音频功率放大器 相关知识 以及毕业设计.doc

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1、摘要高保真功率放大技术的发展，使整个音频功率放大技术领域发生了巨大的变化。现代人对听觉水平要求越来越高，所以对音响的音质真实性要求越来越多，高保真音频功率放大技术克服了这个缺点，它能够如实的反映出声音信号的音色，音高和音强等音质状况本来面貌的能力，同时对声音信号进行必要的修饰和加工，因此，我们这次的研究对象是高保真功率音质放大技术，本文主要介绍基于LM1875 D类音频功率放大电路的设计，它在音频应用场合提供非常低的失真度和高质量的音色，还具有了高增益、快速转换速率、宽功率带宽、大输出电压摆幅、大电流能力和非常宽的电源范围等特性。系统采用大回环电压负反馈控制输出，配以普通双路桥式整流滤波电路，

2、放大器采用内部补偿，增益控制在22dB左右。它可用与高品质音频系统、立体声唱机等等。关键词： LM1875 高保真 功率放大AbstractHigh-fidelity audio technology, audio technology, the whole has undergone tremendous changes, which not only combines the audio technology and amplifier technology, modern people increasingly high demand on the hearing level, so t

3、he authenticity of the audio sound quality have become increasingly demanding more, high-fidelity sound to overcome this shortcoming, it can honestly reflect the voice signal tone, pitch and sound quality and strong capacity to face the condition, while the sound signal and processing the necessary

4、modifications, so this time we study is the high-fidelity audio, this article introduces the LM1875 audio amplifier design, which in audio applications with very low distortion and high-quality sound, also has a high gain, fast slew rate, wide power bandwidth, large output voltage swing, high curren

5、t capability and very wide supply range and other characteristics. Using large loop negative feedback control voltage output, together with the ordinary two-way bridge rectifier filter circuit, amplifier with internal compensation, gain control is about 26dB. It can be used with high-quality audio s

6、ystems, stereo player and so on. Key words: LM1875 High-fidelity power amplifier目 录1 音频功率放大器的简介21.1 音频放大电路的回顾和展望21.2 音频功率放大电路的简介21.3 音频放大器分类31.4 放大器常见的名词52 D类音频功率放大器的特点和原理22.1 D类音频功率放大器的特点2 2.2 NE5532芯片的介绍.22.2 D类功放的组成与原理23 D类音频放大器的设计83.1 方案的选择83.2 各单元电路的设计83.2.1 低音和高音电路的设计83.2.2电源电路的设计83.2.2LM1875放

7、大电路设计84 LM1875的简介154.1 LM1875中文资料154.2 LM1875的工作原理154.3 LM1875的电路特点165电路的仿真175.1 电源电路的仿真175.2 LM1875功放电路的仿真176 电路制作与调试196.1 焊接准备196.2 装配与调试19总 结20参考文献21致 谢22绪论电子信息技术几乎主宰了整个电器行业的发展，随着电子技术的进步发展在D类音频功率放大的设计上功能也不断更新。功率放大器在家电、数码产品中的应用也越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，

8、是促使消费者购买产品的一个重要因素。D类音频功率放大器作为音响等电子设备的后级放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。同时音频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。 目前，音频功率放大器仍以模拟功放为主流产品，模拟功放经历了数十年的不断改进和完善，其技术已发展到了顶峰。模拟类功放是以线性放大为基础，功率放大器件有电子管和晶体管两类。按功放静态工作点的设置可分为类放大，/类放大和D类放大三种。晶体管功放的最大优点是电源转换效率高（D类功放最大可达55%）、体积小、重量轻、发热量不大、生产成本低。缺点是转换速率低、偶次谐波失真较大。音质

