2024年5月12日发(作者：梁梅)
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电声器件与电路
匡０＠＠ ⑨囿＠⑨凹酏６＠
文章编号：１００２—８６８４（２００８）０９－００１７－０３
ｉ 刑一
脑波仪音频放大电路设计及其抗干扰研究・实用设计・
高晓剑，孟立凡，牛智伟，董春秋
（中北大学信息与通信工程学院电子测试技术国家重点实验室，山西太原０３００５１）
【摘要】简单介绍了脑波仪音乐治疗原理，给出了脑波仪音频放大电路的设计方案及应用电路。对仪器的抗干扰
性及音频功放的低噪声设计进行了深入分析，提出了抑制和消除噪声的具体措施。实验证明，该方案切实可行，达
到了预期设计要求。
【关键词】脑波音乐；功率放大器；音频电路；抗干扰
【中图分类号】ＴＮ７２２ 【文献标识码】Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ Ａｕｄｉｏ Ａｍｐｌｉｉｆｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ Ａｎｔｉ－ｊａｎｎｎｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｂｒａｉｎｗａｖｅ Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
ＧＡＯ Ｘｉａｏ－ｊｉａｎ，ＭＥＮＧ Ｌｉ—ｆａｎ，ＮＩＵ Ｚｈｉ—ｗｅｉ，ＤＯＮＧ Ｃｈｕｎ—ｑｉｕ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｔｈｅｒａｐｙ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｂｒａｉｎｗａｖｅ－ｍｕｓｉｃ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｌｆｙ． ｒｎｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ｂｒａｉｎｗａｖｅ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｕｄｉｏ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｒ Ｓ ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ａｕｄｉｏ
ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｓ ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｍｅａｓｕｒｅ ａｂｏｕｔ ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ａｒｅ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ．，ｒｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｈｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ，ａｎｄ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ
ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｂｒａｉｎｗａｖｅ ｍｕｓｉｃ；ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ａｕｄｉｏ ｃｉｒｃｕｉｔ；ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ
