小功率音频放大器课设..

一．设计任务

1.1设计要求

（1）采用运算放大集成电路和功率放大集成电路完成小功率音频放大器的设计。要求输入信号幅度：V p-p ＝10～50mV ，放大器增益0～40dB 可调，放大器带宽100Hz ～10kHz ，有效输出功率1～2W ，输出阻抗8～16Ω。 （2）巩固和加深对电路CAD 课程的理解，培养我们运用电路CAD 技术去独立完成一个实际课题的能力。培养针对课题需要，查阅文献资料的能力，学会独立思考、深入钻研和分析解决问题的方法。

（3）使我们熟练掌握电路仿真软件EWB 的使用方法，对一般的模拟电路和数字电路进行分析和仿真；熟练掌握电路设计软件Protel 的使用方法，能正确绘制电原理图和电路板图。

1.2 功率放大器的基本原理

音频功率放大器就是对较小音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出前置放大主要完成对小信号的电压放大，使得到后一级所需要的输入。后一级主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻得到需要的音频。根据技术指标需要设计时确定合适的分配。Pomax=2W,输出电压U= U =

L R Po max =4V ，要使输入为10mV 的号放大到输出的4V ，需要的总放大

倍数为400。总体设计框图如图2—1所示：

图1—1

音频功率放大器各级增益的分配，前级电路电压放大倍数为4；音频功放的电压放大倍数为100。

二．音频功率放大器简介

在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不

同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。

音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。

2.1 早期的晶体管功放

半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器。

早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为4kHz，大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3dB截止频率通常在10kHz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的 OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。“还是胆机规声”，这种看法的确事出有因。

三．方案选择

3.1 前端放大器的设计

由于话筒提供的信号非常弱，要在音调控制级前加一个前置放大器。考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器LF353。

前置放大电路是由LF353放大器组成的一级放大电路，放大倍数为4，即1+R2/R1=4，取R2=30KΩ,R1=10KΩ,所用电源Vcc=+12V，Vee=-12V。如图3—1所示：

图3—1

经过前级运放的放大，由Av ’=

0Ui Ui =mv

10Ui =4，可以得到Ui=40mv 。于是我们得到了下一级功率放大电路的输入电压，即为Ui=40mv

3.2 功率放大器的设计

该方案选用了LM386型单片集成功率放大电路，其主要特点是：上升随率高、瞬态互调失真小；输出功率比较大；外围电路简单，使用方便；体积小；内含各种保护电路，工作安全可靠。

我们选择功率运放电路的增益为100，即把A386的运放调节电路两端短路。如图3—2所示:

由 Av=

Ui

U =100 ; 所以 U0=4V; 进而得出 P0=RL U02=

816V

=2W

图3—2

其中C1=220uf ，C2=0.1uf ，C3=10uf ，C4=0.1uf ，R3=4.7K Ω,RL=8Ω.

3.3 第二种设计方案：

（1）前端放大器的设置

在前端放大器设计中设计方案与设计一相同，即由LF353放大器组成的一级放大电路，不过将放大倍数设置为40，即1+R2/R1=40，取R2=390K Ω,R1=10K Ω,所用电源Vcc=+12V ，Vee=-12V 。

经过前级运放的放大，由Av ’=0Ui Ui =mv

10Ui

=40，可以得到Ui=400mv 。于是

我们得到了下一级功率放大电路的输入电压。

（2）功率放大器的设计

这一部分的功率放大电路选用了分立元器件组成的功率放大器，其结构就是集成功率放大器的的内部结构，其特点就是对于电路结构了解的清晰明了，更好的掌握电路。缺点就是复杂，难理解，使用起来非常不方便，而且容易损坏器件。 由前级放大得到的电路得到了输入电压Ui=400mv ，然后输入功率放大器，其中的T1又对信号的电压进行放大，T1选择3DG6三极管，它的放大倍数10~30，

可以得到电压U0：4v~12v ，由P0=RL

U02得到P0;1w~2w 符合P0>2w 的要求。如图

3—3所示

图3—3

3.4 最终方案选择

通过对两种方案的比较可以看出，第一种方案是比较好的方案，按照第一种方案不仅可以达到课程设计所要达到的要求，结果比较准确，受外界干扰较小，而且第一种方案的实现非常的简单，电路容易理解，实验容易进行，能够尽少的减小实验的成本，而且这种方案的主要器件有自我保护的措施，能够更好的保护实验器件，减少不必要的损失。然而第二种方案的电路图比较复杂，连接比较困难，理解也是比较困难的，所以这种方案在最终确定的时候是被舍弃了。

四．电路原理图设计

利用protel 99绘制电原理图，注意合理摆放，不能出现漏线，错线情况，也不能重叠现象。绘制完后要创建网络表保存下来。

电原理图如图4—1所示：