陈明海音响放大器设计课.docx

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1、第一章.绪论1.1 引言伴伴随科学技术B迅速发展，人们生活水平的不停提高，对音频功率放大器的规定越来越高。音频是多媒体中的一种重要媒体。人可以听见的音频信号的频率范围大概是60Hz-20kHz其中语音大概分布在300Hz-4kHz之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。本文基于所学知识模拟制作音响功率放大器，践实所学知识掌握程度，并通过对所学知识来制造和改善有关产品，实际动手B过程中遇见了诸多问题，不过在老师B指导和协助下处理对应0问题。同步在与同组人的讨论学习过程中加强可团体意识的培养，加强了互相间协调合作的能力，从而高质、高效的完毕本项任务。1.2 音频功率放大器概述音响技术的发展历史可

2、以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。1923年美国日勺德福雷斯特发明了真空三极管，开创了揉电声技术日勺先河。1927年贝尔试验室发明了负反馈NFB(Negativefeedback)技术后，使音响技术的发展进入了一种崭新的时代，比较有代表性的如“威廉逊”放大器，而1947年威廉逊先生在一篇设计Hi-Fi(HighFide1ity)放大器/、J文章中简介了一种成功运用负反馈技术，成为了Hi-Fi史上一种重要的里程碑。60年代由于晶体管B出现，使功率放大器步入了一种更为广阔0天地。晶体管放大器细腻感人的音色、较低日勺失真、较宽B频响及动态范围等特点，多种电路也对应产生，如：OT1(O

3、utputTransformer1ess)”无输出放大器、“OC1(OutputCapacitor1ess)”放大器等。直至70年代，晶体管放大技术的应用已相称成熟，多种新型电路不停出现，成功地将甲、乙放大器的长处结合在一起的超甲类放大电路；具有输出功率大、失真小的电流倾注式放大电路等等。从而使晶体管放大器成为音响技术发展中0主流。在60年代初，发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。第二章系统方案设计2.1 设计目的1、理解集成功率放大器内部电路工作原理2、掌握其外围电路的设计与重要性能参数测试措施3、掌握音响放大器的设计措施与电子线路系统的装调技术2.2 设计规定和

4、技术指标1)技术指标:额定功率P0.3W,负载阻抗为10Q,频率响应范围为50HZ-20KHZ,输入阻抗不小于20KQ,放大倍数220dB.2)设计规定：1设计话音放大与混合前置放大器、音调控制级、功率放大级；2.选定元器件和参数，并设计好电路原理图；3.在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调测；4.测试输出功率；5.测试输入阻抗；第三章措施设计与论证3.1 放大电路设计方案一：采用“A741运算放大器设计电路，aA741通用高增益运算通用放大器,早些年最常用B运放之一.应用非常广泛，双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压22V,差分电压30V,输入电压18V,容许功耗500mWO方案2：采

5、用1M324通用四运算放大器，双列直插8脚封装，的内部包括四组形式完全相似的运算放大器,除电源共用外,四组运放互相独立。它有5个引出脚淇中“十，、”.，为两个信号输入端，“V+”、“V为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中,Vi(-)为反相输入端,表达运放，输出端Vo0信号与该输入端B位相反;Vi+(+)为同相输入端,表达运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相似。方案选用：A741是通用放大器,性能不是很好,满足一般需求，而1M324四运放大器具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等长处，本设计放大倍数不高，1M324能到达f=IOKHz日勺频响规定，故选用1M32

6、4四运放大器。3.2 音频放大电路设计方案一：采用S134集成功率放大器，S134是低电压集成音频功放，功耗低、失真小，工作电压为6V,8负载时，输出功率在30OmW以上。重要用于收音机及其他功放。方案二：采用1A4102集成功率放大器，1A4102在低压运用时具有很好0性能,增益可达40dB,效率高且非线性失真小，输入阻抗约12k。内部工作原理与OT1功放基本相似。1A4102集成块采用带散热片014脚双列直插式塑料封装。方案选用：本方案采用1A4102,不采用s134,是由于1M34最大输出功率是300nW多，不合设计规定的5.8W03.3 设计思绪音响放大器设计的框图如下4.2IOOmV

7、125ji1V3V-0.2dB18.5dB9.5dB29.5dB困4一23.4 设计参照原理图:WDpF第四章单元电路设计与参数计数4.1.设计规定根据技术指标规定，音响放大器B输入为5mV时，输出功率不小于1队则输出电压Vo=2.8V。总电压增益Av=VoVi560倍(55dB)0实际电路中会有损耗，因此要留有充足余地,设各级电压增益分派如图1I所示。A”由集成功放级决定，此级增益不适宜太大，一般为几十倍。音调控制级在f=1KHZ时增益为1倍(0dB),实际上会产生衰减，故取A0.8倍(-2dB)0受到运算放大器增益带宽积限制，话放级与混合放大级若采用“A741其增益也不适宜太大。功放级混放

8、级话放级5mVIAviq8.5倍18.5dB音调级125mVAv31OOmvJAv43V一08倍30倍-2dB29.5dBAV厂612倍(56dB)图1.1各级电压增益分派4.2功率放大器设计已知条件：R=8,V1=IOOmV,+Vcc=12V,-V1e=-12Vo性能指标规定：Po)=2Wo参数设定：1.选用1A41001A4102集成功放芯片，其内部电路如图12所示。13图1.21A41OO1A4IO2集成功放的内部电路2 .功率放大电路如图1.3所示。C2I_i+垓臬霜空嬲赞嬷网扃同1M1T1c)1A41001A4102/61IUJE11J回固1ZJ鹉空Q需禄空Q图1.3功率放大器原理图