9、和可靠性指标都略逊于电子管功放。随着晶体管制造技术的不断提高和新技术的应用，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善，并不断在向更大的输出功率、更小的体积、更轻的重量、更多的功能和智能化方向发展。1 音频功率放大器的简介1.1 音频放大电路的回顾和展望随着晶体管制造技术的不断提高和新技术的应用，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善，并不断在向更大的输出功率，更小的体积，更轻的重量，更多的功能和智能化方向发展，如美国CROWN公司的MA-5000VZA功放，其最大输出功率可达4000W/8（桥接，单通道）；完善的可靠性设计使它在苛刻的环境中可连续工作，使得生产者可作3年免维护的保证；插入可编程的

10、输入处理模块USP3；可对12000台功放的工作状态进行程控调节和各种参数检测。各种完善的可靠性保护措施，使它的可靠性大大提高，可与电子管功放媲美。晶体管功放具有许多宝贵优点，它的失真低于万分之一，但其音质听感总不如电子管功放那么逼真，细腻，尤其是在表现瞬态变化快而清脆的打击乐，弦乐和浑厚回荡的钢琴曲方面感觉最明显。20世纪80年代初，欧洲有些专业公司开始研究晶体管功放与电子管功放之间的性能差异及解决办法。电子管是一种电压控制器件，需要的控制功率极微，开关速率很快。晶体管是一种电流控制器件，需有较大的控制电流，转换速率较慢，这是最基本的差别。80年代中期欧洲首先推出了采用MOSFET音频场效应

11、管功放。MOSFET场效应晶体管既具有晶体管的基本优点。但使用不久发现这种功放的可靠性不高（无法外电路保护），开关速度提高得不多和最大输出功率仅为150W/8等。90年代初，MOSFET的制造技术有了很大突破，出现了一种高速MOSFET大功率开关场效应晶体管。西班牙艺格公司（ECLER）经多年研究，攻克了非破坏性保护系统的SPM专利技术，推出了集电子管功放和晶体管功放两者优点结合的第3代功放产品，在欧洲市场上获得了认可，并逐步在世界上得到了应用。第3代MOSFET功放的中频和高频音质接近电子管功放，但低频的柔和度比晶体管功放差一些，此外MOSFET开关场效应管容易被输出和输入过载损坏。数字功放

12、的概念早在20世纪60年代就有人提出了，由于当时技术条件的限制，进展一直较慢。1983年，M.B.Sandler等学者提出了D类放大的PCM（脉码调制）数字功放的基本结构。主要技术要点是如何把PCM信号变成PWM（脉冲调宽信号）。美国Tripass公司设计了改进的D类数字功放，取名为“T”类功1999年意大利POWERSOFT公司推出了数字功放的商业产品，从此，第4代音频功率放大器，数字功放进入了工程应用，并获得了世界同行的认可，市场日益扩大，最终将替代各类模拟功放。1.2音频功率放大电路的简介音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止

13、，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的，都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失

14、真情况下得到最高的效率。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。1.3 音频放大器分类 长期以来，高品质音频放大器的工作类别，只限于A类(甲类)和AB类(甲乙类)。其原因在于过去只有电子管这样的器件，B类(乙类)电子管放大器产生的失真使它们甚至在公共广播用时都难于被人们所接受。所有的自称为高保真放大器均工作于推挽式的A类(甲类)。 随着半导体器件的出现

15、和发展，放大器的设计得到了更多的自由。就放大器的类别而言，已不限于A类(甲类)和AB类(甲乙类)。这里将各种类别的放大器简介如下。不过需要指出，就目前来说用于音频功率放大器的工作类别，A类(甲类)、AB类(甲乙类)和B类(乙类)这三类放大器仍覆盖着半导体放大器的绝大多数。1、A类(甲类)放大器 A类(甲类)放大器，是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。这种放大器，由于避免了器件开关所产生的非线性，只要偏置和动态范围控制得当，仅从失真的角度来看，可认为它是一种良好的线性放大器。A类放大器在结构上，还有两类不同的工作方式。其中一类是将两个射极跟随器相联工作，其偏置电流要增加到在正常负载下有足

