陈明海音响放大器设计课.docx

第一章.绪论1.1 引言伴伴随科学技术B¾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B¾过程中遇见了诸多问题，不过在老师B¾指导和协助下处理对应0¾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(HighFidelity)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："OTL(OutputTransformerLess)”无输出放大器、“OCL(OutputCapacitorLess)”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：L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B¾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：采用LM324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(一)为反相输入端,表达运放，输出端Vo0信号与该输入端B¾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LM324四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，LM324能到达f=IOKHz日勺频响规定，故选用LM324四运放大器。3.2 音频放大电路设计方案一：采用SL34集成功率放大器，SL34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LA4102集成功率放大器，LA4102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OTL功放基本相似。LA4102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LA4102,不采用sl34,是由于LM34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4.2IOOmV125jilV3V-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B¾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=VoVi>560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LI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°=lKHZ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“A74L其增益也不适宜太大。功放级混放级话放级5mV I Aviq 8.5 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=100mV,+Vcc=12V,-Vle=-12Vo性能指标规定：Po)=2Wo参数设定：1.选用LA4100LA4102集成功放芯片，其内部电路如图L2所示。13图1.2LA41OOLA4IO2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111M1T111c)LA4100LA4102/61.IUJElLJ回固LZJ鹉空Q需禄空Q¾图1.3功率放大器原理图3 .外部元件的设定阐明及选用：÷r1.A4100U5HHf11Il1)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，11AYF=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=51pF°3） CC为OTL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、T3三导通电流不随输出电压B升高而减小，取Ch=220Fo6）C3、C4可滤除纹波，一般取几十微法到几百微法，现取C3=220uF,C4=100uFo7）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B¾幅频特性，理想B¾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；fLl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；fHl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B¾增益保持OdB不变。因此，音调控制器B¾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B¾音调控制器，如图L5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31R03lRr图1.5音调控制器2 .音调控制器B低频电路RPiR2(a)图1.6音响放大器低频等效电路设电容C=C2>>C3,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L6所示电路是一种一介有源低通滤波器，其增益函数体现式为：A(j)=!-X-ViRl+(<)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0¾影响可以忽视，此时电压增益为_RF+R2Rl3) .在f=yu时，由于6=103故可得AU=-殁普X孚乜Rl1+J此时电压增益AvI相对下降3dB4) ,在f=九时，得A” =RA + 与J + jRl +o./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B¾幅频特性曲线如图1.4中左半部分B¾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J高频等效电路如图1.8所示。1.8音调控制器高频等效电路图1.91.8的等效电路由于此时可将Cl,C2视为短路，R4与Rl,R2构成星型连接，将其转换成三角形连接后B¾电路如图1.9所示。电阻的关系为R.=R+R、+陪K1Rh=R4+R,+Lb2RRC=R+&+陪若取Ra=Rb=6,则有：Ra=Rb=&=3&=3R2=3R高频等效电路如图LlO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½&l+（）¾式中3=!或=（+舄）。32万（凡+R3）C34=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°=l（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B¾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fl2=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