单 声道 系统 的 放 大（ BTL 接 法， Bridge-TiedLoad） ，双声道 SE接法的固定增益为30dB ，单声道 BTL接法的固定 增益为 36dB ，输出功率高（典型应用时225W ） ，滤波效果好，内部的开关振荡 频率由外接元件确定（典型应用为350kHz） ，并具有开关通断的“咔嗒/ 噼噗” D 类功放的特点与电

32、路组成毕业设计论文 14 噪声抑制，负载短路的过流保护，静电放电保护，芯片过热保护等功能。广泛应 用于平板电视、汽车音响、多媒体音响系统和家用高保真音响设备等。 1内部结构与引脚功能 TDA8922的内部结构如图2.7.1 所示，包含两个独立的信号通道和这两个通 道共用的振荡器与过热、 过流保护及公共偏置电路。 每个信号通道主要包括脉宽 调制和功率开关放大两个部分。 图 2.7.1TDA8922 内部结构 （1）脉宽调制。输入的模拟音频信号经电压放大后，与固定频率的三角波 相比较，全部音频信息被调制在PWM 信号的宽度变化中。三角波的产生由压控 振荡器实现，三角波的频率由7 脚外接的 RC定时

33、元件确定。比较器是一个带锁 相环的脉宽调制电路， 调制后的电路与功率输出级的门控电路相连，地线被连接 到公共地端。当音频信号幅度大于三角波信号幅度时，比较器输出高电平， 反之， 比较器输出低电平。 PWM 信号是一个数字脉冲信号， 其脉宽的变化反映音频信号 的全部信息。脉冲信号的高、 低电平控制两组功率管的通/ 断，高/ 低两值之间的 转换速度决定两组功率管之间的通/ 断的转换时间。电路中采用触发器来调整比 较器输出的波形， 通过快速转换使输出波形得到明显的改善。（2） 功率开关放大。 功率开关放大部分由门控电路、高电平与低电平驱动电路、MOSFET 功率管所组 成。门控电路用于输出级的功率开

34、关管在开关工作时的死区校正，防止两个 MOSFET 管在交替导通的瞬间的穿透电流所引起的无用功耗，因为在高频开关工 作时，需要分别将两个MOSFET 管的截止时间提前而将导通时间滞后，防止两个 管子在交替导通的瞬间同时导通而产生贯通电流，这一贯通电流是从正电源到负 毕业设计论文高效率音频功率放大器 15 电源直通而不流向负载的。 PWM 信号控制着 MOSFET 功率管的通 / 断，驱动扬声器 发声。开关功率管集成在数字功率IC 内，有利于缩小整个功放的体积，降低成 本，提高产品竞争力。 在输出端与高电平驱动器之间接有自举电容，用于提高在 上管导通期间的高电平驱动器送到上管栅极的驱动电平，保证

35、上管能够充分导 通。 （3）工作模式选择与过热过流保护电路。TDA8922芯片中除了每个声道中的 脉宽调制与功率开关放大电路外，还有工作模式选择与过热保护与过流保护。 6 脚为工作模式选择端， 当 6 脚外接 5V电源时为正常工作模式， 此时 D类功 放各电路正常工作；当6 脚接地（0V）时为待机状态，此时芯片内的主电源被切 断，主要电路都不工作，整机静态电流极小；当6 脚电平为电源电压的一半（约 2.5V）时为静音状态，此时各电路都处于工作状态，但输入级音频电压放大器的 输出被静音，无信号输送到扬声器而无声。 过热保护与过流保护是通过芯片温度检测和输出电流检测来实现的。当温度 传感器检测到芯

36、片温度 150 oC 时，则过热保护电路动作，将MOSFET 功放级立 即关闭；当温度下降至约130 oC时，功放级将重新开始切换至工作状态。如果 功放输出端的任一线路短路，则功放输出的过大电流会被过流检测电路所检出， 当输出电流超过最大输出电流4A时，保护系统会在 1s 内关闭功率级， 输出的 短路电流被开关切断，这种状态的功耗极低。其后，每隔 100 毫秒系统会试图重 新启动一次，如果负载仍然短路，该系统会再次立即关闭输出电流的通路。 除过热过流保护外，芯片内还有电源电压检测电路，如果电源电压低于 12.5 伏，则欠压保护电路被激活而使系统关闭；如果电源电压超过32 伏，则 过压保护电路会