１ 引言
脑波仪采用脑波同步治疗，即用计算机模拟健康
的脑电波，并调制成声音信号反馈给使用者，从而诱导
大脑产生与反馈信号同步的脑电波，达到脑功能保健
和治疗的目的，这种被调制后的声音信号即为脑波音
乐。而这种由计算机合成的声音信号比较微弱，幅值和
功率都无法满足输出要求，需要利用音频放大器有效
２ 音频放大器的设计
音频放大器由前置放大器和功率放大器组成回，原
理框图如图１所示。
Ｉ－＿＿＿－・。－。・。＿＿＿＿。＿・＿＿＿＿－。＿＿＿＿＿。＿。－…
图１ 音频放大器原理框图
放大音频信号，满足脑波音乐的多路输出。
脑波的变化相当微妙，任何噪声的加入都可能导
致脑波仪治疗失效甚至起到相反的作用，所以仪器的
抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。在电子设备中，
一
２．１前置放大器
信号源前置放大器的作用为：（１）有选择地吸收信
号源的信号；（２）对输入信号进行频率均衡或阻抗变换；
（３）对信号进行相应的放大，使之能满足功率放大器对
输入信号的电平要求，并改善其信噪比。由于ＬＭ３２４
运放电路具有电源电压范围宽、静态功耗小、价格低廉
个电路所受干扰的程度可用下式描述
Ｓ＝ＷＣ／Ｉ （１）
其中，Ｓ为电子线路受干扰的程度， 为干扰发生的强
度，Ｃ为干扰通过某种途径到达干扰处的耦合因素，，
为受干扰电路的抗干扰性能Ⅲ。笔者将从减少干扰源产
生的干扰强度、切断和降低干扰耦合因素和采取各种
措施提高电路的抗干扰能力等多方面出发来提高仪器
的抗干扰性。
等优点，该设计用此放大器代替晶体管进行交流放大，
用作功率放大器的前置放大，电路如图２所示。
放大器电压放大倍数Ａ 仅由外接电阻Ｒ ，Ｒｒ决定
Ａ ＝ ／兄 （２）
其中，“一”表示输出信号与输入信号相位相反。可先取
与信号源内阻相等，再根据要求的放大倍数来选定尼。
堕查筮查 圭蔓墼堂蔓 塑
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口
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０＠＠ ０，＠囿＠⑥凹ｇ ６＠ 囿 恼囿响 ＠６ ＠凹
２．２功率放大器
通常在设计音频功率放大器时，需要了解以下６
点：（１）所需的输出功率；（２）输入阻抗；（３）输入信号电
平；（４）最大电源电压；（５）负载电阻；（６）带宽翻。在笔者
的设计中，要求输出功率为１６Ｗ，输入阻抗≥ｌＯ０ ｋＱ，
输入信号电平５Ｖ（最大），负载电阻４Ｑ，带宽２０－８００Ｈｚ
（±０．２５ ｄＢ）。笔者选用ＴＤＡ２０３０Ａ集成块来设计音频
功率放大器，其输出功率最大可达ｌ８ Ｗ，电源电压为
￣６－￣１８ Ｖ，也可单电源供电，输出电流大（最大３．５ Ａ），
谐波失真和交越失真小（＋１４ Ｖ／４ ｎ， ＝０．５％），电气
性能稳定、可靠、适应长时间连续工作且芯片内部具有
过载保护和热切断保护电路。电路如图３所示。
其中，Ｒ１和Ｃ 构成ＲＣ低通滤波器，滤除输入端
的高频干扰；Ｒ２为输入分压电阻；ｃ。为输入耦合电容；
在单电源工作条件下，Ｒ 提供直流偏压和放大器同相
输入端的偏流； ，Ｒ，决定了该电路交流负反馈的强弱
及闭环增益；Ｃ 起隔直流作用，使电路直流为１００％负
反馈，并稳定静态工作点问。Ｃ ，Ｃ 为电源低频去耦电容
（其耐压值为３５ Ｖ）；Ｃ 为电源高频去耦电容。Ｒ 与Ｃｓ
组成阻容吸收网络，用以避免电感性负载产生过电压
击穿芯片内功率管。为防止输出电压过大，在输出端④
脚与正、负电源接反偏二极管（Ｄ ，Ｄ：）组成输出电压限
幅电路。设计中主要考虑以下５个问题。
（１）计算电源电压
功率放大器的本质为将电源电能“转化”为音频信
囵！！！妻蕉童 主蔓墼堂蔓 塑
号的电能。所以最大电源电压的确定就显得相当重要，
一
般来说，输出功率和负载阻抗决定了对电源电压的