9、3 .外部元件的设定阐明及选用：r1A4100U5HHf11I11)R1&与内部电阻Rn构成交流负反馈支路，控制功放级的电压增益AvF，AYF=I+R1i/RFNRIIR=332） CB为相位赔偿电容。Cb减小，带宽增长，可消除高频自激。CB一般取几十皮法几百皮法，现取Cb=51pF3） CC为OT1电路的输出端电容，两端的充电电压等于Vt2,CC一般取耐压值远不小于Vcc/2的J几百微法的电容。现取Cc=470Fo4） Cd为反馈电容，消除自激振荡，CD一般取几百皮法，现取CD=560pF.5） CH为自举电容，使复合管2、T3导通电流不随输出电压B升高而减小，取Ch=220Fo6）C3、C

10、4可滤除纹波，一般取几十微法到几百微法，现取C3=220uF,C4=IOOuFo7）C2为电源退耦滤波，可消除低频自激，取C2=220uF04.3音调控制器的设计1 .由电路原理图可知音调控制器重要是控制、调整音响放大器B幅频特性，理想B控制曲线如图1.4所示。图中，f（等于IKHZ）表达中音频率,规定增益AVO=ODB；f11表达低音频转折（或截止）频率，一般为几十赫兹；九（等于10%）表达低音频区的中音频转折频率；fH1表达高音频区欢）中音频转折频率；f“2（等于IofHI）表达高音频转折频率，一般为几十千赫兹。由图可见,音调控制器只对底音频与高音频0增益进行提高与衰减，中音频B增益保持O

11、dB不变。因此，音调控制器B电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。由运算放大器构成B音调控制器，如图15所示。这种电路调整以便，元器件较少，在一般收录机、音响放大器中应用较多。在图4.5中RP3称为音量控制电位器，其滑臂在最上端时，音响放大器输出最大功率。艮31R031Rr图1.5音调控制器2 .音调控制器B低频电路(a)图1.6音响放大器低频等效电路设电容C=C2C3,在中低音频区,C3可以视为开路,在中高音频区,CC可视为短路。1).当f/时，音调控制器的低频等效电路如图4.6所示。其中，图1.6为滑臂在最右端，对应于低频衰减最大的状况。分析表明，图16所示电路是一种一介有源低通滤波器，其增

12、益函数体现式为：A(j)=!-X-ViR1+()t1式中，?=或九=-!_,必&或力十.1RPxC22RIC2-RRRGIRPxR2C22) .当f时，C?可以视为开路，运算放大器0反向输入端为虚地，匕0影响可以忽视，此时电压增益为_RF+R2R13) .在f=yu时，由于6=103故可得AU=-殁普X孚乜R11+J此时电压增益AvI相对下降3dB模2一殁“x落内此时电压增益相对A“下降17dB。同理可以得出图1.7所示电路的对应体现式，其增益相对于中频增益为衰减量。音调控制器低频时B幅频特性曲线如图1.4中左半部分B实线所示。图1.7低频等效电路3.音调控制器的高频电路当f为时，音调控制器的

13、J高频等效电路如图1.8所示。图1.91.8的等效电路由于此时可将C1,C2视为短路，R4与R1,R2构成星型连接，将其转换成三角形连接后B电路如图1.9所示。电阻的关系为R.=R+R、+陪K1Rh=R4+R,+1b2RRC=R+&+陪若取Ra=Rb=6,则有：Ra=Rb=&=3&=3R2=3R高频等效电路如图11O所示，其中，图（a）为RPz0滑臂在最在最左端时，对于高频提高最大的状况：图（b）为RP2B滑臂在最右端时，对应于高频衰减最大的状况。分析表明，图（a）所示电路为一价有源高通波器，其增益函数B体现式为A（.）=-4x（）/电&1+（）式中3=!或=（+舄）。32万（凡+R3）C34

14、=或拆二）R与分析低频等效电路的措施相似（略），得到下列公式。当fm时，。3视为开路，此时电压增益Av=1（OdB）。在47小时，As=血4。此时电压增益相对于43相对于Ao提高了3dB0在/=/“2时,Aio的F此时电压增益AVI相对于AVQ提高17dB当f力/2时，C3视为短路，此时电压增益RMR3同理可以得出图（b）所示电路0对应的体现式，其增益相对于中频增益为衰减量。音调控制器高频时B幅频特性曲线1.4中右半部分实线所示。实际应用中，通过先提出对低频区启（或了”）和九2（或力/2）即f12=f.%=乌（a）局频提局1.10图1.9的J高频等效电路4. 4话音放大器由于人发出的声音频率在

15、340Hz3400Hz之间，声波在传播中会产生反射、折射、绕射和干涉等现象，到达话筒的信号比人刚刚成声带中发出来的声音要小,同步话筒是一种换能器，它将声能转化为电能，话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗到达20K（亦有低输出阻抗的话筒如20,200Q等），则要对话音进行放大。由于声音在空气中传播就会产生谐波失真，谐波失真是指声音回放中增长了原信号没有的高次谐波成分而导致的失真，则要在话音放大器中设计一种低通滤波器。话音放大器的作用是不失真地放大信号（最高频率可以到达IoKHZ）。话筒的频率特性、性噪比和敏捷度直接影响着重现声音的音质。同步规定输入阻抗远不小于话筒0输出阻抗。但本次设计中，输入信号是由磁带放音