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

 

二、功率放大器分类

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。

 

（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。

 

 

（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。

 

（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。

 

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：

 

PCB:

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。

原创文章，首发于allchipdata.com , 相关资源免费下载见：http://www.allchipdata.com/archives/924