帶嘯叫檢測(cè)與抑制20W 音頻功率放大電路設(shè)計(jì)

王斌虎

（新疆工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊830023）

1 概述

本文要求利用TPA33112D1 芯片設(shè)計(jì)一款D類功放并實(shí)現(xiàn)抑制嘯叫的功能。首先通過(guò)TPA33112D1 芯片設(shè)計(jì)基本的功率放大電路實(shí)現(xiàn)D 類功放的基本要求，再通設(shè)計(jì)外圍電路（嘯叫抑制電路、拾音電路）[1-3]以實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展。

基于TI 的功率放大器芯片TPA3112D1，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)帶嘯叫檢測(cè)與抑制功能的20W 音頻功率放大器，完成對(duì)臺(tái)式麥克風(fēng)音頻信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)功率放大電路送喇叭輸出。

1.1 設(shè)計(jì)并制作圖1 中拾音電路和功率放大電路，構(gòu)成一個(gè)基本的音頻功率放大器。要求：在輸入音頻信號(hào)有效值為20mV 時(shí)，功率放大器的最大不失真功率為5W，功率放大器的頻率響應(yīng)范圍為200Hz ～ 15kHz；在功率放大器輸出功率為5W 時(shí)，電路整體效率≥70%。

1.2 設(shè)計(jì)并制作圖1 所示的嘯叫檢測(cè)電路和嘯叫抑制電路，完善音頻功率放大器。要求：

1.2.1 在不進(jìn)行嘯叫抑制的時(shí)候（圖1 的選擇開關(guān)K1 連接A 端，K2 連接C 端），將麥克風(fēng)與喇叭相隔一段距離后面對(duì)面放置，從小到大調(diào)整功率放大器的輸出功率，直到產(chǎn)生嘯叫時(shí)停止；[4-5]啟動(dòng)嘯叫抑制電路時(shí)（圖1 的選擇開關(guān)K1 連接B 端，K2 連接D 端），音頻功率放大器應(yīng)能有效抑制嘯叫，并正常播放音頻信號(hào)。

1.2.2 嘯叫檢測(cè)電路能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所產(chǎn)生嘯叫，并計(jì)算嘯叫的頻率。實(shí)時(shí)顯示嘯叫頻率和相應(yīng)的功率放大器輸出功率。

圖1 設(shè)計(jì)電路

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 TPA3112D1 功放總體設(shè)計(jì)

圖3 拾音電路設(shè)計(jì)模型

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用電腦播放音樂(lè)作為音頻信號(hào)源，音頻功率放大器通過(guò)臺(tái)式麥克風(fēng)采集信號(hào)，其采集的信號(hào)經(jīng)功率放大電路送至喇叭輸出，輸出的信號(hào)清晰。其主要是拾音電路模塊，嘯叫檢測(cè)模塊，嘯叫抑制模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

2.2 各模塊電路設(shè)計(jì)思路

2.2.1 拾音電路模塊設(shè)計(jì)思路

選用集成運(yùn)放采用合適的比例運(yùn)算構(gòu)成比例運(yùn)算電路[6]。需要調(diào)節(jié)相應(yīng)的比例系數(shù)來(lái)完成對(duì)音頻信號(hào)的放大輸出，使用起來(lái)方便靈活。由于NE5532 集成運(yùn)放電路工作可靠，價(jià)格低廉，不需要調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，使用方便，且三極管在進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)電路后不能實(shí)現(xiàn)放大，為保證后續(xù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)能夠順利完成。

2.2.2 嘯叫檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)思路

通過(guò)檢測(cè)輸入音頻信號(hào)的頻率變化判斷是否有嘯叫產(chǎn)生，在此可以用單片機(jī)采集輸入信號(hào)的頻率。當(dāng)用單片機(jī)檢測(cè)到輸入信號(hào)的頻率基本趨于不變時(shí)，則證明產(chǎn)生了嘯叫。由于產(chǎn)生嘯叫時(shí)的頻率比較固定，而對(duì)幅度的反應(yīng)不是很敏感，所以該設(shè)計(jì)符合要求。

2.2.3 嘯叫抑制模塊設(shè)計(jì)思路

嘯叫的產(chǎn)生必須同時(shí)滿足幅值和相位條件[7,8,9]，根據(jù)這一思想，只需設(shè)計(jì)電路降低信號(hào)的幅值或破壞信號(hào)的相位，即可使嘯叫得到抑制。由此可設(shè)計(jì)移相和陷波器電路，只需要通過(guò)調(diào)節(jié)電路中的電阻電容即可實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)和限幅，從而對(duì)嘯叫加以抑制。

3 各模塊電路硬件設(shè)計(jì)

3.1 拾音電路設(shè)計(jì)

前置比例模塊采用如圖3 所示是同相比例運(yùn)算放大電路，其比例放大系數(shù)

3.2 嘯叫檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)

嘯叫檢測(cè)電路是將第一級(jí)放大后的音頻信號(hào)，再通過(guò)一次放大，滿足比較器的電壓比較要求，通過(guò)電壓比較器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，再經(jīng)過(guò)一個(gè)上升沿D 觸發(fā)器74LS74，將方波信號(hào)的上升沿檢測(cè)后輸入由單片機(jī)采集信號(hào)來(lái)計(jì)算頻率。

3.3 嘯叫抑制模塊電路設(shè)計(jì)

嘯叫抑制電路中NE5532 器件的IN2（+）、IN2（-）、OUT2 端口以及其它電阻電容器件為嘯叫抑制模塊的電路設(shè)計(jì)。嘯叫抑制模塊的設(shè)計(jì)主要運(yùn)用的是移相和陷波器電路，在不同的環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生不同頻率的嘯叫，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)電路中的滑動(dòng)變阻器和撥碼開關(guān)分別控制接入電路中的R 和C 的值來(lái)改變頻率，由公式：

可知要使頻率增大，則需要增大R 或C 的值即可。

4 總結(jié)與展望

本文將TI 提供的TPA3112D1 芯片為整個(gè)電路的設(shè)計(jì)中心，圍繞音頻功率放大電路進(jìn)行了嘯叫部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)430 單片機(jī)作為嘯叫顯示的主控器件，通過(guò)檢測(cè)嘯叫的頻率及時(shí)將信號(hào)傳輸?shù)絿[叫抑制電路中，利用陷波和移頻設(shè)計(jì)的模擬濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，然后通過(guò)12864 將數(shù)據(jù)顯示在顯示器上。在從調(diào)試與試音的情況來(lái)看，本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的帶嘯叫檢測(cè)與抑制的音頻功率放大電路基本達(dá)到了預(yù)期的要求。