要求，平均输出功率Ｐ０＝ ，输出电压Ｖｏ＝／ｏＲ ，且输
出信号的幅度与电流满足以下关系
Ｖｏ
＝
，
一
、／ ＬＰ０ （３）
／ｏ
＝
一
．
、／２尸０ Ｌ （４）
因此，确定最大电源电压时应考虑以下３个方面：
（１）在峰值输出的幅度 。 上加一个压降（约５ Ｖ），
得到电源电压的基本值；（２）电源的调整率取决于无负
载时的电压，通常要高于１５％左右；（３）考虑电网电压
的波动，按１０％计算，因此，最大电源电压
一
＝±（ ｏ
．
～
＋５）（ｉ＋１５％）ｘ１．Ｉ （５）
（２）放大器的最小增益
音频功率放大器的最小增益由输入灵敏度和输出
功率确定
Ａ ≥、／ ／ ｉ （６）
由于Ｒ２的分压作用，放大器增益提高，可提供更
大的输出功率和动态范围，但随着增益的提高，噪声也
相应放大，结果降低了信噪比，也影响了功率带宽。因
此，增益一般定在２０－２００之间。为选取反馈电阻方便，
笔者选用Ａ ＝２１。
（３）反馈电阻的确定
为了在输出中有很低的直流失调，取ＲＵ１００ ｋＱ，
根据同相放大器增益公式
Ａ ＝１＋ ／Ｒ （７）
可得Ｒ ＝４．７６ ｋ１２，取标称值４．７ ｋ１２。
（４）对带宽的考虑
笔者要求放大２０－８００ Ｈｚ（￣Ｏ．２５ ｄＢ）的音频信号，
带宽要求用一极点表示，如３ ｄＢ频率点。为保证这一
指标，选取５倍该点频率处下降０。１７ ｄＢ，优于所要求
的０．２５ ｄＢ指标，因此
．
＝２０ Ｈｚ／５＝４ Ｈｚ （８）
Ｌ＝８ｏｏ Ｈｚｘ５＝４ ｋＨｚ （９）
所以
ＧＢＷＰ＝Ａ ｘＬ ｄＢ＝２１￣４ ｋＨｚ＝８４ ｋＨｚ （１０）
ＴＤＡ２０３０的增益带宽典型值为１００ ｋＨｚ，可满足
这一要求。为保证下限频率，应使
Ｃｉｉ＞２，ｒｒＲ （１１）
（５）散热
ＴＤＡ２０３０Ａ是一个大功率放大器，为了使器件在
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正常工作时不发生热关断，提高器件的长期可靠性和
系统的稳定性，设计采用铝合金散热片为其散热。
（２）器件布置
在制作印制板时，器件布局主要考虑以下３点：
３ 抗干扰性分析和低噪声研究
仪器干扰分２种：（１）外部干扰是指那些与系统结
构无关而是由于使用条件和外部环境因素所决定的干
扰；（２）内部干扰是指由于系统结构、元件布局和生产
工艺等所决定的干扰。内部干扰主要有散杂电感和电
①元器件的布局遵循主信号线短且直的要求；②信
号输入和输出分别位于功放的两侧，以防止相互干扰；
③左右两路放大器的元件对称安放，这样不但有利于
两路信号无差别传输，而且使电路板更加美观。
（３）对音频功率放大电路加屏蔽
对整个系统来说，音频功率放大器本身为一强干
扰源，笔者在音频功放周围加上屏蔽体（地线圈）且将
容的结合引起的不同信号感应、长线传输造成电磁波
的反射、多点接地造成的电位差干扰等［５１。抑制和消除
干扰的方法主要是明确干扰源、切断耦合途径和降低
装置本身对干扰的敏感度。在电路设计和印制板制作
过程中所采取的主要抗干扰措施如下。
３．１硬件设计抗干扰技术
（１）电源的抗干扰措施
来自电源的干扰主要从电源和电源引线侵入系
统，当系统与其他经常变动的大负载共用电源时，会产
生电源噪声，如电源过压、欠压、浪涌、下陷等尖峰干
扰。首先，笔者采用开关稳压电源供电，提高了供电质
量；其次，在音频功率放大电路部分设计独立的电源插
座，这部分的供电线不经过ＰＣＢ板，直接用屏蔽线与
直流稳压电源相连，避免数字电路中高频成分的串扰；
再次，在电源输出端采用大电容并接小电容的方法进
一
步滤除电源本身的谐波成分，提高供电的稳定性。
（２）地线的处理
数字地线通常有很大的噪声且有很大的电流尖峰，
在笔者设计中所有的模拟地线和数字地线分开走线，
且音频功放电路部分的地独立于其他模拟地单独布
线，最后三种地并联单点接地。
（３）设计硬件滤波器消除高频干扰
由于脑波音乐属于低频信号，为防止高频噪声被
功率放大器进一步放大，在功率放大器的输入端设计
