音頻功率放大器設(shè)計(jì)

1、音頻功率放大器設(shè)計(jì)一、一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的音頻功率放大器。在輸入正弦波幅度設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的音頻功率放大器。在輸入正弦波幅度≤5mV，負(fù)載電阻等于，負(fù)載電阻等于8Ω的條件下，音頻功率放大器滿足如下要求：條件下，音頻功率放大器滿足如下要求：1、最大輸出不失真功率最大輸出不失真功率POM≥8W。2、功率放大器的頻帶寬度功率放大器的頻帶寬度BW≥50Hz~15KHz。3、在最大輸出功率下非線性失真系數(shù)在最大輸出功率下非線性失真系數(shù)≤

2、3%。4、輸入阻抗輸入阻抗Ri≥100kΩ。5、具有音調(diào)控制功能：低音具有音調(diào)控制功能：低音100Hz處有處有12dB的調(diào)節(jié)范圍，高音的調(diào)節(jié)范圍，高音10kHz處有處有12dB的調(diào)節(jié)范圍。調(diào)節(jié)范圍。二、二、設(shè)計(jì)方案分析設(shè)計(jì)方案分析根據(jù)設(shè)計(jì)課題的要求，該音頻功率放大器可由圖根據(jù)設(shè)計(jì)課題的要求，該音頻功率放大器可由圖所示框圖實(shí)現(xiàn)。下面主要介紹各部所示框圖實(shí)現(xiàn)。下面主要介紹各部分電路的特點(diǎn)及要求。分電路的特點(diǎn)及要求。話筒輸入VL前置放大音調(diào)控

3、制功率放大圖1音頻功率放大器組成框圖音頻功率放大器組成框圖1、前置放大器前置放大器音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，然后輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。聲音音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，然后輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。聲音源的種類有多種，如傳聲器（話筒）、電唱機(jī)、錄音機(jī)（放音磁頭）、的種類有多種，如傳聲器（話筒）、電唱機(jī)、錄音機(jī)（放音磁頭）、CD唱機(jī)及線路傳輸唱機(jī)及線路傳輸?shù)?，這些聲音源的輸出信號(hào)的電壓差別很大，從零點(diǎn)幾毫伏到幾

4、百毫伏。一般功率放大器等，這些聲音源的輸出信號(hào)的電壓差別很大，從零點(diǎn)幾毫伏到幾百毫伏。一般功率放大器的輸入靈敏度是一定的，這些不同的聲音源信號(hào)如果直接輸入到功率放大器中的話，對(duì)于的輸入靈敏度是一定的，這些不同的聲音源信號(hào)如果直接輸入到功率放大器中的話，對(duì)于輸入過(guò)低的信號(hào)，功率放大器輸出功率不足，不能充分發(fā)揮功放的作用；假如輸入信號(hào)的輸入過(guò)低的信號(hào)，功率放大器輸出功率不足，不能充分發(fā)揮功放的作用；假如輸入信號(hào)的幅值過(guò)大，功率放大器的輸出信

5、號(hào)將嚴(yán)重過(guò)載失真，這樣將失去了音頻放大的意義。所以幅值過(guò)大，功率放大器的輸出信號(hào)將嚴(yán)重過(guò)載失真，這樣將失去了音頻放大的意義。所以一個(gè)實(shí)用的音頻功率放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，以便使放大器適應(yīng)不同的的輸入信號(hào)，一個(gè)實(shí)用的音頻功率放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，以便使放大器適應(yīng)不同的的輸入信號(hào)，或放大，或衰減，或進(jìn)行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。另外在各種或放大，或衰減，或進(jìn)行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。另外在

6、各種聲音源中，除了信號(hào)的幅度差別外，它們的頻率特性有的也不同，如電唱機(jī)輸出信號(hào)和磁聲音源中，除了信號(hào)的幅度差別外，它們的頻率特性有的也不同，如電唱機(jī)輸出信號(hào)和磁帶放音的輸出信號(hào)頻率特性曲線呈上翹形，即低音被衰減，高音被提升。對(duì)于這樣的輸入帶放音的輸出信號(hào)頻率特性曲線呈上翹形，即低音被衰減，高音被提升。對(duì)于這樣的輸入信號(hào)，在進(jìn)行功率放大器之前，需要進(jìn)行頻率補(bǔ)償，使其頻率特性曲線恢復(fù)到接近平坦的信號(hào)，在進(jìn)行功率放大器之前，需要進(jìn)行頻率補(bǔ)償，

7、使其頻率特性曲線恢復(fù)到接近平坦的狀態(tài)，即加入頻率均衡網(wǎng)絡(luò)放大器。狀態(tài)，即加入頻率均衡網(wǎng)絡(luò)放大器。對(duì)于話筒和線路輸入信號(hào)，一般只需將輸入信號(hào)進(jìn)行放大和衰減，不需要進(jìn)行頻率均對(duì)于話筒和線路輸入信號(hào)，一般只需將輸入信號(hào)進(jìn)行放大和衰減，不需要進(jìn)行頻率均衡。前置放大器的主要功能一是使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入阻抗相匹配；二是衡。前置放大器的主要功能一是使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入阻抗相匹配；二是使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的

