高保真音频放大器毕业设计

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1、 毕业设计报告（论文）(2013届)题 目： 高保真音频放大器的设计 所 属 系： 自动化 班 级： 学 生 姓 名： 学 号： 同 组 成 员： 指 导 教 师： -摘 要 关键词 目 录1前言- -1前言 音频功率放大器简称功放，是一种通用性较强的应用电路，它广泛用于收音机、录音机、电视机和扩音机等整机产品中，用来把微弱的声音电信号进行放大，以获得足够大的输出功率推动扬声器，它也是音响装置重要的组成部分，通常把它叫做扩音机。 音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。虽然音频功率放大器是一个技术相当成熟的领域，但直到现在为止，它还在不断地更新、发展

2、、前进。 进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。 同时随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦

3、的音频功率。这时，低失真、高效率、数字智能化的音频放大器就成为其中的关键部件。2 毕业设计及任务 2.1 设计题目 设计一台高保真音频放大器 2.2 技术指标 最大不失真输出功率：Pom8W； 负载阻抗（扬声器）：RL=8； 频率响应，在无高、低音提升和衰减时， f=20Hz20kHz(3dB) ； 音调控制范围：低音：100Hz12dB；高音：10kHz12dB； 失真度（主要是非线性失真）3%； 输入灵敏度：在输入阻抗ri500k时，Vi100mV； 稳定性：在电源在15V24V范围变化时，输出零点漂移100mV； 噪声电压：输入端短路时，输出噪声电压有效值VN15mV。3 放大器的程序设

4、计一个高保真音频放大器的设计过程大体可按电路选型-参数计算-元器件选择-验证定型的顺序进行。 3.1电路选型 3.1.1 确定电路的形式与结构 设计音频放大器一般会根据给定的技术指标（如频响、失真度、信噪比、转换速率等）、技术特色（如采用全直流、全对称、超线性等）以及性价比等要求选择合适的电路形式与结构。 在选择电路时，国内外音响界普遍推崇一种“简为佳”的说法，即简单的就是最好的。多一个元器件就多一个失真源，因而在能满足给定技术指标的前提下，应尽量避免电路复杂化。 3.1.2 确定放大级数 一般单级放大器的放大倍数只有几千倍，若电路中需要很大的放大倍数，可采用多级放大器，这时总的增益等于各级增

5、益的乘积。在确定放大级数时，每一级的增益不用定的太高，因为增益过高时，放大器的稳定性变差，容易产生自激。 通常还需要在放大器加入适量的负反馈，将电路的增益限制在一定的范围，这样既可以提高放大器的稳定性，又可展宽工作频率带降低波形失真。此外，电路的总增益的设定还应留有一定的余量。3.2 参数计算 3.2.1 确定工作点 晶体管的静态工作点，是影响放大器性能的主要因素。通常前置放大器均工作在甲类状态，故选择工作点时，应使放大器工作于输出特性曲线的线性放大区，并保证在额定工作状态的任何瞬间都不超越这一区域。 静态工作点一般应选在器件输出特性曲线线性区相对的小电流及低电压区域，这对保护器件有利。但为了

6、增大动态范围，减小失真，静态工作点又不能选的过低。通常，输入级的输入信号较小（毫伏或微伏级），工作点可选的低些，这样对提高信噪比有利；而后面的放大级，由于信号幅度比较大，工作点则应取高些。此外，为保证工作点的稳定，晶体管的基极偏置电阻不能选的过大。而功率放大器的工作点则应根据电路的类型来确定。 3.2.2 计算元件数值 确定了电路结构及工作点，便可根据给定的技术参数要求，计算电路中各元件的数值和必须掌握的交直流参数，并标注在原理图上，作为制作和调整的依据。3.3 元器件选择 有了合适的电路，其技术指标的实现还有赖于正确选用元器件的质量。即使是质量可靠的同类元器件，若品牌不同，其损耗、噪声系数、

7、稳定性或失真度及失真成分也可能不同。这也是同样的电路，采用不同品牌的元器件时会导致音质方面的差异的原因所在。3.4 验证定型 按设计要求制作的放大器，还应进行性能指标测试及试听效果，验证其是否达到预定的技术指标和音质水准。若不能达标，还应分析其原因，有目的的反复修改设计方案，使之趋于完善，直至复合技术指标要求，方可予以定型。4 设计的基本要求和电路整体方案的确定 4.1 基本要求 音频放大器主要用于对音频信号（频率范围大约为数十赫兹数十千赫兹）进行放大，它应具有以下几个方面功能： 对音频信号进行电压放大和功率放大，能输出大的交流功率。 具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，负载能力强。 非线性失