了一阶低通滤波电路，其上限截止频率
１
产赢 ８００（Ｈｚ） （１２）
３．２印制电路板抗干扰技术
（１）地线和电源线的处理
地线和电源线加粗，对用电量较大的主电源走线
和主地线特别加粗，以防止细线阻抗使电源和接地电
位随负载电流变化而导致噪声增加。电源线和地线基
本上分布于印制板的两面，并对部分地线进行覆铜处
理，这样可减小接地电阻、减少电流环路面积、降低接
地电位差并有利于散热。
屏蔽体一点接地，可把电场形成的干扰弧屏蔽掉，使之
对邻近导线或回路不产生干扰且可抑制磁场对弱信号
回路可能造成的干扰。信号通过小电阻跨接进出屏蔽
体，防止信号线与屏蔽体正交处产生的分布电容影响
信号的完整性。
４ 实验结果
该设计已经应用于智能脑波仪的原理样机中。实
验表明，该音频放大器可有效放大脑波音乐信号，实现
脑波音乐的多路输出，其抗干扰设计提高了系统的可
靠性并有效抑制了噪声干扰，输出基本满足设计要求，
输出波形界面如图４所示。
参考文献
【１】高辉，刘建新．智能仪器的抗干扰设计［Ｊ］．工业仪表与自
动化装置，２０００（４）：６３—６６．
【２］倪其育．音频技术教程［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００６．
［３］李洹．ＬＭ３８７５ｒＩＩ几Ｍ３８７６Ｔ高性能４０Ｗ单片音频功率放
大器［Ｊ］．电声技术，１９９３（３）：５０—５３．
［４］赵永红．简易音频集成功率放大器［Ｊ】．电子制作，２０００
（１１）：１７—１８．
［５】王燕妮．医疗设备控制系统的干扰及其抑制［Ｊ］．医疗设
备信息，２００６，２１（７）：４２—４４．
作者简介
高晓剑，硕士研究生，主要研究方向为测试计量技术及仪器；
孟立凡，教授，主要研究方向为现代传感技术；
牛智伟，硕士研究生，主要研究方向为精密仪器与机械；
董春秋，硕士研究生，主要研究方向为信息处理与重建。
【责任编辑】侯莉 【收稿日期】２００８—０５—２２
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2024年5月12日发(作者：梁梅)
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文章编号：１００２—８６８４（２００８）０９－００１７－０３
ｉ 刑一
脑波仪音频放大电路设计及其抗干扰研究・实用设计・
高晓剑，孟立凡，牛智伟，董春秋
（中北大学信息与通信工程学院电子测试技术国家重点实验室，山西太原０３００５１）
【摘要】简单介绍了脑波仪音乐治疗原理，给出了脑波仪音频放大电路的设计方案及应用电路。对仪器的抗干扰
性及音频功放的低噪声设计进行了深入分析，提出了抑制和消除噪声的具体措施。实验证明，该方案切实可行，达
到了预期设计要求。
【关键词】脑波音乐；功率放大器；音频电路；抗干扰
【中图分类号】ＴＮ７２２ 【文献标识码】Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ Ａｕｄｉｏ Ａｍｐｌｉｉｆｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ Ａｎｔｉ－ｊａｎｎｎｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｂｒａｉｎｗａｖｅ Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