16、够的电流流过，而不使任一器件截止。这一措施的最大优点是它不会突然地耗尽输出电流，如果负载阻抗低于标定值，放大器会短期出现截止现象，在失真上可能略有增加，但不致出现直感上的严重缺陷。另一类可称作为控制电流源型(VCIS)，它本质上是一个单独的射极跟随器，并带有一个有源发射极负载，以达到合适的电流泄放。这一类作为输出级时，需要在开始设计之前就把所要驱动的阻抗是多低搞清楚2、B类(乙类)放大器B类(乙类)放大器，是指器件导通时间为50的一种工作类别。这类放大器可以说是最为流行的一种放大器，也许目前所生产的放大器有99是属于这一类。 3、AB类甲乙类)放大器 AB类(甲乙类)放大器，实际上是A类(甲类

17、)和B类(乙类)的结合，每个器件的导通时间在50100之间，依赖于偏置电流的大小和输出电平。该类放大器的偏置按B类(乙类)设计，然后增加偏置电流，使放大器进入AB类(甲乙类)。 AB类(甲乙类)放大器在输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通，其状态工作于A类(甲类)；当电平增高时，两个器件将完全截止，而另一个器件将供给更多的电流。这样在AB类(甲乙类)状态开始时，失真将会突然上升，其线性劣于A类(甲类)或B类(乙类)。不过笔者认为，它的正当使用在于它对A类(甲类)的补充，且当面向低负载阻抗时可继续较好地工作。 4、C类(丙类)放大器 C类(丙类)放大器，是指器件导通时间小于50的工作类别。这类

18、放大器，一般用于射频放大，很难找到用于音频放大的实例。 5、D类(丁类)放大器 这类放大器，其特点是断续地转换器件的开通，其频率超过音频，可控制信号的占空比以使它的平均值能代表音频信号的瞬时电平，这种情况被称为脉宽调制(PWM)，其效率在理论上来说是很高的。但是，实际困难还是非常大的，因为200kHz的高功率方波是不是好的出发点尚不清楚；从失真的角度来看，为保证采样频率的有效性，必须将一个陡峭截止频率的低通滤波器插入放大器与扬声器之间，以消除绝大部分的射频成分，这至少需要4个电感(考虑立体声)，成本自然不会低。此外，表现在频响方面，它只能对某一特定负载阻抗保证平坦的频率响应。6、放大器的电源极

19、端重视电源的现代放大器“放大器不过是电源的调制器”，这句话道出了放大的实质。既然如此，又有什么理由不引起对电源的高度重视呢。电源部份作为推动扬声器发声的源泉，再也不应象过去那样随便找个整流电源接上了事。对电源的要求有两个方面，即纹波噪声小，输出能力强。噪声小比较容易办到，只要加大滤波电容器的容量就可以，但是要做到输出能力强却不简单。首先要加大电源变压器的容量，这是过去一些放大器生产厂所不乐意的，因为加大电源变压器容量会使成本大量增加，整机的重量和体积也会加大；但现在听小喇叭的人越来越多，这些小喇叭大多效率很低，有些名牌音箱如 Celestion SI一6O0或 Ro3ers LS35a，十分大

20、食难推，再加上现代节目信号中常常出现一些炮弹爆炸，锣鼓敲击的声音，对放大器是一个极为严峻的考验，同样两台100W的放大器，一台可能让你感觉到大炮地动山摇的震撼力，而另一台可能像是破鼓在“咐咐”作响。所以现代优质的功率放大器的电源储备量十分惊人，往往采用巨大的环形变压器，再配合容量达数万甚至数十万徽法的电容器，以提高电源的瞬时供应能力。 KRELI的功率放大器号称“功率发动机”，如 KSA一250功效，在8时输出功率为250W每声道，4时为500W，2时为1000W，l时为2000W，而且任何状态下失真均小于0.1，真是惊人 ！ MarkLevi2zson的产品也是极端重视电源的典范。提高电源的

