毕业设计-低频功率放大器设计,王永胜

低频功率放大器设计毕业设计1.1 课题背景
功率放大器原来只是以分立元件的形式组成电路，近年来，随着科学技术的普及和文化水平的提高，功率放大器也有集成化产品，并在体育馆、影剧场、歌舞厅、家庭中的Hi-Fi音乐欣赏、AV系统放音、卡拉OK等场合得到广泛应用。

种设备。

功率放大器在扩声中起着极其重要的作用，如果没有功率放大器扬声器就不能扩声。

功率放大器是音响装置的核心部分本文源自六维论文网，无论是调谐器输出的信号，还是话筒、录音机、电唱机输出的信号，都必须经过功率放大器放大以后才能推动音箱发出声音。

功率放大的特点是可以带动大的负载，也就是说可以输出大电流。

根据频带宽度可分为低频功率放大器和高频功率放大器。

低频功率放大器如推动音频的功放；高频功率放大器如电视台雷达发射的无线电微波。

功率放大器的种类繁多，但不外乎分立电路、集成电路，随着科学技术的发展，各种半导体器件的质量和数量正不断提高，应用日益广泛。

由于集成功率放大器具有体积小，重量轻，成本低，安装调
试简单等优点。

现在，集成功率放大器已取代了由分立元件组成的功率放大器。

如音频功率放大器、射频功率放大器、磁功放等。

本文的功率放大器将采用集成功率放大器。

目前随着高保真立体声技术的普及，许多功率放大器也应用了高保真技术。

高保真的意思是指音频电声系统及其设备或部件保持声音信号原来面貌的毕业论文/能力。

对于一般家庭音响装置来说只要低音浑厚、丰满，中音坚实、有力，高音清脆明亮，能够使听者感到满意也就认为达到高保真的要求了。

其实，高保真包括对音高、音强、音色以及临场感、混响感等复杂音质状态的保持能力，当然也不排斥对声音信号进行适当美化加工。

因此也就对电路的设计，元件的性能提出了更高的要求。

随着时代的前进，人们对扬声设备的要求越来越高，这些要求不断推动新器件新电路的开发，并促进整个电声技术的发展，尽可能采用最新技术并与现代化技术结合起来，才能使得扬声设备不断发展和完善，才能有广泛的应用前景，才能在更多领域中发挥越来越大的作用。

目前已开发出较新的产品，如合并式广播扩声机，专业KTV音响器材，立体声音频功率放大器。

本文首先对功率放大器的基础知识进行了详细说明，然后详细分析了低频功率放大器的工作原理，各组成部分的作用，最后介绍了低频功率放大器在安装调试中遇到的现象以及其对应的解决方案，这对扬声设备的修理大有益处。

本文通过对低频功率放大电路的剖析，对功率放大器的工作原理有较深入的了解。

在讲解低频功率放大电路的原理中，结合介绍了常见的电子电路，如前置放大电路、音调控制电路、音量控制电路等。

掌握这些电路的特点，能为进一步学习电子技术打下一定的基础。

功率放大器就是音频功率放大器。

使用晶体管组成的音频功率放大器叫做晶体管放大器；使用集成电路构成的音频放大器叫集成电路放大器。

无论用什么元件构成的放大器，它的基本工作原理和性能指标都是相同的。

要分析功率放大器的工作原理，就必须学会有关功率放大器的一些基础知识。

本章将简要的介绍这方面的有关知识。

1.2 功率放大器的基础知识
1.2.1 功率放大器的作用
人在讲话的时候声音的强度是很有限的，如果在一个有成千上万人的会场中，要使每一个人都能清楚地听到是不可能的。

利用功率放大器，人只要对着话筒讲话，经过功率放大器放大，再从扬声器中发出很强的声音，就可以使全会场的人都听到。

人讲话的声音通过话筒变成了微弱的电信号，这一信号的电压大小同声音的强弱成正比，它的频率同声音的频率相同，这种电信号叫做音频信号。

话筒得到的音频信号，电压只有几毫伏，功率放大器把这个微弱的音频信号放大，从功率放大器输出端可以输出功率达几瓦到几十瓦，以推动扬声器发出声音。

在这一过程中，功率放大器的作用只是把音频电信号进行放大，所以功率放大器也就是音频放大器。

话筒能把声音变成电信号；扬声器能把电信号变成声音。

我们把这类元件叫做电声元件。

功率放大器必须同电声元件配合使用，才能发挥出它的作用。

功率放大电路（简称功率放大器）通常位于多级放大电路的最后一级，其任务是将前级电路放大后的电压信号再进行功率放大，以足够的输出功率推动执行机构工作，如扬声器发声、电动机旋转、继电器动作、仪表指针偏转等。