ＧＡＯ Ｘｉａｏ－ｊｉａｎ，ＭＥＮＧ Ｌｉ—ｆａｎ，ＮＩＵ Ｚｈｉ—ｗｅｉ，ＤＯＮＧ Ｃｈｕｎ—ｑｉｕ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｔｈｅｒａｐｙ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｂｒａｉｎｗａｖｅ－ｍｕｓｉｃ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｌｆｙ． ｒｎｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ｂｒａｉｎｗａｖｅ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｕｄｉｏ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｒ Ｓ ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ａｕｄｉｏ
ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｓ ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｍｅａｓｕｒｅ ａｂｏｕｔ ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ａｒｅ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ．，ｒｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｈｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ，ａｎｄ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ
ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｂｒａｉｎｗａｖｅ ｍｕｓｉｃ；ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ａｕｄｉｏ ｃｉｒｃｕｉｔ；ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ
１ 引言
脑波仪采用脑波同步治疗，即用计算机模拟健康
的脑电波，并调制成声音信号反馈给使用者，从而诱导
大脑产生与反馈信号同步的脑电波，达到脑功能保健
和治疗的目的，这种被调制后的声音信号即为脑波音
乐。而这种由计算机合成的声音信号比较微弱，幅值和
功率都无法满足输出要求，需要利用音频放大器有效
２ 音频放大器的设计
音频放大器由前置放大器和功率放大器组成回，原
理框图如图１所示。
Ｉ－＿＿＿－・。－。・。＿＿＿＿。＿・＿＿＿＿－。＿＿＿＿＿。＿。－…
图１ 音频放大器原理框图
放大音频信号，满足脑波音乐的多路输出。
脑波的变化相当微妙，任何噪声的加入都可能导
致脑波仪治疗失效甚至起到相反的作用，所以仪器的
抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。在电子设备中，
一
２．１前置放大器
信号源前置放大器的作用为：（１）有选择地吸收信
号源的信号；（２）对输入信号进行频率均衡或阻抗变换；
（３）对信号进行相应的放大，使之能满足功率放大器对
输入信号的电平要求，并改善其信噪比。由于ＬＭ３２４
运放电路具有电源电压范围宽、静态功耗小、价格低廉
个电路所受干扰的程度可用下式描述
Ｓ＝ＷＣ／Ｉ （１）
其中，Ｓ为电子线路受干扰的程度， 为干扰发生的强
度，Ｃ为干扰通过某种途径到达干扰处的耦合因素，，
为受干扰电路的抗干扰性能Ⅲ。笔者将从减少干扰源产
生的干扰强度、切断和降低干扰耦合因素和采取各种
措施提高电路的抗干扰能力等多方面出发来提高仪器
的抗干扰性。
等优点，该设计用此放大器代替晶体管进行交流放大，
用作功率放大器的前置放大，电路如图２所示。
放大器电压放大倍数Ａ 仅由外接电阻Ｒ ，Ｒｒ决定
Ａ ＝ ／兄 （２）
其中，“一”表示输出信号与输入信号相位相反。可先取
与信号源内阻相等，再根据要求的放大倍数来选定尼。