21、质量，不仅是量的加大，还有质的提高。滤波电容是一个关键，它除了起平滑滤波和储能的作用以外，还是音频信号的通路，因此优质放大器中常常采用专门为音响用途而生产的电容器，以求获得更好的音质。 KRELLKAS放大器中，电源部份竟然采用稳压电源供电，这台机器可以在纯甲类状态下输出400W的功率，为此，其电源部份也付出了采用60只大功率晶体管的代价。1.4放大器常见名词1、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）。经常把谐波失真度为1%时的

22、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程后面突然出现了冲击

23、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。2、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听觉频率范围，因而在理想情

24、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。3、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。4、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失真，而在输入弱信号时，有不应被自身

25、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。5、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。6、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。7、灵敏度对放大器来说,灵敏度一般指达到额定输出功率或电压时输入端所加信号的电压大小，因此也称为输入灵敏度;对音箱来说,灵敏度是指给音箱施加1W的输入功率, 在喇叭正前方1米远处能产生多少分贝的声压值。8、反馈

26、也称为回授,一种将输出信号的一部分或全部回送到放大器的输入端以改变电路放大倍数的技术。(1)负反馈导致放大倍数减小的反馈称为负反馈。负反馈虽然使放大倍数蒙受损失,但能够有效地拓宽频响,减小失真,因此应用极为广泛。 (2)正反馈使放大倍数增大的反馈称为正反馈。正反馈的作用与负反馈刚好相反,因此使用时应当小心谨慎。9、屏蔽在电子装置或导线的外面覆盖易于传导电磁波的材料，以防止外来电磁杂波对有用信号产生干扰的技术。2 D类功放的特点与电路组成2.1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

27、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

28、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。2.2 D类功放的组成与原理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、低通滤波器。电路结构组成如图2-1所示。图2-1 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

29、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（P

30、ulse 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。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

31、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，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。（a）原理简图 （b）工作波形图2-2D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。2.3 D类功放的要求（1）对功率管的要求。D类功放的功

32、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。（2）对PWM调制电路的要求。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

33、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，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

34、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

35、，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都必须加以考虑。近年来，一般应用的D类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

36、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20C30C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

37、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。3 D类音频放大器的设计3.1 方案的选择 方案一 采用LM386 ，LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内

38、链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器。但是容易受外界的干扰，放大的功率和倍数不高，不能满足大功率的要求，而且很容易失真。方案二 采用TDA2822般的集成功放电路外围元件较多且需要较大的散热器，TDA2822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您的听觉要求了，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。但是由于放热量比较大和功率不高，外围电路比较复杂，所以不能满足要求。方案三LM1875 是一款功率放大集成块， 是美国国半公司研发的一款功放集成块，它在使用中外围电路少 。LM1875是美国国家

39、半导体器件公司生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。该集成电路在25V电源电压RL=4时可获得20W的输出功率，在30V电源8负载获得30W的功率，内置有多种保护电路。广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。综上所述，选择方案三，满足大功率、高保真、输出阻抗大，本文就是基于LM1875 D类音频功率放大器的设计。3.2 各单元电路的设计3.2.1 高音和低音电路的设计M1875功放板由一个高低音分别控制的衰减式音调控制电路和LM1875放大电路以及电源供电电路三大部分组成，音调部分采用的是高低音分别控制的衰减式音调电图3-1 高音

40、和低音电路路，其中的R2，R3，C2，C1，RT2组成低音控制电路；C3，C4，RT3组成高音控制电路；R4为隔离电阻，RT1为音量控制器，调节放大器的音量大小，C5为隔直电容，防止后级的LM1875直流电位对前级音调电路的影响。放大电路主要采用LM1875，由1875，R8，R9，C6等组成，电路的放大倍数由R8与R9的比值决定，C6用于稳定LM1875的第4脚直流零电位的漂移，但是对音质有一定的影响，C7，R10的作用是防止放大器产生低频自激（电路如图3-1）。3.2.2电源电路的设计 首先经过变压器把220V强电变成18V的弱电，在经过整流桥整流变成直流用LM7818,7819分别变成正