功率放大电路与电压放大电路都属于能量转换电路，它们是将直流电源提供直流功率转换成被放大信号的交流功率，从而起到功率和电压放大的作用。

但由于在多级放大电路中所处的位置不同，它们各自的功能是不同的：处于前置级的电压放大电路的任务是将输入的微弱信号识别出来并加以有效的放大，大多工作在低电压、小电流、低噪声的条件下，研究的主要指标是电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、信噪比、频率特性等，它们工作时，本身消耗的功率不大，向下一级输出的主要是电压信号，输出功率不大，故效率问题可以不必考虑。

功率放大电路除了对信号的电压进行足够的电压放大外，还要求对信号进行足够的电流放大，从而有足够的有用功率输出。

1.2.2 功率放大器的电路组成
功率放大电路由前置放大器、功率放大器、以及电源部分组成。

如图1-1所示。

功率放大器的前置放大器主要作用是电压放大，这部
分包括音调控制，音量控制等电路。

功率放大器也叫主放大器，它可以把几十毫伏的信号电压放大到要求的功率。

电源部分的作用是把220V交流电变成低压直流电，供给各级放大电路使用。

1.2.3 信号源和负载
能给功率放大器输入音频信号的装置叫做信号源。

话筒也是一种信号源。

录音机、电唱机、收音机等也都是信号源。

各种信号源的输出信号电压是不同的。

常用的动圈话筒的输出电压约等于几毫伏；录音机的线路输出电压约100—200mV，录音机的外接扬声器插口输出电压在1V以上；电磁头输出电压在1mV左右；收音机检波器输出电压约30—100
mV。

功率放大器的输入电阻是从功率放大器输入端看上去的等效电阻。

功率放大器的输入电阻比较高的时候，各种信号源的输出信号都能送到功率放大器中。

如果功率放大器的输入阻抗不够高由于分压作用，使高输出信号受到很大衰减，输入到功率放大器中的信号就很小。

在调整功率放大器时，常用电阻代替扬声器做负载，负载电阻的额定功率应大于或等于功率放大器的额定输出功率。

图1-1 功率放大器整机方框图
1.1 课题背景
功率放大器原来只是以分立元件的形式组成电路，近年来，随着科学技术的普及和文化水平的提高，功率放大器也有集成化产品，
并在体育馆、影剧场、歌舞厅、家庭中的Hi-Fi音乐欣赏、AV系统放音、卡拉OK等场合得到广泛应用。

种设备。

功率放大器在扩声中起着极其重要的作用，如果没有功率放大器扬声器就不能扩声。

功率放大器是音响装置的核心部分本文源自六维论文网，无论是调谐器输出的信号，还是话筒、录音机、电唱机输出的信号，都必须经过功率放大器放大以后才能推动音箱发出声音。

功率放大的特点是可以带动大的负载，也就是说可以输出大电流。

根据频带宽度可分为低频功率放大器和高频功率放大器。

低频功率放大器如推动音频的功放；高频功率放大器如电视台雷达发射的无线电微波。

功率放大器的种类繁多，但不外乎分立电路、集成电路，随着科学技术的发展，各种半导体器件的质量和数量正不断提高，应用日益广泛。

由于集成功率放大器具有体积小，重量轻，成本低，安装调试简单等优点。

现在，集成功率放大器已取代了由分立元件组成的功率放大器。

如音频功率放大器、射频功率放大器、磁功放等。

本文的功率放大器将采用集成功率放大器。

目前随着高保真立体声技术的普及，许多功率放大器也应用了高保真技术。

高保真的意思是指音频电声系统及其设备或部件保持声音信号原来面貌的毕业论文/能力。

对于一般家庭音响装置来说只要低音浑厚、丰满，中音坚实、有力，高音清脆明亮，能够使听者感到满意也就认为达到高保真的要求了。

其实，高
保真包括对音高、音强、音色以及临场感、混响感等复杂音质状态的保持能力，当然也不排斥对声音信号进行适当美化加工。

因此也就对电路的设计，元件的性能提出了更高的要求。

随着时代的前进，人们对扬声设备的要求越来越高，这些要求不断推动新器件新电路的开发，并促进整个电声技术的发展，尽可能采用最新技术并与现代化技术结合起来，才能使得扬声设备不断发展和完善，才能有广泛的应用前景，才能在更多领域中发挥越来越大的作用。

