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1、音响放大器设计,学习要求 了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法；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 。,主要是控制、调节音响放大器的幅频特性,给音响放大器的负载R
2、L(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 。,V1为话筒放大器输
3、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
4、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ff0时,当RP1的滑臂在最左端低频时，对应于提升最大的情况,当ff0时,当RP1滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况,当ff0时,分析表明，图(a)所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其增益函数的表达式为,(5.5.2),式中，,当ff0时,当ffL1时，C2可视为开路，运算放大器的反向输入端视为虚地，R4的影响可以忽略，此时电压增益,当ff0时,在f=fL1时，因为fL2 =10fL1 ，故可由式,模,此时电压增益相对AVL下降3dB。,得,当f
5、f0时,在f=fL2时，由式(5.5.2)得,模,此时电压增益相对AVL下降17dB。,当f f0时,音调控制器的高频等效电路如图所示,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,(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
6、函数的表达式为,式中，,当f f0时,当ffH1（ f0时,在f=fH2时,此时电压增益AV4相对于AV0提升了17dB。,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
7、真尽可能地小，效率尽可能高。,LM386集成功率放大器目前集成功放电路已大量涌现,其内部电路一般均为OTL或OCL电路, 集成功放除了具有分立元件OTL或OCL电路的优点, 还具有体积小、工作稳定可靠、使用方便等优点, 因而获得了广泛的应用。低频集成功放的种类很多, 下面以LM386为例作一简单介绍。LM386是一种低电压通用型低频集成功放。该电路功耗低、 允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少, 广泛用于收录音机、对讲机、电视伴音等系统中。,LM386内部电路共有3级。V1V6组成有源负载单端输出差动放大器作输入级, V5、V6构成镜像电流源作差放的有源负载以提高单端输出时差动放大器的放
8、大倍数。中间级是由V7构成的共射放大器, 也采用恒流源I作负载以提高增益。输出级由V8V10组成准互补推挽功放,VD1、VD2组成功放的偏置电路以利于消除交越失真。,LM386的管脚排列如图（b）所示, 为双列直插塑料封装。管脚功能为: 2、3脚分别为反相、同相输入端; 5脚为输出端; 6脚为正电源端; 4脚接地; 7脚为旁路端, 可外接旁路电容以抑制纹波; 1、8脚为电压增益设定端。,当1、8脚开路时, 负反馈最深, 电压放大倍数最小, 设定为Auf=20。 当1、8脚间接入10F电容时, 内部1.35 k电阻被旁路, 负反馈最弱, 电压放大倍数最大, Auf=200（46 dB）。当1、8
9、脚间接入电阻R和10F电容串接支路时, 调整R可使电压放大倍数Auf在20200间连续可调, 且R越大, 放大倍数越小。 LM386的典型应用电路如下图所示。参照上面的说明, 我们可以知道: ,LM386典型应用电路图,5 脚输出:R3、C3构成串联补偿网络与呈感性的负载（扬声器）相并, 最终使等效负载近似呈纯阻, 以防止高频自激和过压现象。 7 脚旁路: 外接C2去耦电容, 用以提高纹波抑制能力, 消除低频自激。 1、8 脚电压增益设定: 其间接R2、10 F串联支路, R2用以调整电压增益。当R2=1.24 k时,Auf=50。 将上述电路稍作变动, 如在1、5脚间接入R、C串接支路, 则
10、可以构成带低音提升的功率放大电路。还可以利用LM386组成方波发生器, 读者可参阅有关书籍。, 额定功率,音响放大器输出失真度小于某一数值(如5%)时的最大功率称为额定功率。其表达式为,式中，RL为额定负载阻抗；Vo(有效值)为RL两端的最大不失真电压。Vo常用来选定电源电压VCC,二、音响放大器主要技术指标及测试方法, 额定功率,测量Po的条件如下：信号发生器的输出信号(音响放大器的输入信号)的频率fi=1kHz，电压Vi=5mV，音调控制器的两个电位器RP1、RP2置于中间位置，音量控制电位器置于最大值，用双踪示波器观测vi及vo的波形，失真度测量仪监测vo的波形失真。,注意 在最大输出电
11、压测量完成后应迅速减小Vi，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。, 额定功率,测量Po的步骤是：功率放大器的输出端接额定负载电阻RL(代替扬声器)，逐渐增大输入电压Vi，直到vo的波形刚好不出现削波失真(或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(55dB)。,(1) 功率放大器设计,确定功放级的电压增益,(2) 音调控制器(含音量控制)设计,(2) 音调控制器(含音量控
12、制)设计,已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。由式(5.5.16)、(5.5.17)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) 音调控制器(含音量控制)设计,由式(5.5.2)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(5.5.3)得,取标称值0.01F，即C31=C32=0.01F。,由式(5.5.9)得R34=R31=R32=47k ，则 Ra=3R4=141k,(2) 音调控制器(含音量控制)设计,由式(5.5.15)得R33=Ra/10=14.1k 取标称值13k 由式(3-7-12)得,