37、启动而关闭功率级。当电源电压恢复正常范围 （12.5V32V） 时，系统会重新启动。 （4）输出滤波器。输出滤波器的用途是滤除PWM 信号中的高频开关信号和 电磁干扰信号 , 降低总谐波失真。 LPF参数的选择与系统的频率响应和滤波器的 类型有关。音频信号的频率在20Hz20 kHz，而开关脉冲信号和电磁干扰信号 的频率都远大于音频信号频率，因此LPF所用的 LC元件参数，可选择在音频通 带内具有平坦特性的低通滤波器。 TDA8922包含两个独立的功率放大通道，这两个独立的通道可接成立体声模 式，也可接成单声道模式。立体声模式采用SE （Single-Ended ）接法， L 、R输 入的模拟

38、音频信号分别送入各自声道的输入端，L、R 扬声器分别接在各自声道 输出端的 LPF上，从而构成立体声放音系统；单声道模式采用平衡桥式（BTL ） 接法，如图 2.7.2 所示，此时两个通道的输入信号的相位相反，扬声器直接跨接 在两个通道的输出端，此时扬声器获得的功率可增加一倍（6dB） 。 D 类功放的特点与电路组成毕业设计论文 16 图 2.7.2TDA8922 用于单声道的 BTL接法 （5）TDA8922TH 各引脚的功能如表2.7.3 所示。 引脚符号功能引脚符号功能 1 VSSA2 通道2 模拟 电路的负电源供 电端 13 PROT 保护电路用的外接时间 常数电容 2 SGND2 通

39、道2 的信号接 地端 14 VDDP1 通道 1功率输出级开关 电路的正电源供电端 3 VDDA2 通 道 2模 拟 电 路 的正电源供电端 15 BOOT1 通道 1自举电容 4 IN2 通 道 2音 频 输 入 负端 16 OUT1 通道 1 的 PWM 信号输出 端 5 IN2+ 通 道 2音 频 输 入 正端 17 VSSP1 通道 1功率输出级开关 电路的负电源供电端 6 MODE 工作模式选择： 待机、静音、正 常工作 18 STABI 内部偏置稳压器的外接 滤波电容端 7 OSC 振荡器频率调整 或跟踪输入 19 HW 芯片连接到 VSSD引脚 8 IN1+ 通道2 音频输入 正

40、端 20 VSSP2 通道 2功率输出级开关 电路的负电源供电端 9 IN1 通道2 音频 输入负端 21 OUT2 通道 2的PWM 信号输出端 10 VDDA1 通 道 1模 拟 电 路 的正电源供电端 22 BOOT2 通道 2自举电容 11 SGND1 通 道 1 的 信 号接地端 23 VDDP2 通道 2功率输出级开关 电路的正电源供电端 毕业设计论文高效率音频功率放大器 17 表 3.2 TDA8922 各引脚功能 2 典型应用电路 TDA8922的典型应用电路如图2.7.4 所示。 12 VSSA1 通道1 模拟 电路的负电源供 电端 24 VSSD 数字电路的负电源供电 端

41、D 类功放的特点与电路组成毕业设计论文 18 图 2.7.4 TDA8922TH 的应用电路 当将 TDA8922用于双声道立体声的D类数字功放时，左、右声道的模拟音频 信号分别加至输入端的in1 和 in2 。左、右声道的扬声器采用SE接法，分别接 在各自声道功放输出端的LPF后与地之间，扬声器的阻抗选用4，此时输入端 的 4 个开关的状态为： J1 和 J2 处于接通状态， J3 和 J4 处于断开状态。两个声 道各自独立。 当将 TDA8922用于单声道的 D类数字功放时，电路采用平衡桥式接法 （BTL ） 。 单声道模拟音频信号加在in1 （或者 in2 ）端子上，此时输入端的4 个开

