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1、- -音频功率放大器设计方案31102140 宇洋 通信110331102391 宇超 自动化1102 一、设计任务和设计要求：（1）功能：音频功率放大器用于驱动扬声器发声，将话筒接收到的电信号放大后从扬声器传出。音频放大器有两种，一种是专用于音频放大的运算放大器，它在音频围有比较好的性能（主要是频响特性和失真特性，好的音频放大器这两个特性都非常好），一般用于音响的前置放大级；另一种是音频功放，也就是功率放大电路，用于音响的驱动级，可以驱动功率比较大的喇叭或者音响，使之发出声音；运算放大器是集成放大电路的统称，其概念围比音频放大器（特指用于前置放大的音频放大器）大，且有更大的应用围，其频率适用
2、围远远大于音频放大器，往低到直流，高的可以达到几百M甚至G赫兹级。简单的说，音频放大器就是一种特殊的运放。（2）主要设计指标：1、负载阻抗：RL=82、额定功率：P0=20W3、带宽：BW20Hz20KHz。4、音调控制： 低音：100Hz12dB 高音：10kHz12dB1KHz处增益为0dB5、失真度：3%6、输入灵敏度：Vi775mV, ViC33，在中，底音频区，C33可视为开路，在中，高音频区，C31，C32可视为短路。工作状态及元件参数计算：第一：低频时的情况：低频提升与衰减，电路图如下图4（a和图4（b）所示：图4 低频提升与衰减电路增益为：=-(RP31+R32)/R31*1+
3、(j)/2/1+(j)/1式中：1=1/（RP31*C32）， 2=（RP31+R32）/（RP31*R32*C32）(3-4)当ffL1时，C32可视为开路，运算放大器的反向输入端视为虚地，R34的影响可以忽略，此时电压增益。 AVL=(RP31+R32)/R31在f=fL1时，因为fL2=10fL1，故可得 AV1=(RP31+R32)/ R31此时，电压增益 AV1相对于 AVL下降了3dB。在f=fL1时，可得AV1=(RP31+R32)/R31*（/10）=0.14 AVL 此时，电压增益 AV2相对于 AVL下降了17dB。同理可得低频衰减的相应表达式。第二：高频提升与衰减：高频等
4、效电路如图5所示： 图5 高频等效电路电阻关系式为： Ra=R31+R31+（R31R31/R32） Rb=R34+R32+（R34R32/R31） Rc=R31+R32+（R32R31/R34） 若取R31=R32=R34， 则上式为：Ra=Rb=Rc=3R32=3R34 高频提升与衰减的等效电路如下图6所示： 图6 高频提升与衰减电路 增益函数表达式为:式中， 时，视为开路，电压增益AV0=1（0dB）。在f=fH1时 AV3=AV0 此时电压增益AV3相对于AV0高3dB 。在f=fH2时， AV4=10/AV0此时电压增益 AV4相对于AV0提高了17dB。当时，视为端路，此时电压增益
5、 AVH=（Ra+R33）R33同理可以得图示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。又已知，由计算式得： ，则 ； ，则 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视。但也不能太小，否则流过它们的电流将超过运放的输出能力。常取几千欧姆至几百千欧姆。现取RP31=470K，则AVL=（RP31+R32）/R31=11（20.8dB） 取标称值0.01，即取 R34=R31=R32=47K，则 ， 取标称值 ， 取标称值470PF 取，级间耦合电容3、功率放大器功率放大器的作用是给音响放大器的负载（一般是扬声器）提
6、供所需要的输出功率。功率放大器的主要性能指标有最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率。目前常见的电路结构有OTL型、OCL型、DC型和CL型。有全部采用分立元件晶体管组成的功率放大器；也有采用集成运算放大器和大功率晶体管构成的功率放大器；随着集成电路的发展，全集成功率放大器应用越来越多。由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，所以使用非常广泛。芯片选用LM1875，而一个LM1875的输出功率最大只能达到20W，已能满足本课题的设计要求,故本设计采用单片LM1875。
7、如果要把输出功率提高到50W，可选择BTL电路，按照如下方法进行设计:BTL电路它是在OTL电路和OCL电路的基础上发展起来的新型功率放大电路，其工作原理如下：图3-7 双端推挽放大电路BTL电路属于双端推挽放大电路，它由四管组成电桥电路，图中对角管同时导通，互为推挽。负载上输出正负半周波形19。BTL电路可以采用单电源供电，且不需要输出电容，这不仅克服了输出电容的影响，也免除了两组电压对称性的苛刻要求。BTL的两组对角管轮流导通，互为推挽，在每个信号半周能利用全部电源电压（除去饱和压降），同单端电路相比，在相同电源电压和相同负载时，前者的输出功率为后者的4倍；换言之，如果负载和输出功率相同，
8、BTL电路对所用的晶体管的耐压要求可比单端电路降低一半，因此，它有易于输出大功率而不损坏输出管的优点。目前常见的BTL电路大多是由两个独立的单端推挽电路拼合而成（多见于集成电路），其信号分相是先将信号送入第一个单端电路，放大后经电阻分压再送到第二个单端电路，这样不仅会把单端电路的缺陷带入放大器，而且还会将第一个单端电路的畸变信号经过第二个单端电路放大而进一步加重，因此其特性必然不好。由BTL的工作原理及特点可知，要满足输出功率为50W的要求，可用两个LM1875组成BTL电路，要想获得好的输出特性，关键是要获得BTL电路所需的两个大小相等，相位相反的音频信号。通过查询资料（3），可知，可以用一个倒相电路来提供此