目前已开发出较新的产品，如合并式广播扩声机，专业KTV音响器材，立体声音频功率放大器。

本文首先对功率放大器的基础知识进行了详细说明，然后详细分析了低频功率放大器的工作原理，各组成部分的作用，最后介绍了低频功率放大器在安装调试中遇到的现象以及其对应的解决方案，这对扬声设备的修理大有益处。

本文通过对低频功率放大电路的剖析，对功率放大器的工作原理有较深入的了解。

在讲解低频功率放大电路的原理中，结合介绍了常见的电子电路，如前置放大电路、音调控制电路、音量控制电路等。

掌握这些电路的特点，能为进一步学习电子技术打下一定的基础。

功率放大器就是音频功率放大器。

使用晶体管组成的音频功率放大器叫做晶体管放大器；使用集成电路构成的音频放大器叫集成电路放大器。

无论用什么元件构成的放大器，它的基本工作原理和性能指标都是相同的。

要分析功率放大器的工作原理，就必须学会有关功
率放大器的一些基础知识。

本章将简要的介绍这方面的有关知识。

1.2 功率放大器的基础知识
1.2.1 功率放大器的作用
人在讲话的时候声音的强度是很有限的，如果在一个有成千上万人的会场中，要使每一个人都能清楚地听到是不可能的。

利用功率放大器，人只要对着话筒讲话，经过功率放大器放大，再从扬声器中发出很强的声音，就可以使全会场的人都听到。

人讲话的声音通过话筒变成了微弱的电信号，这一信号的电压大小同声音的强弱成正比，它的频率同声音的频率相同，这种电信号叫做音频信号。

话筒得到的音频信号，电压只有几毫伏，功率放大器把这个微弱的音频信号放大，从功率放大器输出端可以输出功率达几瓦到几十瓦，以推动扬声器发出声音。

在这一过程中，功率放大器的作用只是把音频电信号进行放大，所以功率放大器也就是音频放大器。

话筒能把声音变成电信号；扬声器能把电信号变成声音。

我们把这类元件叫做电声元件。

功率放大器必须同电声元件配合使用，才能发挥出它的作用。

功率放大电路（简称功率放大器）通常位于多级放大电路的最后一级，其任务是将前级电路放大后的电压信号再进行功率放大，以足够的输出功率推动执行机构工作，如扬声器发声、电动机旋转、继
电器动作、仪表指针偏转等。

功率放大电路与电压放大电路都属于能量转换电路，它们是将直流电源提供直流功率转换成被放大信号的交流功率，从而起到功率和电压放大的作用。

但由于在多级放大电路中所处的位置不同，它们各自的功能是不同的：处于前置级的电压放大电路的任务是将输入的微弱信号识别出来并加以有效的放大，大多工作在低电压、小电流、低噪声的条件下，研究的主要指标是电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、信噪比、频率特性等，它们工作时，本身消耗的功率不大，向下一级输出的主要是电压信号，输出功率不大，故效率问题可以不必考虑。

功率放大电路除了对信号的电压进行足够的电压放大外，还要求对信号进行足够的电流放大，从而有足够的有用功率输出。

1.2.2 功率放大器的电路组成
功率放大电路由前置放大器、功率放大器、以及电源部分组成。

如图1-1所示。

功率放大器的前置放大器主要作用是电压放大，这部分包括音调控制，音量控制等电路。

功率放大器也叫主放大器，它可以把几十毫伏的信号电压放大到要求的功率。

电源部分的作用是把220V交流电变成低压直流电，供给各级放大电路使用。

1.2.3 信号源和负载
能给功率放大器输入音频信号的装置叫做信号源。

话筒也是一种信号源。

录音机、电唱机、收音机等也都是信号源。

各种信号源的输出信号电压是不同的。

常用的动圈话筒的输出电压约等于几毫伏；录音机的线路输出电压约100—200mV，录音机
的外接扬声器插口输出电压在1V以上；电磁头输出电压在1mV左右；收音机检波器输出电压约30—100
mV。