8、真和频率失真小，具有高保真的性能。 能对输出信号中的高频和低频部分（高低音）分别进行调节（增强或减弱），具有音调控制能力。 为了实现音频放大电路的上述功能，构成电路时可采用多种方案，如可采用分立元件组装，也可以采用运算放大器和部分晶体管等分立元件实现还可以用集成音频功率放大器制作，现在广泛应用的是后两者。 4.2 电路整体方案的确定音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真地加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美的声音。放大器一般包括前置放大、音调控制和功率放大三部分，前置放大以放大信号振幅为目的，因而又称电压放大器；功率放大的任务是放大信号功率，使其足以推动扬声器系统

9、。 输入级前置放大主要是把输入的音频信号有效的传递到下一级，并完成信号源的阻抗变换。为了不影响音调控制电路，要求前置输入阻抗比较高，输出阻抗低，本级电路选用场效应管共源放大器和源级跟随器组成。 音调控制电路完成高低音的提升和衰减，为了与音调控制电路配合，这部分还应设置电压放大电路。为了使电路简单，信号失真小，本电路选用反馈型音调控制电路。 输出级功率放大 音频放大器的组成与框图 ，可用图1表示。 功率放大器音调控制电路前置放大器 声音 （节目源） 直流稳压电源 驱动负载 图1 音频放大器的组成框图4 高保真音频放大器的工作原理 4.1 OCL 功率放大器的原理 OCL功率放大器电路通常可分成：

10、功率输出级、推动级和输入级三部分。根据给定技术指标，选择下图所示电路功率输出级是由四个三极管组成的复合管准互补对称电路，可以得到较大的输出功率。再用一些电阻来减小复合管的穿透电流，增加电路的稳定性。前置电路用NPN型三极管组成恒压电路，保证功率输出管有合适的初始电流，以克服交越失真。推动级采用普通共射放大电路。输入级部分由三极管组成差动放大电路，减小电路直流漂移。 4.2 音调控制电路的原理常用的音调控制电路有三种：一种是衰减式RC音调控制电路，其调节范围较宽，但容易产生失真；另一种是反馈型电路，其调节范围小一些，但失真小；第三种是混合式音调控制电路，其电路较复杂，多用于高级电子设备中。 为了

11、使电路简单、信号失真又小，本次设计采用反馈型音调控制电路。 4.3 前置放大电路的原理前置级放大电路要求输入阻抗高，输出阻抗低，以便不影响音调控制网络正常工作。为后级提供一定比的信号电压。为此，电路选用场效应管共源放大器和场效应管源级跟随器组成。电路输入阻抗高，并引入电流串联负反馈，提高了电路的稳定性。通过选取适当的电阻，可得到满意的增益。第二级源极跟随器，可以得到较小的输出阻抗，同时其输入阻抗高，对前级影响很小。5 基本设计方法 5.1 各级电压放大倍数的分配根据额定输出功率Po和求出输出电压为 UO=(UO为有效值)整机中频电压增益为： Aum= (=100mv） 前置放大（） 音调控制（

12、 ） 功率放大（） 负载 前置级队输出的噪声电压影响最大，一般增益不宜太高，通常该选该级增益为： Aum1 =510 对音调控制电路无中频增益要求，一般选： Aum2=1 功率输出电压增益则可按总增益来确定，若其中频电压增益为Aum3，则要求： Aum1 Aum2 Aum3 Aum3 5.2 确定电源电压 为了保证电路安全可靠地工作，通常取最大输出功率 Pom 比 额定输出功率Po 大一些 Pom= (1.5 2)Po= 1.5 * 6 = 9W 最大输出电压可由 Pom 来计算（峰值） 所以 = 2 考虑到晶体管饱和压降及发射极限流电阻上的压降，电源电压 Vcc 要 大于 Uom ，一般为： UCC= （一般取电源利用效率 =0.60.8） 5.3 OCL 功率放大器的设计 OCL功率放大器电路通常可分为：功率输出级、推动级(激励级)和输入级三部分。 5.3.1 功率放大器的设计要点 功率放大器的基本设计目标是，在晶体管安全工作前提下,所输出的不失真功率尽可能大。因而设计时要特别注意： 为了保证晶体管的安全使用,一般情