音频功率放大器的设计与制作

电子技术课程设计报告设计课题：音频功率放大器的设计与制作拔河游戏机的设计与制作模电部分音频功率放大器的设计与制作一、设计任务与要求1）话筒放大器和前置放大器由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ（也有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等），所以话筒放大器的作用是不失真的放大声音信号（最高频率达到20kHz）。

其输入阻抗应远大于输出阻抗。

前置放大器要求失真小、通频带宽。

2）电子混响器电子混响器的作用是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。

该部分电路有专用电路可以选用，不作设计要求。

3）音调控制器音调控制器的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，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。

这部分参考电路较多，要求通过仿真进行选取，并进行必要的计算。

4）功率放大器功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。

当负载一定时，希望输出的功率尽可能的大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。

功率放大器的常见电路形式有单电源供电的OTL电路和正负双电源供电的OCL电路。

有专用集成电路功率放大器芯片。

可采用由集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器，要求进行必要的计算和计算机仿真。

设计参数①放大器的失真度<1%。

②放大器的功率>1W。

③放大器的频响为50Hz—20kHz。

④音调控制特性为自选。

（3）设计要求1）调研，查找并收集资料。

2）总体设计，画出框图。

3）单元电路设计。

4）电气原理设计---绘制原理图。

5）参数计算——列元器件明细表。

6）用EWB对设计电路进行仿真实验，并给出仿真结果及关键点的波形。

7）撰写设计说明书。

8）参考资料目录。

二、方案设计与论证2.1 音响模块流图图2－1电路整体框图话音放大器：话音放大器的作用是不失真地放大音频信号。

电子混响器：电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。

混合前置放大器：混合前置放大器的作用是将音乐信号和电子混响后的声音信号混合放大。

音调控制器：音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性。

功率放大器：功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL提供一定的输出功率电路方案的比较与论证2.2话音放大电路的比较与论证方案一：采用uA741运算放大器设计电路，uA741通用高增益运算通用放大器，早些年最常用的运放之一。

应用非常广泛，双列直插8脚或圆筒8脚封装。

工做电压±22V，差分电压±30V，输入电压±18V，允许功耗500mW。

方案二：采用LM324通用四运算放大器，双列直插8脚封装，它内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端，Vi-（-）为反相输入端，表示运放，输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

方案选取：uA741是通用的放大器，性能不是很好，满足一般要求，而LM324四运算放大器具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，本设计放大倍数不高，LM324能达到f=10KHz的频响要求，故选用LM324四运放大器。

2.3 音量控制器的设计由于话筒信号可以相应的进行大小调节即在输入的时候就可调节，所以在此不做设计2.4音频功率放大电路的比较与论证方案一：采用SL34集成功率放大器，SL34是低电压集成音频功效，功耗低、失真小，工作电压为6V，8Ω负载时，输出功率在300mW以上。

主要用于收音机记其他功放。

方案二：LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机中。

LM386电源电压4--12V，音频功率0.5W。

LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽泛，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。

他的典型输入阻抗为50K。

方案三：TDA2030芯片外接元件非常少，输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)，采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度，开机冲击极小，内含各种保护电路，因此工作安全可靠。

主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。

DA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。

无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。

方案选取：本课题要求音响放大器的输入功率在5W以上，然而LM386达不到这种功率，故选用TDA2030.频率响应最低到最高为50Hz到20kHz；二点电源供电音频功率放大器已经达到所需要的指标。

并且他较少的元件组成单声道音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等特点，而BTL电路虽然也具有以上的功能，但制作复杂，不利于维修。

2.5混响部分的处理对输出结果没有多大的影响。

所以就省去不做。

三、单元电路设计与参数计算3.1话音放大器由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20K亦有低输出阻抗的话筒如（20欧，200欧等），所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号（最高频率达到10KHz）。

其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。

图3-1 话音放大器放大倍数：160/20=8倍电路图中A1组成同向放大器，具有很高的输出阻抗，能与高阻话筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数Av=1+R12/R11=8.5倍（18.5dB），与仿真结果相似。

四运放LM324的频带虽然很窄（增益为1时，带宽为1MHz）,但这里放大倍数不高，故能达到fH=10kHzd的频响要求。

3.2电子混响器电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，是声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。

