音响放大器设计电子线路设计与测试桂电模电实

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1、第七节 音响放大器设计 学习要求 z 了解集成功率放大器内部电路工作 原理， z 掌握其外围电路的设计与主要性能 参数的测试方法； z 掌握音响放大器的设计方法与电子 线路系统的装调技术。 一、音响放大器的基本组成 话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输 出阻抗达到20k(亦有低输出阻抗的话 筒如20，200等) 话音放大器的作用是不失真地放 大声音信号(最高频率达到 10kHz)。其输入阻抗应远大于话 筒的输出阻抗。 电子混响器是用电路模拟声 音的多次反射，产生混响效 果，使声音听起来具有一定 的深度感和空间立体感。 将磁带放音机输出的音乐信 号与电子混响后的声音信号 混合放大 。 主要是控

2、制、 调节音响放大 器的幅频特性 给音响放大器的负载RL( 扬声器)提供一定的输出 功率。 1. 话音放大器 由于话筒的输出信号一般只有5mV左右 ，而输出阻抗达到20k(亦有低输出阻抗的 话筒如20，200等)，所以话音放大器的 作用是不失真地放大声音信号(最高频率达 到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出 阻抗。 AVF=1+ RF R2 Ri = R1 （R1一般取几十千欧。） 耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定 ，一般取 C1 = C3 = (310 ） 1 2RLfL 反馈支路的隔直电容C2一般取几微法。 2. 混合前置放大器 混合前置 放大器的作用 是将磁

3、带放音 机输出的音乐 信号与电子混 响后的声音信 号混合放大 。 RF R1 VO= V1 RF R2 V2) V1为话筒放大器输出 电压；V2为放音机输 出电压。 音响放大器的性能主要由音调控制器 与功率放大器决定，下面详细介绍这 两级电路的工作原理及其设计方法。 3、音调控制器主要是控制、调节音 响放大器的幅频特性 f0（等于1kHz）表示中音频率 ，要求增益AV0=0dB fL1表示低音频转折频率，一 般为几十赫兹 fL2(等于10fL1)表示低音频 区的中音频转折频率 fH1表示高音频区的中音 频转折频率 fH2(等于10fH1) 表示高音频转 折频率，一般 为几十千赫兹 音调控制器只

4、对低音频与高音频的增益进行 提升与衰减，中音频的增益保持0dB不变。因此 ，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波 器构成。 音调控制器的电路可由低通滤波 器与高通滤波器构成 设电容C1=C2C3 ，在中、低音频 区，C3可视为开 路，作为低通滤 波器；在中、高 音频区，C1、C2 可视为短路，作 为高通滤波器。 当f f0时 将C1、C2视为短路，R4与R1、R2组成星形 连接，将其转换成三角形连接后的电路如图所 示 若取R1=R2=R4，则 Ra = Rb = Rc = 3R1 = 3R2 = 3R4 当f f0时 图(a)为 RP2的滑臂 在最左端 时，对应 于高频提 升最大的 情况

5、(a) 当f f0时 图(b)为 RP2的滑臂 在最右端 时，对应 于高频衰 减最大的 情况 (b) 当f f0时 分析表明，图(a)所示电 路为一阶有源高通滤波器， 其增益函数的表达式为 式中， 当f f0时 当f f0时 当f fH2时，3视为短路，此时电压增益 AVH = (RaR3)/R3 当f f0时 同理可以得出图(b)所示电路的相 应表达式，其增益相对于中频增益为 衰减量。 实际应用中 通常先提出对低频区fLx处和高频区fHx处的 提升量或衰减量x(dB)，再根据下式求转折频 率fL2(或fL1)和fH1(或fH2),即 4、功率放大器 功率放大器(简称功放)的作用是给音 响放大

6、器的负载RL(扬声器)提供一定的输 出功率。当负载一定时，希望输出的功率 尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能 地小，效率尽可能高。 (1) LA4100 LA4102集成音频功放 (2) 集成功放的典型应用 图3.7.13 LA4100接成OTL电路 (2) 集成功放的典型 应用-外部元件的作 用 RF、CF与内部电阻 R11组成交流负反馈支路， 控制功放级的电压增益AVF， 即 CB为相位补偿电容。CB减小，带宽增加 ，可消除高频自激。CB一般取几十皮法至几 百皮法。 CC为OTL电路 的输出端电容，两 端的充电电压等于 VCC/2，CC一般取耐 压值远大于VCC/2的 几百微法的电容。

7、CD为反馈电容，消除自激振荡，CD一般 取几百皮法。 CH为自举电 容，使复合管T12、 T13的导通电流不随 输出电压的升高而 减小。 C3、C4可滤 除纹波，一般取几 十微法至几百微法 。 C2为电源退 耦滤波，可消除低 频自激。 二、音响放大器主要技术指标及 测试方法 额定功率 音响放大器输出失真度小于某一数值( 如20。 设计过程 确定整机电路的级数 根据各级的功能及技术指标要求 分配电压增益 分别计算各级电路参数，通常从 功放级开始向前级逐级计算 设计过程 根据技术指标要求，音响放大器的输入为5mV 时，输出功率大于1W，则输出电压Vo=2.8V。 总电压增益Av=Vo/Vi560倍

8、(55dB)。 (1) 功率放大器设计 功放级的 电压增益 R11=20K (1) 功率放大器设计 如果出现高频自激(输出波形上叠 加有毛刺)，可以在13脚与14脚之间 加0.15F的电容，或减小CD的值。 (2) 音调控制器(含音量控制)设计 (2) 音调控制器(含音量控制)设计 已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB 。 由式(3-7-16)、(3-7-17)得到转折频率 fL2及fH1； fL2 = fLx *2x/6=400Hz，则fL1 = fL2/10=40Hz ； fH1 = fHx /2x/6=2.5kHz ， 则fH2= 10fH1=25kHz 。 (2)

