53扩音机的设计

5．3扩音机的设计

扩音机不仅仅是音响设备，这类放大器还广泛用于控制系统和测量系统中。本课题介绍了一种具有收音、拾音、话筒等输入的功率扩音机的设计。通过完成本课题，要求掌握音响电路的前置级，音调级，集成分立元件功放的设计与主要性能参数的测试方法，并掌握小型电子电路的装调技术。 一、扩音机电路的原理

扩音机一般由下列三级组成： 前置放大级，可兼作频率均衡级； 音调控制级，作高低音调调节用；

功率输出级，输出足够的功率以推动负载工作。

Ui1:话筒输入Ui2:收音输入Ui3:拾音输入

5-3-1扩音机框图

功率放大极决定了整机的输出功率P o ,非线性失真系数γ,以及-3dB 带宽的下限频率.功放级可采用负反馈以改善其性能.负反馈弱,增益大,但对性能改善程度也差;负反馈强,则反之.通常根据输出功率增益的大小来决定负反馈的深度.

音调控制级决定了整机的音调控制功能，该级电压增益不是主要的,一般取中频增益A o =1(也便于电路设计计算).但需要考虑电路中的损耗,实际略小.

前置放大级决定了整机的灵敏度.因此应有足够大的增益,并且能适应不同输入. 整机参考图见图5-3-2

E c +30V

R 100R 100

R 10k R 10k

(一) 功率放大级

图5-3-2电路中的功放级为分立元件、准互补推挽式OTL 电路,也可用3.8节集成功放电路代替.下面仅就分立元件功放电路做介绍.电路中T 5和T 7组成NPN 复合管,由单电源V CC 供电,输出通过耦合电容C 5接到负载,C 5起一个0.5V CC 电源的作用,T 4和R 9、R 10组成恒压偏置电路,为末级提供一定的直流偏置以消除交越失真,R 13和R 15为泄

放电阻,R 14为平衡电阻.

推动级是由T 3构成的共发射级放大器,其集电极直流负载电阻为R 11+R 12；C 4、R 12为自举电路,使T 3集电极的交流负载为R 15或R 16.当然应有R 15或R 16≥ (R 11+R 12),以使本级能输出最大电压.

输入级是由T 1,T 2组成的共发射极组态差动放大器. R 8引入直流负反馈,以稳定输出端A 点的直流电压.

R 8、R 7、C 3引入交流负反馈,以改善整个电路的性能,同时也决定了整个电路的电压增益.

C*为密勒电容补偿,以清除高频自激.

若已知负载R L ,功率P o ，-3dB 带宽为f L ~f H ，则分立元件功放的设计计算为： 1、 确定电源电压Vcc

因为负载电压最大值为L o LM R P 2U =

，则应有Vcc ≥2U LM ，应充分考虑到

T 7和T 8上的管压降及其射击电阻R 16，R 17上的压降，Vcc 可取大些。 2、 准互补推挽电路的计算

负载电流最大值为I LM = U LM /R L ，推挽管的平均电流Ic=0.319Icm ，根据3.8节原理，可确定功放管。

射击电阻R 16，R 17一般取（0.05~0.1）R L ，输出耦合电容C 5应满足f L 的要求，即应有C 5≥1/2πf L R L 。

R 13,R 15为泄放电阻,一般取R 13=R 15=(5~10)R 17 R 14为使R i5=R i6,因此有R 14=R 13//R 17 I cm5=I cm6=(1.1~1.5) I LM /hfe7

T 5,T 6的输出功率为P o56=0.5ULM I cm5 由上式确定激励级T 5，T 6中功率三极管。 3、推动级

由激励级可推出推动级I CQ3 的大小，（R 11+R 12）为T 3集电极的直流负载，因而有（R 11+R 12）=0.5Vcc/I CQ3 C 4为自举电容

4、输入级

输入级有T 1，T 2差分放大电路组成，电路设计可参考基本放大器及差分放大器设计的有关章节。

整个功放电路中的交流反馈为电压串联负反馈，反馈系数为F=R 7/（R 7+R 8） 设为深度负反馈，则闭环电压增益为787uf R )R R (F

1

A +== （二）音调控制级

音调控制级的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，控制曲线如图5-3-3所示。

f/Hz

Au/dB

10

20

-20

-10

图5-3-3 音调控制曲线

fo=1KHZ —— 中音频率，要求增益A uo =0dB f 1——低音转折频率，一般为几十赫兹

f 2=10f 1 ——中音频转折频率 由激励级可推出推动级I CQ3 的大小，（R 11+R 12）为T 3

集电极的直流负载，因而有（R 11+R 12）=0.5Vcc/I CQ3 f3 ——中音频转折频率

f4=10f3——高音频转折频率，一般为几十千赫兹

由图可见，音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。所以音调控制级的电路由低通滤波器和高通滤波器共同组成。常见电路有专用集成电路，如五段音调均衡器LA3600，外接发光二极管频段显示器后，可以看到各个频段的增益提升与衰减变化。在高中档收录机，汽车音响等设备中广泛应用。也有用运算放大器构成的音调控制电路，如图5-3-4所示。这种电路调节方便，元器件较少，在一般收录机、音响放大器中应用较多。

U i

R w1

U 0

图 5-3-4 音调控制电路

设电容C 7=C 8>>C 9，在中低音频区，C 9可视为开路，在中高音频区，C 7、C 8可视为短路。 当f

1

2

8110/1/1)(ωωωωωj j R R R u u j A W i o ++∙+-==

5-3-1

式中，)R C (11W 81=ω 或

81W C R 211f π=

5-3-2

8101W 2W 1W 2C R R )R R (+=ω

或 8101W 2W 1W 2C R R 2)R R (f π+=

5-3-3

当频率较低（f ≤f1）时，电容C 8近似为开路，此时的增益为

8101W L R )R R (A +=

5-3-4

当f 升高时，C 8容抗减小。当f 接近中频(f ≥f2)时，C 8近似为短路，此时的增益为

810uo R R A =

假设要求中频增益A uo =1(0dB)，在100Hz 处有±12dB 的调节范围。因为低频提升曲线在f1~f2的频率范围内，随f 的增加，A u 以-6dB/倍频降低，因此可算得f 2=400Hz 。 由5-3-2，5-3-3式可写出

UL 10

10

1W 12A R R R f f =+= 5-3-5

低频最大提升量A uL 一般取为10倍，因而得

Hz 40A f f UL 21==

5-3-6

R 8,R 10,R w 通常取几k Ω~几百k Ω,阻值过大，运放漂移电流的影响将不可忽视；阻值太小，流过它们的电流将超出运放的输出能力；