在“卡拉OK”伴唱机中，都带有电子混响器，如下图，其中集成电路BBD称为模拟延时器，其内部有由场效应管构成的多级电子开关和高精度存储器。

在外加时钟脉冲作用下，这些电子开关不断地接通和断开，对输入信号进行取样、保持并向后级传递，从而使BBD的输出信号相对于输入信号延迟了一段时间。

BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延迟时间越长。

BBD配有专用时钟电路，如MN3102时钟电路与MN3200系列的BBD配套。

电子混响器的实验电路如图，其中两级二阶低通滤波器（MFB）A1、A2滤去4kHz(语音)以上的高频成分，反相器A3用于隔离混响器的输出与输入间的相互影响。

RP1 调节混响器的输入电压，RP2调节MN3207的平衡输出以减小失真，RP3调节时钟频率，RP4控制混响器的输出电压。

途中MN3207与MN3102各引脚的电压如下：引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 MN3207的电压 0.0 3.2 0.0 5.6 6.0 3.2 2.6 2.6MN3102的电压 6.0 3.2 0.0 3.2 3.2 3.2 2.8 2.6图3-2 电子混响器3.3混合前置放大器混合前置放大器的作用是将音乐信号和电子混向后的声音信号混合放大，其电路如下图。

这是一个反相加法器电路，输出与输入电压间的关系为V0= -{（Rf/R1）*V1+(Rf/R2)*V2}式中，V1为话筒放大器输出电压，V2为放音机输出电压。

图3-3 混合前置放大器上述电路由运放A2组成，这是一个反向加法器电路。

3.4音调控制器音调调控器的基本知识音调又称声音的高度，音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。

对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。

音调调控器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性，分别调整音域的超低音、低音、高音，进行自由调节、装饰、美化，从而使你享受到音乐调味师的乐趣。

运用此功能，可根据个人的品位将音乐的低频（大多指80Hz以下）的频率，提升到最大，你可以感觉到动人的超重低音雄浑厚实、强性十足；将音乐的高频（大多指10KHz以上）的频率，提升到最大，你可以感觉到高音清脆动人，亮丽硬朗。

音调控制器一般由高通和低通滤波器构成。

如下图图3-4-1音调控制器下面分析一下其工作原理：1.当f在低频段时：电容C3可以视为开路，其电路可以等效为图4-4-2图3-4-2 低频段等效电路图当RP1的滑臂在最左端时，对应的电路图如图3-4-3(a)所示，对应于低频提升最大的情况；当RP1的滑臂在最右端时，对应的电路图如图3-4-3(b)所示，对应于低频衰减最大的情况。

根据集成运算放大器的相关的知识可以对图3-4-3的频率特性进行分析，分析表明(a)所示的电路是一个一介有源低通滤波器，其增益函数的表达式为：A=(jω)=V o/V i=-[(R p1+R2)/R1]*[(1+jω/ω2)/(1+jω/ω1)]图3-4-3 等效电路式中ω1=1/( R p1C2)ω2=( R p1+R2)/ ( R p1R2C2)当f<f L1时，若C2可视为开路，R4的影响可以忽略，运算放大器的反向输入端视为虚地，此时电压增益：A VL=(R p1+R2)/R1当f=f L1时，若选择f L2=10f L1A V1= A VL/2此时电压增益相对A VL下降3dB。

在f= f L2时A v2=0.14 A VL此时电压增益相对A VL下降17dB。

同理可以得出(b)所示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。

2.当f在高频段时:电容C1、C2可以视为短路，电路可以等效为图3-4-4(a)，R4与R1、R2组成星形连接，将其转换成三角连接后的电路如图3-4-4(b)所示。

电阻的关系式为：R a=R1+R4+(R1R4/R2)R b=R4+R2+(R4R2/R1)R c=R1+R2+(R2R1/R4)若取R1=R2=R4，则：R a=R b=R c=3R1=3R2=3R4图3-4-4 音调调控器的高频等效电路图3-4-4的高频等效电路如图4-4-5所示，当RP2的滑臂在最左端时，对应的电路图如图3-4-5(a)所示，对应于高频提升最大的情况；当RP2的滑臂在最右端时，对应的电路图如图3-4-5(b)所示，对应于高频衰减最大的情况。

分析表明(a)或(b)表示的电路为一介有源高通滤波器，其增益函数的表达式为：图3-4-5 滑臂在最左端、最右端的高频提升等效电路A=(jω)=V o/V i=-（R b/R a）*[(1+jω/ω3)/(1+jω/ω4)]式中：ω3=1/[(R a+R3)C3]ω4=1/(R3C3)显然，f H1<f H2，若选择10f H1＝f H2，与低频分析的方法相同，可得f<f H1时，C3视为开路，此时中频区电压增益A V0=1(0dB)f=f H1时,A V3=2A V0，此时电压增益A V3相对于A V0提升了3dB。