9、音调控制器(含音量控制)设计 由式(3-7-5)得AVL=(RP31+R32)/R3120dB。 其中，R31、R32、RP31不能取得太大，否则运放 漂移电流的影响不可忽略，但也不能太小，否 则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一 般取几千欧姆至几百千欧姆。现取RP31=470k ，R31=R32=47k，则 (2) 音调控制器(含音量控制)设计 由式(3-7-3)得 取标称值0.01F，即C31=C32=0.01F。 由式(3-7-9)得 R34=R31=R32=47k ，则 Ra=3R4=141k (2) 音调控制器(含音量控制)设计 由式(3-7-15)得 R33=Ra/10=14.

10、1k 取标称值13k 由式(3-7-12)得 取标称值470pF 取RP32=RP31=470k，RP33=10k，级 间耦合与隔直电容C34=C35=10F。 (3) 话音放大器与混合前置放大器设计 (3) 话音放大器与混合前置放大器设计 图3.7.18所示电路由话音放大与混合前 置放大两级电路组成。其中A1组成同相放 大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话 筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数 四、电路安装与调试技术 1. 合理布局，分级装调 音响放大器是一个小型电路系统 ，安装前要对整机线路进行合理布局 ，一般按照电路的顺序一级一级地布 线，功放级应远离输入级，每一级的 地线尽量接在一起，

11、连线尽可能短， 否则很容易产生自激。 1. 合理布局，分级装调 安装前应检查元器件的质量，安装 时特别要注意功放块、运算放大器、 电解电容等主要器件的引脚和极性， 不能接错。从输入级开始向后级安装 ，也可以从功放级开始向前逐级安装 。安装一级调试一级，安装两级要进 行级联调试，直到整机安装与调试完 成。 2. 电路调试技术 电路的调试过程一般是先分级调 试，再级联调试，最后进行整机调试 与性能指标测试。 2. 电路调试技术 分级调试又分为静态调试与动态调试 。 静态调试时，将输入端对地短路，用万 用表测该级输出端对地的直流电压。话放 级、混合级、音调级都是由运算放大器组 成的，其静态输出直流电

12、压均为VCC/2，功 放级的输出(OTL电路)也为VCC/2，且输出 电容CC两端充电电压也应为VCC/2。 动态调试是指输入端接入规定的信 号，用示波器观测该级输出波形，并测 量各项性能指标是否满足题目要求，如 果相差很大，应检查电路是否接错，元 器件数值是否合乎要求，否则是不会出 现很大偏差的。 2. 电路调试技术 单级电路调试时的技术指标较容易达到，但 进行级联时，由于级间相互影响，可能使单级 的技术指标发生很大变化，甚至两级不能进行 级联。产生的主要原因： 一是布线不太合理，形成级间交叉耦合，应考虑 重新布线； 二是级联后各级电流都要流经电源内阻，内阻压 降对某一级可能形成正反馈，应接

13、RC去耦滤波电路 。R一般取几十欧姆，C一般用几百微法大电容与 0.1F小电容相并联。 2. 电路调试技术 由于功放级输出信号较大，对前级容易产生 影响，引起自激。集成块内部电路多极点引起 的正反馈易产生高频自激，常见高频自激现象 如图3.7.19所示。 可以加强外部电路的负反馈予以抵消，如功 放级脚与之间接入几百皮法的电容，形成 电压并联负反馈，可消除叠加的高频毛刺。 2. 电路调试技术 常见的低频自激现象是电源电流 表有规则地左右摆动，或输出波形上 下抖动。 产生的主要原因是输出信号通过 电源及地线产生了正反馈。可以通过 接入RC去耦滤波电路消除。 2. 电路调试技术 为满足整机电路指标要

14、求，可以 适当修改单元电路的技术指标。图 3.7.20为设计举例整机实验电路图， 与单元电路设计值相比较，有些参数 进行了较大的修改。 3. 整机功能试听 用8/4W的扬声器代替负载电阻RL，可 进行以下功能试听： 话音扩音 将低阻话筒接话音放大器的输入端。 应注意，扬声器输出的方向与话筒输入的方向相反 ，否则扬声器的输出声音经话筒输入后，会产生自 激啸叫。讲话时，扬声器传出的声音应清晰，改变 音量电位器，可控制声音大小。 电子混响效果 将电子混响器模块按图 3.7.20接入。用手轻拍话筒一次，扬声器发出多 次重复的声音，微调时钟频率，可以改变混响延 时时间，以改善混响效果。 音乐欣赏 将录音机输出的音乐信号，接 入混合前置放大器，改变音调控制级的高低 音调控制电位器，扬声器的输出音调发生明 显变化。 卡拉OK伴唱 录音机输出卡拉OK磁带歌曲 ，手握话筒伴随歌曲歌唱，适当控制话音放大 器与录音机输出的音量电位器，可以控制歌唱 音量与音乐音量之间的比例，调节混响延时时 间可修饰、改善唱歌的声音。 整机电路图 设计任务 P123 功能要求 具有话筒扩音、音调控制、音量 控制等功能。 已知条件 集成功率放大器LA4102 1只，高 阻话筒20k 1个，其输出信号为5mV，集成运 算放大器mA741 2只，10/2W负载电阻1只， 8/4W扬声器1只，电源电压+VCC=+6V。