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1、目录一、摘要二、设计任务三、设计要求 四、设计方案及原理分析五、硬件单元电路的设计六、调试摘要随着现代电子技术的不断发展，功率放大电路也得到了飞速的发展和应用。特别是半导体技术 的进步，使功率放大电路向模块化、小型化、集体化的方向不断发展。一般放大电路主要用于放大 信号的电压或电流，而功率放大电路则主要实现信号的放大，以便送到执行机构中去完成某种任务 功率放大电路是一种十分常用的电子电路，广泛应用于家庭影院、音响系统以及工业制造中的机械 系统、电机驱动等电子系统。通常的音频功率放大多采用直接线性放大形式。如：甲、乙、丙类放大等。这些电路的优点不少， 但主要缺点是效率不够高。一般50%。在电能损
2、耗上十分可惜。本电路介绍了一种8W音频功率放大器电路的工作原理及其电路与版图设计。二、设计任务设计并制作一个带音调控制的音频功率放大器。图 1 音频功率放大器组成框图三、设计要求1基本要求(1) 输出额定功率：P W1W。O(2) 负载阻抗：R=8QL(3) 频率响应:ff =40HzlOKHzLH(4) 音调控制特性：lKHz处增益为OdB, 100Hz和lOKHz处有12dB的调节范围,A =A +20dBVL VH(5) 输入阻抗：R.20KQ。i2发挥部分(1)具有电子混响延时功能(2)输出功率达到 8W 以上。四、设计方案及原理分析根据课题的要求，该音频功率放大器可由框图实现。下面主
3、要介绍各部 分电路的特点及要求。1、前置放大器音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声 援源的种类有多种，如传声器(话筒)、电唱机、录音机(放音磁头)CD唱机及线路传 输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放 大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的 话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如 输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大 的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不 同的的输入信
4、号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度 相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同， 如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音 被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率 特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率 均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配； 二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信 号非常微弱，一
5、般只有1 oov几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的 信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立 元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。 由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输 入阻抗的前置放大器的情况下，采用低噪声场效应管组成放大器是合理的选择。如果采 用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。对 于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。前置放大器电路设计（图1）电路分析：该前置放大器由两级放大器组成，
6、第一级采用NE5532构成电压串联负 反馈电路输入阻抗较高，就相当于对前级电路开路。第二级放大器采用NE5532组成的 电压并联负反馈电路，该电路具有输出电阻小、抗共模干扰信号强的特点，对后级电路 就相当于一个恒流源，即输出电压不受后级电路阻抗的影响，从而该电路具有隔离作用， 即使前后电路互不影响。第一级放大器的电压放大倍数为：1 + R = 1 + 47 = 5.7 ；第二R 210R级放大器的电压放大倍数为：-R 16 ；电容C1、C3的作用是高频滤波，电容C2、4C4是去耦电容，消除低频自激振荡。前置放大器的下限频率由电容C5和电阻R1决定。根据音频信号的特点，前置放大器选择由NE553
7、2集成运算放大器构成的电压放大 器完成NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器，电压控制范围在3V 20V。它 能显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器 件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。其引脚 功能如下：NE5532引脚图2、音调控制电路音调控制电路的主要功能是通过对放音频带内放大器的频率响应曲线的形状进行 控制从而达到控制放音音色的目的，以适应不同听众对音色的不同爱好。此外还能补偿 信号中所欠缺的频率分量，使音质得到改善，从而提高放音系统的放音效果。在高保真 放音电路中，一般采用的是高、低音分别可调的音调控制电路