41、18V和负18V电源，给LM1875供电。图3-2 电源电路（1） 整流电路的设计220V的交流电从直流稳压电源插头经保险管送到变压器的初级线圈，并从次级线圈感应出经约9V的交流电压送到4个二极管。二极管在电路中的符号有短线的一图3-3 整流电路端称为它的负极(或阴极)，有三角前进标志的一端称为它的正极(或阳极)。基本作用是只允许电流从它的正极流向它的负极(即只能按三角标示的方向流动)，而不允许从负极流向正极。我们知道，交流电的特点是方向和电压大小一直随时间变化，用通俗的话说，它的正负极是不固定的。但是不管从变压器中出来的两根线中哪根电压高，电流都能而且只能由D3或D4流入右边的电路，由D1或

42、D2流回去。这样，从右边的电路来看，正极永远都是D3和D4连接的那一端，负极永远是D1和D2连接的那一端。这便是二极管整流的原理。（2）稳压电路的设计对于集成三端稳压器，当（UI-UO）min=525V时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值：UI15+3+1.8+1.9822(V),取UI=22V.根据UI可确定变压器次级电压 U2。U2=UI/1.11.2(20V)在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为：2=(1.52)II(1.52)IO=1.50.5=0.75(A).取变压器的效率0.8,则变压器的容量为 P=U2I2/=200.75/0.8=18.75(W

43、)选择容量为20W的变压器。因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为 ID=12Imax=1/2IOmax=1/20.5=0.25(A)每只整流二极管承受的最大反向电压为 选用三极管IN4001，其参数为：ID=1A，URM=100V。可见能满足要求。图3-4 稳压电路的设计一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数RLC是其充电周期的确25倍。对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半，即RLC（25）T/2=25/2f,由于2f,故RLC(25),取RLC3则C=3/RL其中RL=UI/II，所以滤波电容容量为C3II/2fUI(30.5)/ 250220.681103(F)

44、取C=2200F。电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。如图所示经过LM7818、LM7918稳压器，稳压成正18V和负V的电源给LM1875供电。3.2.3 LM1875放大电路放大电路主要采用LM1875，由1875，R8，R9，C6等组成，电路的放大倍数由R8与R9的比值决定，C6用于稳定LM1875的第4脚直流零电位的漂移，但是对音质有一定的影响，C7，R10的作用是防止放大器产生低频自激。本放大器的负载阻抗为416。图3-5 LM1875放大电路4 LM1875的简介4.1 LM1875中文资料LM1875是美国国家半导体器件公司生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直

45、插式塑料封装结构。如图1所示，LM1875在25V电源电压RL=4时可获得20W的输出图4-1 LM1875引脚图及封装图功率，在30V电源8负载获得30W的功率，内置有多种保护电路。广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。LM1875采用TO-220封装结构，形如一只中功率管，体积小巧，外围电路简。单，且输出功率较大。该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。 LM1875主要参数： 电压范围： 1660V 静态电流： 50mA 输出功率： 25W 谐波失真： 0.02%，当f=1kHz，RL=8，P0=20W时 额定增益： 26dB，当f=1kHz时 工作电压： 25V 转换速率： 18V/S LM1875极限参数： 电源电压(Vs) 60 V 输入电压(Vin) -VEE-Vcc V 工作结温(Tj) +150 存储结温(Tstg) -65-+150 。4.2 LM1875的工作原理LM1875功放板由一个高低音分别控制的衰减式音调控制电路和LM1875放大电路以及电源供电电路三大部分组成，音调部分采用的是高低音分别控制的衰减式音调电路，其中的R02，R03，C02，C01，W02组成低音控制电路；C03，C04，W03组成高音控制电路；R04为隔离