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２．２功率放大器
通常在设计音频功率放大器时，需要了解以下６
点：（１）所需的输出功率；（２）输入阻抗；（３）输入信号电
平；（４）最大电源电压；（５）负载电阻；（６）带宽翻。在笔者
的设计中，要求输出功率为１６Ｗ，输入阻抗≥ｌＯ０ ｋＱ，
输入信号电平５Ｖ（最大），负载电阻４Ｑ，带宽２０－８００Ｈｚ
（±０．２５ ｄＢ）。笔者选用ＴＤＡ２０３０Ａ集成块来设计音频
功率放大器，其输出功率最大可达ｌ８ Ｗ，电源电压为
￣６－￣１８ Ｖ，也可单电源供电，输出电流大（最大３．５ Ａ），
谐波失真和交越失真小（＋１４ Ｖ／４ ｎ， ＝０．５％），电气
性能稳定、可靠、适应长时间连续工作且芯片内部具有
过载保护和热切断保护电路。电路如图３所示。
其中，Ｒ１和Ｃ 构成ＲＣ低通滤波器，滤除输入端
的高频干扰；Ｒ２为输入分压电阻；ｃ。为输入耦合电容；
在单电源工作条件下，Ｒ 提供直流偏压和放大器同相
输入端的偏流； ，Ｒ，决定了该电路交流负反馈的强弱
及闭环增益；Ｃ 起隔直流作用，使电路直流为１００％负
反馈，并稳定静态工作点问。Ｃ ，Ｃ 为电源低频去耦电容
（其耐压值为３５ Ｖ）；Ｃ 为电源高频去耦电容。Ｒ 与Ｃｓ
组成阻容吸收网络，用以避免电感性负载产生过电压
击穿芯片内功率管。为防止输出电压过大，在输出端④
脚与正、负电源接反偏二极管（Ｄ ，Ｄ：）组成输出电压限
幅电路。设计中主要考虑以下５个问题。
（１）计算电源电压
功率放大器的本质为将电源电能“转化”为音频信
囵！！！妻蕉童 主蔓墼堂蔓 塑
号的电能。所以最大电源电压的确定就显得相当重要，
一
般来说，输出功率和负载阻抗决定了对电源电压的
要求，平均输出功率Ｐ０＝ ，输出电压Ｖｏ＝／ｏＲ ，且输
出信号的幅度与电流满足以下关系
Ｖｏ
＝
，
一
、／ ＬＰ０ （３）
／ｏ
＝
一
．
、／２尸０ Ｌ （４）
因此，确定最大电源电压时应考虑以下３个方面：
（１）在峰值输出的幅度 。 上加一个压降（约５ Ｖ），
得到电源电压的基本值；（２）电源的调整率取决于无负
载时的电压，通常要高于１５％左右；（３）考虑电网电压
的波动，按１０％计算，因此，最大电源电压
一
＝±（ ｏ
．
～
＋５）（ｉ＋１５％）ｘ１．Ｉ （５）
（２）放大器的最小增益
音频功率放大器的最小增益由输入灵敏度和输出
功率确定
Ａ ≥、／ ／ ｉ （６）
由于Ｒ２的分压作用，放大器增益提高，可提供更
大的输出功率和动态范围，但随着增益的提高，噪声也
相应放大，结果降低了信噪比，也影响了功率带宽。因
此，增益一般定在２０－２００之间。为选取反馈电阻方便，
笔者选用Ａ ＝２１。
（３）反馈电阻的确定
为了在输出中有很低的直流失调，取ＲＵ１００ ｋＱ，
根据同相放大器增益公式
Ａ ＝１＋ ／Ｒ （７）
可得Ｒ ＝４．７６ ｋ１２，取标称值４．７ ｋ１２。
（４）对带宽的考虑
笔者要求放大２０－８００ Ｈｚ（￣Ｏ．２５ ｄＢ）的音频信号，
带宽要求用一极点表示，如３ ｄＢ频率点。为保证这一
指标，选取５倍该点频率处下降０。１７ ｄＢ，优于所要求
的０．２５ ｄＢ指标，因此
．
＝２０ Ｈｚ／５＝４ Ｈｚ （８）
Ｌ＝８ｏｏ Ｈｚｘ５＝４ ｋＨｚ （９）
所以
ＧＢＷＰ＝Ａ ｘＬ ｄＢ＝２１￣４ ｋＨｚ＝８４ ｋＨｚ （１０）
ＴＤＡ２０３０的增益带宽典型值为１００ ｋＨｚ，可满足
这一要求。为保证下限频率，应使
Ｃｉｉ＞２，ｒｒＲ （１１）
（５）散热
ＴＤＡ２０３０Ａ是一个大功率放大器，为了使器件在
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正常工作时不发生热关断，提高器件的长期可靠性和
系统的稳定性，设计采用铝合金散热片为其散热。
（２）器件布置
在制作印制板时，器件布局主要考虑以下３点：
