【正文】 摘 要 本系統(tǒng)以高效 Hifi 功放集成芯片 TDA2030 為核心元件，制作了高保真的音頻功率放大器，并利用 Altium Designer 軟件設(shè)計(jì)完成原理圖和 PCB 板。該系統(tǒng)在電源電壓 V16? ，負(fù)載電阻為 ?4 時(shí)能達(dá)到 18W 的輸出功率，且只有 %的失真度。系統(tǒng)有良好的短路和過熱保護(hù)電路，比較理想的達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求 。 高效率的音頻功率放大器不僅僅是在便攜式設(shè)備中需要，在大功率的設(shè)備中也占有較大的比重。隨著人們居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和高檔的家庭影院也逐漸興起。集成音頻功放在這些設(shè)備中起到了很重要的作用。 關(guān)鍵詞： 高保真 音頻 功率放大 第一章 緒論 音頻功率放大器是一個(gè)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域，幾十年來人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐ΑＷ罱鼛啄?，無論是在線路技術(shù)還是元器件方面 ，乃至是思想認(rèn)識上都取得了長足的進(jìn)步。 集成音頻放大器發(fā)展過程 上個(gè)世紀(jì) 80 年代以前， 輸出 功率僅幾瓦的聲頻功率放大器都要采用分立 元件 來制作。進(jìn)入 80 年代后，國內(nèi)開始研制生產(chǎn)出一些小功率的功放 IC，但由于這些功放 IC 的性能指標(biāo)不佳，尤其是可靠性比較差，很快就被國外生產(chǎn)的功放IC所取代。 日本生產(chǎn)的 HA139 TA7240曾經(jīng)是 80年代用得非常普遍的功放 IC。 HA1392與 TA7240 的輸出功率都只有 4W ~ 6W。意法 SGS 公司在 80 年代初 開發(fā) 生產(chǎn)的TDA2030A 算是比較好的一款功放 IC，它的輸出功率能夠達(dá)到 12W 以上。盡管 SGS公司在 TDA2030A 基礎(chǔ)上又研制出 TDA20 TDA2050 功放 IC，使輸出功率能夠達(dá)到 24W，但由于它們的電源適用范圍只有 177。22V ，如果使用未經(jīng)穩(wěn)壓的整流濾波直流電供電，它們實(shí)際上都只能給 4Ω 負(fù)載輸出 12W 功率。 在 90 年代以前， 電子 器件生產(chǎn)廠商提供的功放 IC 輸出功率實(shí)際都在 30W以下。在經(jīng)過 10多年的努力后，美國 NS 公司和意法 SGS 公司都在 90 年代期間相繼開發(fā)生產(chǎn)出多款輸出功率超過 30W 的功放 IC 芯片 。其中， LM387 LM3886是美國 NS 公司的 代表作， TDA729 TDA729 TDA7296 是意法 SGS公司的代表作。 音頻放大器設(shè)計(jì)背景 音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的 音頻 信號，信號音量和功率級都要理想 —— 如實(shí)、有效且失真低。音頻范圍為約 20Hz～ 20kHz，因此放大器在此范圍內(nèi)必須有良好的 頻率 響應(yīng) (驅(qū)動頻帶受限的 揚(yáng)聲器 時(shí)要小一些，如 低音喇叭 或高音喇叭 )。根據(jù)應(yīng)用的不同，功率大小差異很大，從耳機(jī)的毫瓦級到 TV或 PC 音頻的數(shù)瓦，再到 “ 迷你 ” 家庭立體聲和汽車音響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上，大到能滿足整個(gè)電影院或禮堂的聲音要求。 音頻放大器設(shè)計(jì)意義 在 傳統(tǒng)晶體管放大器中，輸出級包含提供瞬時(shí)連續(xù)輸出電流的晶體管，實(shí)現(xiàn)音頻系統(tǒng)放大器許多可能的類型包括 A 類放大器， AB 類放大器和 B 類放大器。與 D 類放大器設(shè)計(jì)相比較，即使是最有效的線性輸出級，它們的輸出級功耗也很大。