帶嘯叫檢測與抑制20W 音頻功率放大電路設計

王斌虎

（新疆工程學院,新疆 烏魯木齊830023）

1 概述

本文要求利用TPA33112D1 芯片設計一款D類功放并實現抑制嘯叫的功能。首先通過TPA33112D1 芯片設計基本的功率放大電路實現D 類功放的基本要求，再通設計外圍電路（嘯叫抑制電路、拾音電路）[1-3]以實現功能的擴展。

基于TI 的功率放大器芯片TPA3112D1，設計并制作一個帶嘯叫檢測與抑制功能的20W 音頻功率放大器，完成對臺式麥克風音頻信號進行放大，通過功率放大電路送喇叭輸出。

1.1 設計并制作圖1 中拾音電路和功率放大電路，構成一個基本的音頻功率放大器。要求：在輸入音頻信號有效值為20mV 時，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范圍為200Hz ～ 15kHz；在功率放大器輸出功率為5W 時，電路整體效率≥70%。

1.2 設計并制作圖1 所示的嘯叫檢測電路和嘯叫抑制電路，完善音頻功率放大器。要求：

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

1.2.2 嘯叫檢測電路能實時監測所產生嘯叫，并計算嘯叫的頻率。實時顯示嘯叫頻率和相應的功率放大器輸出功率。

圖1 設計電路

圖2 系統結構圖

2 TPA3112D1 功放總體設計

圖3 拾音電路設計模型

2.1 系統結構

本系統設計采用電腦播放音樂作為音頻信號源，音頻功率放大器通過臺式麥克風采集信號，其采集的信號經功率放大電路送至喇叭輸出，輸出的信號清晰。其主要是拾音電路模塊，嘯叫檢測模塊，嘯叫抑制模塊。系統結構圖如圖2 所示。

2.2 各模塊電路設計思路

2.2.1 拾音電路模塊設計思路

選用集成運放采用合適的比例運算構成比例運算電路[6]。需要調節相應的比例系數來完成對音頻信號的放大輸出，使用起來方便靈活。由于NE5532 集成運放電路工作可靠，價格低廉，不需要調節靜態工作點，使用方便，且三極管在進入截止區或飽和區電路后不能實現放大，為保證后續關鍵環節能夠順利完成。

2.2.2 嘯叫檢測模塊設計思路

通過檢測輸入音頻信號的頻率變化判斷是否有嘯叫產生，在此可以用單片機采集輸入信號的頻率。當用單片機檢測到輸入信號的頻率基本趨于不變時，則證明產生了嘯叫。由于產生嘯叫時的頻率比較固定，而對幅度的反應不是很敏感，所以該設計符合要求。

2.2.3 嘯叫抑制模塊設計思路

嘯叫的產生必須同時滿足幅值和相位條件[7,8,9]，根據這一思想，只需設計電路降低信號的幅值或破壞信號的相位，即可使嘯叫得到抑制。由此可設計移相和陷波器電路，只需要通過調節電路中的電阻電容即可實現相位移動和限幅，從而對嘯叫加以抑制。

3 各模塊電路硬件設計

3.1 拾音電路設計

前置比例模塊采用如圖3 所示是同相比例運算放大電路，其比例放大系數

3.2 嘯叫檢測模塊電路設計

嘯叫檢測電路是將第一級放大后的音頻信號，再通過一次放大，滿足比較器的電壓比較要求，通過電壓比較器將信號轉換為方波信號，再經過一個上升沿D 觸發器74LS74，將方波信號的上升沿檢測后輸入由單片機采集信號來計算頻率。

3.3 嘯叫抑制模塊電路設計

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計。嘯叫抑制模塊的設計主要運用的是移相和陷波器電路，在不同的環境中會產生不同頻率的嘯叫，因此可以通過調節電路中的滑動變阻器和撥碼開關分別控制接入電路中的R 和C 的值來改變頻率，由公式：

可知要使頻率增大，則需要增大R 或C 的值即可。

4 總結與展望

本文將TI 提供的TPA3112D1 芯片為整個電路的設計中心，圍繞音頻功率放大電路進行了嘯叫部分的優化設計430 單片機作為嘯叫顯示的主控器件，通過檢測嘯叫的頻率及時將信號傳輸到嘯叫抑制電路中，利用陷波和移頻設計的模擬濾波器進行數據的處理，然后通過12864 將數據顯示在顯示器上。在從調試與試音的情況來看，本設計所設計的帶嘯叫檢測與抑制的音頻功率放大電路基本達到了預期的要求。