功率放大器的输入电阻是从功率放大器输入端看上去的等效电阻。

功率放大器的输入电阻比较高的时候，各种信号源的输出信号都能送到功率放大器中。

如果功率放大器的输入阻抗不够高由于分压作用，使高输出信号受到很大衰减，输入到功率放大器中的信号就很小。

在调整功率放大器时，常用电阻代替扬声器做负载，负载电阻的额定功率应大于或等于功率放大器的额定输出功率。

图1-1 功率放大器整机方框图
功率放大器的种类
功率放大器简称功放，它可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其品牌、型号之多，实在举不胜举。

虽然都称为功放，,但以其主要用途来说,功放可以分为两个主要类别,这就是专用功放与民用功放。

在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场所扩声,以及录音监听等处所使用的功放,一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求,这类功放通常称之为专用功放或是专业功放。

而用于家庭的Hi-Fi音乐欣赏,AV系统放音,以及卡拉OK娱乐的功放,通常我们称为民用功放或是家用功放。

专用功放与民用功放尽管在一些特性参数上有所差别,但也很难说有一条泾渭分明的界线,比如用于音乐录音监听的功放很可能就是一台可用于家庭Hi-Fi甚至是Hi-end功放。

Hi-Fi功放与AV功放是目前家用功放中的两个主要类别。

Hi-Fi功放用于欣赏音乐,使用者追求的是尽可能的“原汁原味”。

而AV功放的使用者追求的是与画面相配合的“现场”效
果,甚至是夸张了的“现场”效果。

这两类功放不太好直接比较孰优孰劣。

晶体管功放和电子管功放并不存在着优劣的差异,只不过应用的器件不同(一是晶体管,一是电子管),相对来说,电子管功放的工作电压较高,但工作电流比较小,而晶体管功放的工作电压较低,工作电流都比较大。

1.3 功率放大器的性能指标
功率放大器的性能的优劣是通过功率放大器的性能指标来反映的。

因此，必须了解功率放大器的指标意义。

下面介绍功率放大器的主要性能指标。

1.3.1 失真度
通过功率放大器放大，输出信号应该同输入信号内容完全相同，只是幅度（电压）不同而已。

也就是说，功率放大器推动扬声器
发出的声音应同讲话人的声音完全一样，只是音量大小不同而已。

事实上，通过扬声器放出的声音同讲话人的声音多少会有一些区别。

质量低劣的功率放大器发出的声音甚至同讲话人的声音相差很远，有时还产生闷塞、沙哑的声音。

我们把功率放大器输出信号同输入信号不同，产生畸变的这种现象叫做失真。

为了定量的表示失真的大小，我们把输出信号各次谐波电压有效值的总和同基次波电压有效值的比，用百分数表示，叫做功率放大器的谐波失真，或失真度。

它可以通过失真度测量仪直接测量出来，一般功率放大器的失真度在7%以下，高传真功率放大器的失真度在1%以下。

10%以上的失真人耳可以分辨出来。

1.3.2 频率响应
我们知道不同乐器或不同的人发出的声音都不是由单一频率信号组成的，而是由各种频率成分构成的频谱所组成的。

一个乐队既有发声频率较低的乐器，又有发声频率较高的乐器，演奏起来占有很宽的频谱，听起来是十分悦耳的。

这一频谱范围可以接近整个音频范围，即20Hz—20KHz。

如果用功率放大器来放音，那就要求功率放大器对每一频率成份的信号都具有相同的放大倍数。

这时听起来才同真正乐队的演奏具有同样效果。

如果高音频的放大倍数小了，听起来就会感到声音发闷，含混不清；如果低音频的放大倍数小了，听起来就显得单调，缺乏浑厚的感觉。

我们用频率响应（简称频响）这个指标来衡量功率放大器对不同信号放大倍数的均匀程度。

当然我们希望功率放大器对整个音频信
号的放大倍数完全相同。

事实上，由于晶体管高频特性、耦合电容等的影响，功率放大器只对一般频率的音频信号的放大倍数才是相同的，对频率很低或很高信号的放大倍数本文源自六维论文网都会减小。

一般功率放大器的频率响应在100Hz—10KHz加减2dB范围内，高传真功率放大器的频率响应可以达到20Hz—20KHz加减1dB。

1.3.3 输出功率
功率放大器的输出功率是指功率放大器输出到电阻负载上的电功率。

输出功率是通过测量在规定负载上的电压数值计算出来的，设负载电阻是R（欧），输出电压是U（伏），输出最大功率为Pmax（瓦）就得到：
Pmax= (1-1)
1.3.4 输入电压
功率放大器的输入电压也叫做输入灵敏度。