8、。一个良好的音调控制电 路，要求有足够的高、低音调节范围，同时有要求在高、低音从最强调到最弱的整个过 程中，中音信号（一般指1 kHz）不发生明显的幅值变化，以保证音量在音调控制过程中 不至于有太大的变化。音调控制电路大多由RC元件组成，利用RC电路的传输特性，提 升或衰减某一频段的音频信号，达到控制音调的目的。音调控制电路一般可分为衰减式 和负反馈式两大类，衰减式音调控制电路的调节范围可以做得较宽，但由于中音电平也 要作很大的衰减，并且在调节过程中整个电路的阻抗也在变化，所以噪声和失真较大。负反馈式音调控制电路的噪音和失真较小，并且在调节音调时，其转折频率保持固定不 变，而特性曲线的斜率却随
9、之改变。下面分析负反馈型音调控制电路的工作原理。（1）负反馈式音调控制器的工作原理 由于集成运算放大器具有电压增益高、输入阻抗高等优点，用它制作的音频放大电 路具有电路结构简单、工作稳定等优点。在如下电路图中，其中电位器Rp1是高音调节 电位器，Rp2是低音调节电位器，电容C是音频信号输入耦合电容，电容C1、C2是低音 提升和衰减电容，电容C3起到高音提升和衰减作用。一般选择C1=C2，电容C3起到高 音提升和衰减作用，要求C3的值远远小于C1。负反馈式音调电路（图 2）在如上电路图中，对于低音信号来说，由于C3的容抗很大，相当于开路，此时高音 调节电位器Rp1在任何位置对低音都不会影响。当低
10、音调节电位器Rp2滑动端调到最左 端时，C被短路，此时电路图2可简化为图2（a）。由于电容C对于低音信号容抗大，所12以相对地提高了低音信号的放大倍数，起到了对低音提升的作用。图2（a）电路的频率响 应分析如下：低音提升等效电路图 2(a)Z / RjC图2(a)所示的电压放大倍数表达式为：Af=一一缶=一(P22 + R )/R。Z R +1 jC211P 22化简后得：AVfR R1 + jCP22R + R2 R + R=P22 XP22R1所以该电路的转折频率为：L1沁L22兀(R / R )C2兀R CP 22222。可见当频率f T 0 ( T 0)时,AVfR + RT P22R
11、1当频率f Tg ( fg)时，AVfT R = 1。从定性的角度来说, R1就是在中、高音域，增益仅取决于R与R的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到21提升，最大增益为(R +R YR。P 22 1同样当Rp2的滑动端调到最右端时，电容C2被短路，其等效电路如图2(b)所示。 由于电容 C1 对输入音频信号的低音信号具有较小的电压放大倍数，所以该电路可实现 低音衰减。图4(a)电路的频率响应分析如下：低音衰减等效电路图 2(b)图2 (b)所示的电压放大倍数表达式为：A.VfR2R + (1 jC )/R11P 2RR + 2R1P 2X其转折频率为:P 21 1fL1 = 2TcP 2
12、111f，/L 22 兀(R/ R )2 兀RP 211。可见当频率 f T 0时，AVfR-T2R + R1 P 2当频率f fg时,AVfT兰2二1。从定性的角度来说,R1就是在中、高音域，增益仅取决于R与R的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到衰减，最小增益为R (R + R )。2121 P 2在电路给定的参数下，令f二f , f二fL1L1L 2L 2同理，图2电路对于高音信号来说，电容Cl、C2的容抗很小，可以认为短路。调节 高音调节电位器Rp1，即可实现对高音信号的提升或衰减。图2 (c)就是工作在高音信 号下的简化电路图。上图电路可化简为：高音等效电路图2(b)(其中R1,R
13、2,R3为原来的3倍)如果音调放大器的输入信号是采用的内阻极小的电压源，那么通过R3支路的反馈 电流将被低内阻的信号源所旁路，R3的反馈作用将忽略不计(R3可看成开路)。当高音 调节电位器滑动到最左端时，高音提升的等效电路如图2(c)所示。此时，该电路的电压放大倍数表达式为：AVf (1 jwC + R )/ R341R 1 + jg(R4Z，其转折频率为:R (1 + jC R )1 3 4? zH12 兀 C (R + R ) H22 兀 C R3 4 1 3 4。当频率f T 0时，AVfRT -2二1 ;当频率f TS R1时，A TVfEM。从定性的角度上看，对于中、低音区域信号，放
14、大器的增益等音R4 I 区域的信号，放大器的增益可以提升，最大增益为一。 R4高音提升等效电路2 (d)当Rp 1电位器滑动到最右端时，高音频信号得到衰减，高音衰减的等效电路如图2 (e)所示。高音衰减等效电路2(e)Avf =(R +L_)/ R4jC2 R1 + jCR3_4R 1 + jC (R + R )1342。其转折频率为：f=H1H 22 兀 C R34。当频率f T 0时，AVf=1 ；当频率f t s时，AVfR-4R + R42该电路的电压放大倍数表达式为：音调控制电路的幅频特性曲线(图三)LF356引脚图可见该电路对于高音频信号起到衰减作用。在电路给定的参数下，令 f = f ， f = f 。H1 H1 H2 H 2(2) 音调控制器的幅频特性曲线综上所述，负反馈式音调控制器的完整幅频特性曲线的波特图如3所示。根据设计要求的放大倍数和各点的转折频率大小，可确定音调控制器电路的电阻及电容大小。dB 八 201gAvf10 -0-10(3) 音调控制电路参数的设定：根据设计要求音调控制在lKHz处增益为OdB, 100Hz和lOKHz处有12dB的调节 范围，A =A +20dB，现取 A , A 为+20dB。VL VHVL VH1电路结构及运放器件选择电路结构选用图2所示的负反馈式音调控制器。运放