３ 抗干扰性分析和低噪声研究
仪器干扰分２种：（１）外部干扰是指那些与系统结
构无关而是由于使用条件和外部环境因素所决定的干
扰；（２）内部干扰是指由于系统结构、元件布局和生产
工艺等所决定的干扰。内部干扰主要有散杂电感和电
①元器件的布局遵循主信号线短且直的要求；②信
号输入和输出分别位于功放的两侧，以防止相互干扰；
③左右两路放大器的元件对称安放，这样不但有利于
两路信号无差别传输，而且使电路板更加美观。
（３）对音频功率放大电路加屏蔽
对整个系统来说，音频功率放大器本身为一强干
扰源，笔者在音频功放周围加上屏蔽体（地线圈）且将
容的结合引起的不同信号感应、长线传输造成电磁波
的反射、多点接地造成的电位差干扰等［５１。抑制和消除
干扰的方法主要是明确干扰源、切断耦合途径和降低
装置本身对干扰的敏感度。在电路设计和印制板制作
过程中所采取的主要抗干扰措施如下。
３．１硬件设计抗干扰技术
（１）电源的抗干扰措施
来自电源的干扰主要从电源和电源引线侵入系
统，当系统与其他经常变动的大负载共用电源时，会产
生电源噪声，如电源过压、欠压、浪涌、下陷等尖峰干
扰。首先，笔者采用开关稳压电源供电，提高了供电质
量；其次，在音频功率放大电路部分设计独立的电源插
座，这部分的供电线不经过ＰＣＢ板，直接用屏蔽线与
直流稳压电源相连，避免数字电路中高频成分的串扰；
再次，在电源输出端采用大电容并接小电容的方法进
一
步滤除电源本身的谐波成分，提高供电的稳定性。
（２）地线的处理
数字地线通常有很大的噪声且有很大的电流尖峰，
在笔者设计中所有的模拟地线和数字地线分开走线，
且音频功放电路部分的地独立于其他模拟地单独布
线，最后三种地并联单点接地。
（３）设计硬件滤波器消除高频干扰
由于脑波音乐属于低频信号，为防止高频噪声被
功率放大器进一步放大，在功率放大器的输入端设计
了一阶低通滤波电路，其上限截止频率
１
产赢 ８００（Ｈｚ） （１２）
３．２印制电路板抗干扰技术
（１）地线和电源线的处理
地线和电源线加粗，对用电量较大的主电源走线
和主地线特别加粗，以防止细线阻抗使电源和接地电
位随负载电流变化而导致噪声增加。电源线和地线基
本上分布于印制板的两面，并对部分地线进行覆铜处
理，这样可减小接地电阻、减少电流环路面积、降低接
地电位差并有利于散热。
屏蔽体一点接地，可把电场形成的干扰弧屏蔽掉，使之
对邻近导线或回路不产生干扰且可抑制磁场对弱信号
回路可能造成的干扰。信号通过小电阻跨接进出屏蔽
体，防止信号线与屏蔽体正交处产生的分布电容影响
信号的完整性。
４ 实验结果
该设计已经应用于智能脑波仪的原理样机中。实
验表明，该音频放大器可有效放大脑波音乐信号，实现
脑波音乐的多路输出，其抗干扰设计提高了系统的可
靠性并有效抑制了噪声干扰，输出基本满足设计要求，
输出波形界面如图４所示。
参考文献
【１】高辉，刘建新．智能仪器的抗干扰设计［Ｊ］．工业仪表与自
动化装置，２０００（４）：６３—６６．
【２］倪其育．音频技术教程［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００６．
［３］李洹．ＬＭ３８７５ｒＩＩ几Ｍ３８７６Ｔ高性能４０Ｗ单片音频功率放
大器［Ｊ］．电声技术，１９９３（３）：５０—５３．
［４］赵永红．简易音频集成功率放大器［Ｊ】．电子制作，２０００
（１１）：１７—１８．
［５】王燕妮．医疗设备控制系统的干扰及其抑制［Ｊ］．医疗设
备信息，２００６，２１（７）：４２—４４．
作者简介
高晓剑，硕士研究生，主要研究方向为测试计量技术及仪器；
孟立凡，教授，主要研究方向为现代传感技术；
牛智伟，硕士研究生，主要研究方向为精密仪器与机械；
董春秋，硕士研究生，主要研究方向为信息处理与重建。
【责任编辑】侯莉 【收稿日期】２００８—０５—２２
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