它是指从功率放大器输入端输入多大电压的信号，功率放大器才能输出额定功率。

输入电压越小，说明功率放大器的灵敏度越高。

功率放大器输入灵敏度并非越高越好，而是要同信号源的输出电压相适应。

如果功率放大器的输入灵敏度很高，信号源的输出电压也较高时，往往在输入级就产生了严重的失真，即使调小音量，也得不到良好的放音效果。

一般来说，话筒插口的输入灵敏度应高5mV；拾音插口灵敏度应高于200mV；收音的输入灵敏度在50—100mV之间比较合适。

1.3.5 音调控制范围
有音调控制的功率放大器，能对高、低音进行提升或衰减，为
衡量提升或衰减的能力，引入了音调控制范围的概念。

低音控制范围一般指在输入100Hz信号时，低音控制电位器对这个信号输出电压的控制范围，并用分贝表示。

在输入5KHz或10KHz信号时高音控制电位器对这个信号输出电压的控制范围。

1.3.6 信噪比
功率放大器接通电源，不输入信号，距离功率放大器较近的时候，可以听到轻微的噪声。

功率放大器的噪声有两类，一类是有规律的低频哼哼声，这是交流电源引起的交流声；还有一种沙沙声，这是晶体管本身的噪声引起的。

当有输出信号的时候，噪声就被信号掩盖了。

大功率功率放大器输出功率大，收听者一般距扬声器远一些，所以噪声大一些也影响不大。

小功率功率放大器输出功率小，收听者距扬声器较近，所以要求噪声小。

用信号噪声比（简称信噪比或信杂比）来衡量功率放大器噪声的实际效果是很有效的。

第2章低频功率放大器的分析
2.1 整机电路的组成
整机电路由前置放大毕业论文/器，音调控制电路，音量控制电路，功率放大电路四部分组成整机原理图见附录3。

2.1.1功率放大器的主要技术指标
1. 输入电压为50mV
2. 输出功率不小于2W
3. 频带宽度为50—10KHz
4. 八位档音量控制、发光二极管显示档位
2.1.2 电路说明
由信号源输出频率为50-10KHz，大于等于50mV的交流信号，经前置放大器进行2.5倍的放大后，由音调控制电路中的滑动变阻器、
进行音调的低频和高频控制，转折频率为40-400Hz。

输出信号进入音量控制电路，音量控制电路的作用是对前置放大器的增益进行控制，将其输出信号进行衰减，其中小信号的衰减倍数小，大信号的衰减倍数大，或者说对功率放大器的输入信号进行控制，使其对大于50mV的信号能进行线性放大。

其中，555产生手动控制音量所需的脉冲，集成模拟开关CD4051的8路输出信号控制电阻分压网络的衰减倍数，其地址由计数器CD4516提供，74LS138译码器与发光二极管组成电平（音量）指示电路。

在前置级与功放级之间插入数字音量控制电路，能对输入信号进行线性放大，且音量控制调节方便。

最后，音量控制电路输出的信号进入功率放大器，在功率放大部分采用将LA4102集成功放接成OTL形式，信号经功放放大后由扬声器输出。

2.2 单元电路的设计与分析
2.2.1 前置放大器
在前置放大部分采用的是集成四运算放大器LM324，用到其中的一个运放作为前置放大器，内部框图如图2-1所示。

集成运算放大
器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。

当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。

在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。

前置放大器的作用是将音频信号源的信号进行放大。

其电路如图2-2所示，这是本文源自六维论文网一个反相加法器电路，输出与输入电压间的关系为：
=(1+ ) (2-1)
图2-1 LM324内部框图图2-2 前置放大器电路图
2.2.2 音调控制电路
音调控制电路是用四运放LM324组成的衰减负反馈式电路，如图2-3所示。

图2-3 音调控制电路图
其工作原理是：当RP2的滑臂移向左端时，高频信号经C4，R8送入运放反相输入端；由运放输出端反馈过来的高频信号则经RP2衰减后，经C4，R8送入反相端。

这时，耦合信号强，负反馈信号弱，高频信号的输出增大。

反之，当RP2滑臂移向右端时，高频信号需由RP2衰减后经C4，R8送入运放反相端，反馈信号则直接由C4，R8反馈至运放反相端。

这时，耦合信号弱，负反馈信号强，高频信号输出小。

同理，RP1的滑臂移至左端时，低频输出增大，移向右端时，低频输出减小。

2.2.3音量控制电路。