1. 硬件之家首页
  2. 芯片数据与应用方案
  3. 模拟芯片
  4. 功率放大器

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

一、功率放大器介绍

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

 

二、功率放大器分类

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

功率放大器按照导通角度与效率可分为:

(1)甲类(A类)

甲类功率放大器又称为A类功率放大器(Class A),它是一种完全的线性放大形式的放大器。在纯甲类功率放大器工作时,晶体管的正负通道不论有或没有信号都处于常开状态,这就意味着更多的功率消耗为热量。纯甲类功率放大器在汽车音响的应用中比较少见,像意大利的Sinfoni高品质系列才有这类功率放大器。这是因为纯甲类功率放大器的效率非常低,通常只有20-30%,音响发烧友们对它的声音表现津津乐道。

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

(2)乙类(B类)

乙类功率放大器,也称为B类功率放大器(Class B),它也被称为线性放大器,但是它的工作原理与纯甲类功率放大器完全不同。B类功放在工作时,晶体管的正负通道通常是处于关闭的状态除非有信号输入,也就是说,在正相的信号过来时只有正相通道工作,而负相通道关闭,两个通道绝不会同时工作,因此在没有信号的部分,完全没有功率损失。但是在正负通道开启关闭的时候,常常会产生跨越失真,特别是在低电平的情况下,所以B类功率放大器不是真正意义上的高保真功率放大器。在实际的应用中,其实早期许多的汽车音响功放都是B类功放,因为它的效率比较高。

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

(3)甲乙类(AB类)

甲乙类功率放大器也称为AB类功率放大器(Class AB),它是兼容A类与B类功放的优势的一种设计。当没有信号或信号非常小时,晶体管的正负通道都常开,这时功率有所损耗,但没有A类功放严重。当信号是正相时,负相通道在信号变强前还是常开的,但信号转强则负通道关闭。当信号是负相时,正负通道的工作刚好相反。AB类功率放大器的缺陷在于会产生交越失真,但是相对于它的效率比以及保真度而言,都优于A类和B类功放,AB类功放也是目前汽车音响中应用最为广泛的设计。

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

(4)丙类(C类)

C类放大器主要特点是:晶体管仅在输入信号每个周期的很短时间内工作。电路工作时通常会给放大管提供一个负偏压,以确保晶体管不会工作在乙类状态。它的集电极负载不是电阻而是一个LC并联谐振回路,所以C类放大器也叫谐振放大电路。通过调节电容器的容值或电感器的感值从而达到选频功能。C类放大器的转换效率极高,可以达到98%。但是因为负载是谐振电路,电路经常工作在高频状态所以失真很大,因此C类放大器并不适合作为音频功率放大器,反而因为它的可选频率特性而被无线电界广泛采用,所以通常作为射频放大器、调谐放大器和倍频器。

(5)D类

D类放大器与上述A,B或AB类放大器不同,其工作原理基于开关晶体管,可在极短的时间内完全导通或完全截止。两只晶体管不会在同一时刻导通,因此产生的热量很少。这种类型的放大器效率极高(90%左右),在理想情况下可达100%,而相比之下AB类放大器仅能达到78.5%。不过另一方面,开关工作模式也增加了输出信号的失真。D类放大器的电路共分为三级:输入开关级、功率放大级以及输出滤波级。D类放大器工作在开关状态下可以采用脉宽调制(PWM)模式。利用PWM能将音频输入信号转换为高频开关信号,通过一个比较器将音频信号与高频三角波进行比较,当反相端电压高于同相端电压时,输出为低电平;当反相端电压低于同相端电压时,输出为高电平。

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

在D类放大器中,比较器的输出与功率放大电路相连,功放电路采用金属氧化物场效应管(MOSFET)替代双极型晶体管(BJT),这是由于前者具有更快的响应时间,因而适用于高频工作模式。D类放大器需要两只MOSFET,它们在非常短的时间内可完全工作在导通或截止状态下。当一只MOSFET完全导通时,其管压降很低;而当MOSFET完全截止时,通过管子的电流为零。两只MOSFET交替工作在导通和截止状态的开关速度非常快,因而效率极高,产生的热量很低,所以D类放大器不需要很大的散热器。

D类功放还有其它许多的称法,如T类等,它们都是D类功放的一种变形。在实际应用中,直到1980以后,由于MOSFET的出现,这种开关式功放才得以迅速发展。在实际的发展过程中,虽然有高效率,但同时也有高失真,高噪声以及较差的阻尼因素。随着技术的发展,这类缺陷将越来越少,估计未来D类功放在汽车音响领域中会得到更加广泛的应用

三、功率放大器设计方案

下面将设计一款基于TPA3110D2的常见音频D类功放电路:

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

  • 功放MCU STC15W204S
  • 功放D类音频放大器TPA3110D2
  • 功放音量控制-LM4811 105mW耳机放大器
  • 功放元件资料-红外接收管VS1838B

原理图:

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

PCB:

功率放大器设计方案(包含原理图+PCB+BOM表)

TPA3110D2这个芯片是面是有散热焊盘的,一般这种焊盘一定要用热风枪才能搞定。不过这个板子,没有热风枪也不怕,这个散热焊盘下留一个大孔,还是先焊IC的两边的脚,然后反过来在板子的另一面再焊中间那个焊盘,因为这个焊盘散热的铜面积比较大,这个时候烙铁温度可以调得高一些。

本方案为验证成功的D类功率放大电路方案,包含电路原理图、PCB文件和BOM表,免费下载地址:D类功放电路方案(原理图+PCB+BOM表)

(方案版权归原作者,资料仅供学习不可商用)

原创文章,如若转载,请注明出处:http://www.allchipdata.com/archives/924

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注