42、关设置 状态为： J1 和 J2 处于断开状态， J3 和 J4 处于接通状态，两个声道输入端所加 的模拟音频信号的相位正好相反。功放输出端的扬声器选用8，直接跨接在双 声道功放输出端LPF的两端，构成 BTL的接法。 正常工作时， 6 脚的模式选择开关置于“on”位置，即 6 脚接在 5.6V 的稳 压源上。 3.TDA8922TH的原理图如图 2.7.5 所示 毕业设计论文高效率音频功率放大器 19 图 2.7.5 3.1.TDA8922TH的工作参数静态特性如图2.7.6 所示 符号参数条件最小值典型值特征值单位 供应 Vp 电源电压引脚 1 12.5V 20V 30V V Iq 总静态

43、电源电流空载55 75 mA Istb 备用电源电流100 500 uA 信号输入：引脚IN1- 、IN1+、IN2- 、IN2+ V1 直流输入电压引脚 2 0 放大输出 :引脚 OUT1、OUT2 Vo 输出失调电压operating 150 mV Vo1 输出失调电压变 化量 operating 80 mV D 类功放的特点与电路组成毕业设计论文 20 温度保护 Tpro t 温度保护激活150 C Thys 滞后温度20 C 图 2.7.6 3.2 D 类高效率音频功率放大器器件参数及PCB如图 2.7.72.7.8所示 毕业设计论文高效率音频功率放大器 21 图 2.7.7 器件参数

44、 图 2.7.8PCB D 类功放的特点与电路组成毕业设计论文 22 三、结论 3.1 调试过程 第一次调试：当把各器件插装结束后，由于直接将电源接到主电路，也没采 用什么保护措施，电压过大，结果把芯片烧坏了。 第二次调试：芯片从新安装好后，我们在电源与主电路之间连入两块万用表 以测量电源流过主电路的电流，并随时注意芯片的温度。当电源接通后，两块万 用表显示的电流值相差很大， 而且芯片温度立即升高。 当时我们并没有怀疑器件 问题，猜测可能是哪里短路或断路了，于是我们按芯片引脚次序把每一条电路都 测试了一次， 并未发现有断路现象， 然后我们又将电路图与PCB板的布线仔细对 比了一次，发现 14引

45、脚本应接到电源Vddp，PCB 板上却接到 Vdda上了。我们将 PCB板上相关联的线路除去，再用导线按电路接好，再次调试。 第三次调试：我们再次接入电源，芯片温度依然升的很快，芯片6 脚电压不 处在正常工作状态，于是我们又把所有的器件测试了一下，发现好几处错误，R2 和 R5本应接入 10电阻，却被我们接入10K电阻，几个 220PF的电容被我们 接入了 220nF的电容，我们把器件更换完后，并在指导老师的指导下，在电源电 路加入了 4 个电容。终于实现了设计任务的要求。 3.2 毕业设计感想 从开学一开始，我们就接到要做的毕业设计题目是高效率音频功率放大器， 刚开始并没有怎么太在意，可能是

46、开学刚到学校，新还没有完全收回来，直到过 了一个星期，我们的设计可以说是停滞不前，没有半点进展。 这时候我开始从思 想上重视了，开始了解我们要做的设计，看音响设计原理，看模拟电路，看D类 功率放大器的一些东西，慢慢理解，然后弄懂芯片内部的结构、原理，做整个原 理图，做 PCB 版。理论好了以后，便开始买器件，装器件，好了在调试，在到论 文的完成，一共花了将近两个月。在这两个月中学到了很多东西，是上理论课所 学不到的，不自觉的提高了自己的能力，这次的毕业设计获益匪浅。 毕业设计论文高效率音频功率放大器 23 四、致谢 在这里我要提到一个人，他就是我们的毕业设计指导老师童建华老师。从原 理绘图，元件购买，焊接元器件，到调试，童老师一步一步的指导，监督着，在 我们困惑的时候，在我们无助的时候，他的一些建议、想法，总是时我们眼前一 亮。当然设计的成功更有我们同学的帮助。我深深的感觉到了团队合作精神，在 这里我由衷的感谢所有帮助过我的老师和同学。 致谢毕业设计论文 24 五、参考文献 童建华：音响设备技术（电子工业出版社） 2010 年 1 月 邹天汉：数字功放和音箱设计与制作人民邮电出版社 /2004 百度百科 D 类功放 2009 11 http:/