带啸叫检测与抑制20W 音频功率放大电路设计

王斌虎

（新疆工程学院,新疆 乌鲁木齐830023）

1 概述

本文要求利用TPA33112D1 芯片设计一款D类功放并实现抑制啸叫的功能。首先通过TPA33112D1 芯片设计基本的功率放大电路实现D 类功放的基本要求，再通设计外围电路（啸叫抑制电路、拾音电路）[1-3]以实现功能的扩展。

基于TI 的功率放大器芯片TPA3112D1，设计并制作一个带啸叫检测与抑制功能的20W 音频功率放大器，完成对台式麦克风音频信号进行放大，通过功率放大电路送喇叭输出。

1.1 设计并制作图1 中拾音电路和功率放大电路，构成一个基本的音频功率放大器。要求：在输入音频信号有效值为20mV 时，功率放大器的最大不失真功率为5W，功率放大器的频率响应范围为200Hz ～ 15kHz；在功率放大器输出功率为5W 时，电路整体效率≥70%。

1.2 设计并制作图1 所示的啸叫检测电路和啸叫抑制电路，完善音频功率放大器。要求：

1.2.1 在不进行啸叫抑制的时候（图1 的选择开关K1 连接A 端，K2 连接C 端），将麦克风与喇叭相隔一段距离后面对面放置，从小到大调整功率放大器的输出功率，直到产生啸叫时停止；[4-5]启动啸叫抑制电路时（图1 的选择开关K1 连接B 端，K2 连接D 端），音频功率放大器应能有效抑制啸叫，并正常播放音频信号。

1.2.2 啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫，并计算啸叫的频率。实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率。

图1 设计电路

图2 系统结构图

2 TPA3112D1 功放总体设计

图3 拾音电路设计模型

2.1 系统结构

本系统设计采用电脑播放音乐作为音频信号源，音频功率放大器通过台式麦克风采集信号，其采集的信号经功率放大电路送至喇叭输出，输出的信号清晰。其主要是拾音电路模块，啸叫检测模块，啸叫抑制模块。系统结构图如图2 所示。

2.2 各模块电路设计思路

2.2.1 拾音电路模块设计思路

选用集成运放采用合适的比例运算构成比例运算电路[6]。需要调节相应的比例系数来完成对音频信号的放大输出，使用起来方便灵活。由于NE5532 集成运放电路工作可靠，价格低廉，不需要调节静态工作点，使用方便，且三极管在进入截止区或饱和区电路后不能实现放大，为保证后续关键环节能够顺利完成。

2.2.2 啸叫检测模块设计思路

通过检测输入音频信号的频率变化判断是否有啸叫产生，在此可以用单片机采集输入信号的频率。当用单片机检测到输入信号的频率基本趋于不变时，则证明产生了啸叫。由于产生啸叫时的频率比较固定，而对幅度的反应不是很敏感，所以该设计符合要求。

2.2.3 啸叫抑制模块设计思路

啸叫的产生必须同时满足幅值和相位条件[7,8,9]，根据这一思想，只需设计电路降低信号的幅值或破坏信号的相位，即可使啸叫得到抑制。由此可设计移相和陷波器电路，只需要通过调节电路中的电阻电容即可实现相位移动和限幅，从而对啸叫加以抑制。

3 各模块电路硬件设计

3.1 拾音电路设计

前置比例模块采用如图3 所示是同相比例运算放大电路，其比例放大系数

3.2 啸叫检测模块电路设计

啸叫检测电路是将第一级放大后的音频信号，再通过一次放大，满足比较器的电压比较要求，通过电压比较器将信号转换为方波信号，再经过一个上升沿D 触发器74LS74，将方波信号的上升沿检测后输入由单片机采集信号来计算频率。

3.3 啸叫抑制模块电路设计

啸叫抑制电路中NE5532 器件的IN2（+）、IN2（-）、OUT2 端口以及其它电阻电容器件为啸叫抑制模块的电路设计。啸叫抑制模块的设计主要运用的是移相和陷波器电路，在不同的环境中会产生不同频率的啸叫，因此可以通过调节电路中的滑动变阻器和拨码开关分别控制接入电路中的R 和C 的值来改变频率，由公式：

可知要使频率增大，则需要增大R 或C 的值即可。

4 总结与展望

本文将TI 提供的TPA3112D1 芯片为整个电路的设计中心，围绕音频功率放大电路进行了啸叫部分的优化设计430 单片机作为啸叫显示的主控器件，通过检测啸叫的频率及时将信号传输到啸叫抑制电路中，利用陷波和移频设计的模拟滤波器进行数据的处理，然后通过12864 将数据显示在显示器上。在从调试与试音的情况来看，本设计所设计的带啸叫检测与抑制的音频功率放大电路基本达到了预期的要求。