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1、音频功率放大器设计方案31102140郑宇洋 通信110331102391陈宇超 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， 它在音频范围内有比较好的性能（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，其概念范围比音频放大器（特 指用于前置放大的音频放大器）大，且有更大的应用范围
2、，其频率适用范围远远 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=8C2、额定功率：P_=20W3、带宽：BW20Hz20KHzo4、音调控制：低音：100Hz12dB高音：10kHz12dB1KHz处增益为0dB5、失真度：73%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：1234低频提升与衰减电路A4AASize Numb
3、er增益为：A(jw )=Vi(RP31+R32)/R31*1ej3)1fW(jw海3 1曹改；fFile.F:XMyDesign.ddb Drawn By:式中：13 1=1/ (RP31*C32),3 2= (RP31+R32) / (RP：|1*R32*C32)4 (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)人2 R31此时，电压增益AV1相对于AVL下降了 3dB。在 f=fL1 时，可得 AV1=(RP31+
4、R32)/R31* (侦2/10)=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：Revision电阻关系式为:A图5高频等效电路SizeNumberBRa=R31+R31e+(R3M1M夹2摭ASheet ofDrawn By:5634Rb=R34+R32+ (R34R32/R31)Rc=R31+R32+ (R32R31/R34)Ra=Rb=Rc=3R32=3R343若取R31=R32=R34,则上式为：、 一 .1 一 2. .一高频提升与衰减的等效电路如下图6所小：44Sheet ofDrawn By:A增益函数表达
5、式为:图6诅e高频提升与衰减电路SizeNumberv /=R*!盛也 0Daee:四3耕也w勿也n.ddbC3123式中，气=L 吸 + R33CJ，。4 = L R33C33f fH2时，C33视为端路，此时电压增益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。f 2 = fx *2x/6 = 400HZ，则f = fL 2/10 = 40 HZ又已知 f = 100HZ, fHx = 10KHZ,x = 12dB，由计算式得:=10 f = 25 KHZH1f 1 = fH/6 =HKHZ，则 f 2AVL= (RP31+R32) /R3
6、1M20dB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=470KQ，则AVL= (RP31+R32) /R31=11 (20.8dB)C322冗RP f31 L1=0.008 呻取标称值 0.01，即 C31 = C32 = 0.01rF取 R34=R31=R32=47K,则R = 3R34 = 141KQR33 = R /10 = 14.1KQ取标称值13 KQ332冗R33fH2，取标称值470PF取RP32 = RP31 = 470KQ,RP33 = 10KQ
7、，级间耦合电容C34 = C35 = 10rF3、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
8、。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。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19BTL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，在每个信号半周内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，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