8、輸入靈敏度相匹配。由于話筒輸出信號(hào)非常使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。由于話筒輸出信號(hào)非常微弱，一般只有微弱，一般只有100μV~幾毫伏，所以前置放大器輸入級(jí)的噪聲對(duì)整個(gè)放大器的信噪比影幾毫伏，所以前置放大器輸入級(jí)的噪聲對(duì)整個(gè)放大器的信噪比影響很大。前置放大器的輸入級(jí)首先采用低噪聲電路，對(duì)于由晶體管組成的分立元件組成的響很大。前置放大器的輸入級(jí)首先采用低噪聲電路，對(duì)于由晶體管組成的分立元件組成的前置放大器，首先

9、要選擇低噪聲的晶體管，另外還要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。由于場(chǎng)效應(yīng)前置放大器，首先要選擇低噪聲的晶體管，另外還要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。由于場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)一般比晶體管小，而且它幾乎與靜態(tài)工作點(diǎn)無(wú)關(guān)，在要求高輸入阻抗的前置管的噪聲系數(shù)一般比晶體管小，而且它幾乎與靜態(tài)工作點(diǎn)無(wú)關(guān)，在要求高輸入阻抗的前置放大器的情況下，采用低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管組成放大器是合理的選擇。如果采用集成運(yùn)算放大放大器的情況下，采用低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管組成放大器是合理的選擇。如果采用

10、集成運(yùn)算放大器構(gòu)成前置放大器，一定要選擇低噪聲、低漂移的集成運(yùn)算放大器。對(duì)于前置放大器的另器構(gòu)成前置放大器，一定要選擇低噪聲、低漂移的集成運(yùn)算放大器。對(duì)于前置放大器的另20lgAvfdB01020f2Lf1Lf_ARp2C2R1R2R3ViVo6dB倍頻程(a)低音提升等效電路圖低音提升等效電路圖(b)低音提升等效電路幅頻響應(yīng)波特圖圖3低音提升等效電路圖及幅頻響應(yīng)曲線圖3所示的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式為：所示的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式為：?；?jiǎn)?；?/p>

11、簡(jiǎn)12222212.)1(RRCjRCjRZZAPPVf????????后得：后得：，所以該電路的轉(zhuǎn)折頻率為：，所以該電路的轉(zhuǎn)折頻率為：2222222122.11PPPPVfRCjRRRRCjRRRA???????????，?？梢姰?dāng)頻率。可見當(dāng)頻率時(shí)，時(shí)，22121CRfPL???22222221)(21CRCRRfPL????0?f；當(dāng)頻率；當(dāng)頻率時(shí)，時(shí)，。從定性的角度來(lái)說(shuō)，就是在中、。從定性的角度來(lái)說(shuō)，就是在中、122.RRRAPV

12、f????f112.??RRAVf高音域，增益僅取決于高音域，增益僅取決于R2與R1的比值，即等于的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到提升，最大；在低音域，增益可以得到提升，最大增益為增益為。低音提升等效電路的幅頻響應(yīng)特性的波特圖如圖。低音提升等效電路的幅頻響應(yīng)特性的波特圖如圖3(b)所示。所示。122)(RRRP?同樣當(dāng)同樣當(dāng)Rp2的滑動(dòng)端調(diào)到最右端時(shí)，電容的滑動(dòng)端調(diào)到最右端時(shí)，電容C2被短路，其等效電路如圖被短路，其等效電路如圖

13、4(a)所示。由所示。由于電容于電容C1對(duì)輸入音頻信號(hào)的低音信號(hào)具有較小的電壓放大倍數(shù)，所以該電路可實(shí)現(xiàn)低音對(duì)輸入音頻信號(hào)的低音信號(hào)具有較小的電壓放大倍數(shù)，所以該電路可實(shí)現(xiàn)低音衰減。圖衰減。圖4(a)電路的頻率響應(yīng)分析如下：電路的頻率響應(yīng)分析如下：該電路的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式為：該電路的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式為：，其轉(zhuǎn)折頻率為：，其轉(zhuǎn)折頻率為：112122122112.)(11)1(CRRjCRjRRRRCjRRAPPPPVf????????

14、????，。可見當(dāng)頻率。可見當(dāng)頻率時(shí)，時(shí)，12121CRfPL??112221)(21RRRfPL????0?f；當(dāng)頻率；當(dāng)頻率時(shí)，時(shí)，。從定性的角度來(lái)說(shuō)，就是在中、。從定性的角度來(lái)說(shuō)，就是在中、212.PVfRRRA????f112.??RRAVf高音域，增益僅取決于高音域，增益僅取決于R2與R1的比值，即等于的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到衰減，最?。辉诘鸵粲?，增益可以得到衰減，最小增益為增益為。低音衰減等效電路的幅頻響應(yīng)特