1、 开题报告 高效率音频功率放大器设计 专业： 电子信息工程 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： 为了节约电路的成本 ，提高放大器的效率，采用普通的电子元器件设计高效率音频功率放大器的方法，使用基本的运算放大器，构成 PWM 路，形成 D 类功率放大器，实现了高效率，低失真的设计要求。为了提高电路的抗干扰性能，在设计中使用了电压跟随器，差动放大器，有源带通滤波器等。使设计获得了良好的效果。 传统的音频功率放大器主要有类 (甲类 )、类 (乙类 )和 (甲乙类 )。类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过 功率放大器件 ,它的优点是输出信号的失真比较小 ,缺点是输出信号
2、的动态范围小、效率低，理想情况下其最高效率为50%，考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损耗，类功率放大器的最高效率仅为 45%左右。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%，它的优点是在理想情况下效率可达 78.5%，但缺点是会产生交越失真 ,增加噪声。类 (甲乙类 )功率放大器是以上两种放大器的结合，每个功率器件的导通时间在 50% 100%之间，兼有甲类失真小和乙类效率高的特点，其工作效率介于二者之间。传统音频功率放大器效率偏 低，体积偏大的缺点与音频功率放大高效、节能和小型化的发展趋势的矛盾，催生了类 (丁类 )音频功率放大器出现和发展。 功率放大电路是一种能量转
3、换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率。一般的功放电路可以由两种方式实现：用分离元件组成或用集成器件实现。分立元件是电子电路的基础，一般的功放电路都能用分立元件实现，但由于使用分立元件所用的单个器件比较多，从而考虑的各种反馈电路和保护电路会比较多，实现起来会相对复杂。由于电子技术的日益更新，集成器件发展的比较快，在一定程度上已经可以代替分立元件。 二、 功率放大电路的特殊问题 功率放大电路在多级放大电路当中处于最后一级，又称输出级，其任务是输出足够大的功率去驱动负载。如扬声器、伺服电机、指示表头、记录器及显示器等。对功率放大电路的工作状态，分析方法和探讨内容有以下一些特
4、点： 1.功率的输出信号具有较大的电压和电流幅度； 2.管子接近饱和或截止工作状态，因而输出信号具有一定非线性失真； 3.功率管的极限参数 ICM、 U(BR)CEO、 PCM 均应满足工作时的最大需求。由于管耗较大，要求加散热器，以提高管子承受管耗能力； 4.性能指标以分析功率为主，着重计算 输出功率、管子消耗功率、电源供给功率和效率。由于功率管处于大信号工作状态，分析计算时只能采用图解法估算，不能微变等效电路法分析。 功率放大电路类型根据静态工作点处于负载线的中点、近载止区和截止区的位置，分别称为甲类、甲乙类和乙类功率放大电路，其集电极信号电流的导通角分别为 2、 -2、和。故甲类只需用一
5、个管子工作，而乙类和甲乙类必须采用两个管子组成互补对称功率放大电路进行工作。但甲类功率放大器在输入信号为 0 时，静态ICQ 较大，电源消耗功率较大，尽管有信号输入时，部分可以转化成有用功率输出，但其效率总 比一类货甲乙类低。 甲类，又称 A 类：电路的工作点在其线性部分的中点，它从电源取出的电流是恒定 不变的，不受信号电平变化影响。它是低效率的，有资料报导，实际效率不可能超过 25%。电路可以单管，也可以推挽工作。 优点是无交越和开关失真，谐波分量中主要是偶次谐波，在听感上低音厚实、中音温暖、高音清晰、层次感好，从而讨人欢喜。 缺点是耗电多，效率低，电流大和温度高，易引发可靠性和寿命问题，而
6、且整机成本高。因此有不少过去生产甲类机出名的厂家，现在已大多停产晶体管甲类功放机。 乙类，又称 B 类：在无 信号输入时，电路处于低电流状态。当有信号输入时，一对管子轮换工作，所以乙类必须采用推挽电路才能放大完整的信号波形。 优点是效率较高，理论上可达 78%。缺点是失真较大。 甲乙类，又称 AB 类：功放机在低电平驱动时，为甲类工作状态，当提高驱动电平时，转为乙类工作状态。 优点是在于它比甲类提高了小信号输入时的效率，随着输出功率的增大，效率也增高。 缺点是存在交越失真。随着电子 元器件的品质不断提高以及采用了高偏流的工作状态，最大限度地减少低电平信号的失真。至今为止仍是功率放大器应用最广泛
7、的电路形式。 目前较多采用甲乙类互不对称功率放大电路，这类电路目前已发展成绩成功率放大器被广泛应用。 三、研究步骤、方法及措施： 1）查找资料，明确目标，搜集需要的信息； 2）分析任务，设计并绘制各单元电路图； 3）试运行测试电路； 4）总电路的串联并进行仿真分析； 5）完善设计方案，完成论文书写，答辩。 四、参考文献： 1 曾广兴 :现代音响技术应用 M，广东科技出版社， 1997 年 3 月。 2 张 平 :关于音频功率放大器的应用，安阳大学学报 J， 2002 年 02 期。 3 吴振平 :实用声电技术 M，中国铁道出版社， 1984 年 11 月。 4 龚 伟 :音频放大器控制方式综述
8、 J，重庆大学报， 2003 年 02 期。 5 黎 明 :电子质量 J， 2002 年 02 期。 6 华成英 :模拟电子技术基础 M，北京高等教育出版社， 2001。 7 姚福安 :音频功率放大器设计 M，山东大学学报， 2003 年 06 期。 8 牟小令 :高效率音频功 率放大器 J，西南师范大学学报， 2003 年 01 期。 9 马建国 :电子系统设计 M，高等教育出版社。 11 曲 荣 :收音机电平指示电路锦集 M,高等教育出版社 12 方佩敏 :音频功率放大器，电子世界 J， 2003 年 08 期。 13 何希才 :实用电子电路 400 例 M,电子工业出版社 14 陈伟鑫
9、:新型实用电路精选指南 M, 电子工业出版社 15 谢自美 :电子线路设计 实验 测试 M, 华中科技大学出版社 16 康华光 :模拟电子技术基础 M， 高等教 育出版社 . 17 牟小令 :高效率音频功率放大器 J，西南师范大学学报， 2003 年 01 期。 五、研究工作进度： 1） 2010 年 11 月 15 日 2010 年 12 月 15 日完成开题报告、文献综述与外文翻译； 2） 2011 年 3 月 21 日 2011 年 4 月 5 日制定总体方案和具体设计计划； 3） 2011 年 4 月 6 日 2011 年 5 月 1 日进实验室完成设计所需的操作； 4） 2011 年 5 月 2 日 2011 年 5 月 28 日完成论文初稿； 5） 2011 年 5 月 29 2011 年 5 月 31 日整理论文及准备答辩。