這種差別使得 D類放大器在許多應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢，因?yàn)榈凸漠a(chǎn)生熱量較少，節(jié)省印制電路板面積和成本，并且能夠延長便攜式系統(tǒng)的電池壽命。 另外， D類功率放大器工作于開關(guān)狀態(tài)，理論效率可達(dá) 100%，實(shí)際的運(yùn)用中也可達(dá) 80 以上，功率器件的耗散功率小，產(chǎn)生熱量少，可以大大減小散熱器的尺寸，連續(xù)輸出功率很容易達(dá)到數(shù) 百瓦，功率 MOS有自我保護(hù)電路，可以大大簡化保護(hù)電路，而且不引入非線性失真。 名詞解釋 音響系統(tǒng)整體技術(shù)指標(biāo)性能的優(yōu)劣，取決于每一個(gè)單元自身性能的好壞，如果系統(tǒng)中的每一個(gè)單元的技術(shù)指標(biāo)都較高，那么系統(tǒng)整體的技術(shù)指標(biāo)則很好。其技術(shù)指標(biāo)主要有六項(xiàng)：頻率響應(yīng)、信噪比、動態(tài)范圍、失真度、瞬態(tài)響應(yīng)、立體聲分離度、立體聲平衡度。 頻率響應(yīng)：所謂頻率響應(yīng)是指音響設(shè)備重放時(shí)的頻率范圍以及聲波的幅度隨頻率的變化關(guān)系。一般檢測此項(xiàng)指標(biāo)以 1000Hz 的頻率幅度為參考，并用對數(shù)以分貝 (dB)為單位表示頻率的 幅度。 音響系統(tǒng)的總體頻率響應(yīng)理論上要求為 20~20210Hz。在實(shí)際使用中由于電路結(jié)構(gòu)、元件的質(zhì)量等原因，往往不能夠達(dá)到該要求，但一般至少要達(dá)到32~18000Hz。 信噪比：所謂信噪比是指音響系統(tǒng)對音源軟件的重放聲與整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的新的噪聲的比值，其噪聲主要有熱噪聲、交流噪聲、機(jī)械噪聲等等。一般檢測此項(xiàng)指標(biāo)以重放信號的額定輸出功率與無信號輸入時(shí)系統(tǒng)噪聲輸出功率的對數(shù)比值分貝 (dB)來表示。一般音響系統(tǒng)的信噪比需在 85dB 以上。 動態(tài)范圍：動態(tài)范圍是指音響系統(tǒng)重放時(shí)最大不失真輸出功 率與靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)噪聲輸出功率之比的對數(shù)值，單位為分貝 (dB)。一般性能較好的音響系統(tǒng)的動態(tài)范圍在 100(dB)以上。 失真：失真是指音響系統(tǒng)對音源信號進(jìn)行重放后，使原音源信號的某些部分（波形、頻率等等）發(fā)生了變化。音響系統(tǒng)的失真主要有以下幾種： a．諧波失真：所謂諧波失真是指音響系統(tǒng)重放后的聲音比原有信號源多出許多額外的諧波成分。此額外的諧波成分信號是信號源頻率的倍頻或分頻，它是由負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)或放大器的非線性特性引起的。高保真音響系統(tǒng)的諧波失真應(yīng)小于1%。 b．互調(diào)失真：互調(diào)失真也是一種非線性失真，它是兩個(gè)以上的頻率分量按一定比例混合，各個(gè)頻率信號之間互相調(diào)制，通過放音設(shè)備后產(chǎn)生新增加的非線性信號，該信號包括各個(gè)信號之間的和及差的信號。 c．瞬態(tài)失真：瞬態(tài)失真又稱瞬態(tài)響應(yīng)，它的產(chǎn)生主要是當(dāng)較大的瞬態(tài)信號突然加到放大器時(shí)由于放大器的反映較慢，從而使信號產(chǎn)生失真。一般以輸入方波信號通過放音設(shè)備后，觀察放大器輸出信號的包絡(luò)波形是否輸入的方波波形相似來表達(dá) 放大器對瞬態(tài)信號的跟隨能力。 d. 立體聲分離度：立體聲分離度表示立體聲音響系統(tǒng)中左、右兩個(gè)聲道之間的隔離度，它實(shí)際上反映了左、右兩個(gè)聲道相互串?dāng)_的程度。如果兩個(gè)聲道之間串?dāng)_較大，那么重放聲音的立體感將減弱。 e. 立體聲平衡度：立體聲平衡度表示立體放音系統(tǒng)中左、右聲道增益的差別，如果不平衡度過大，重放的立