音频功率放大器

2.2 设计思想
音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。 前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行 放大，得到后一级所需要的输入。后一级的主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而 得到需要的音频。设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当安排，确定各级的增 益分配，然后对各级电路进行具体的设计。
Ui Ui
经过前级运放的放大，由 Av’= =
=40，可以得到 Ui=400mv。于是我们得到了下
Ui0 10mv
一级功率放大电路的输入电压。
2、2、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。
2
2 需求分析
2.1 设计任务及要求
2.1.1 设计任务
采用运算放大集成电路和功率放大集成电路设计音频功率放大器
2.1.2 设计要求
直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，要求： ① 3dB 通频带：20Hz～20kHz ② 放大倍数：≥40dB ③ 输入阻抗：≥10kΩ ④ 输出功率：5W / 8Ω负载
音频功率放大器
摘要
这次的模拟电路课程设计题目为音频功率放大器，简称音频功放，音频功率放大器主要 用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放，比如手机、 MP4 播放器、 笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享受。
我主要采用了两种方法对其进行了分析和设计，一种利用了 LM386 集成芯片对其进行 放大输出，另一种是利用二极管进行偏置的互补对称电路，即分立元件进行设计放大。期间 遇到了不少问题，不过好在在老师的指导，同学的帮助下终于成功调试成功，听到了悦耳的 嗡嗡声，设计题目也算比较圆满的完成了。
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20hz 的测试波形
20khz 的测试波形
3.2 工作原理
图 3-4 功率放大总电路图
音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。 其原理如图 3-1 所示，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的 音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。后一级的主要对音频进行功率放大， 使其能够驱动电阻而得到需要的音频。设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当
3.1 方案论证
总体设计思路框图：
图 3-1 方案框图 9
3.1.1 前置放大电路图
图 3-2 前置放大电路
此部分基本能实现预订功能 ，结果如下： 20hz 的测试波形
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20khz 的测试波形
3.1.2 功率放大电路图
图 3-3 功率放大电路
此部分 RC 低阶滤波效果不是很好，实际测量的时候在上限截止频率的时候有点失真， 说明低阶滤波的衰减比较大，这里的设计有待改进，测试结果如下：
3
2、1、2 功率放大器的设计
由于实验室实验仪器的限制及要求，我们的第一种方案选用了 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 200，即把 LM386 的运放调节电路两端短路。
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安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。
Po max =5W,输出电压 U = Po max RL =6-7V，要使输入为 10mv 的信号放大到输出
的 6-7V，所需的总放大倍数为 600-700>100。
4 电路详细设计 4.1 前置放大电路分析
图 4-1 前置放大电路 此电路简洁方便实现前置放大，放大倍数由 R2 和 R1 的比值确定。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。 工作电压±22V,差分电压±30V,输入电压±18V,允许功耗 500mW.其管脚与 OP07（超低失调精 密运放）完全一样，所以选择此芯片完全能实现要求 。
U0
由 Av= =200
Ui
所以 U0=8V
U02 64V
进而得出 P0= = =8W > 5W
RL 8Ω
。
4
其中 C1=220uf，C2=0.1uf，C3=10uf，C4=0.1uf，R3=4.7K Ω ,RL=8 Ω . U0
Av=
Ui
实验用电路图
其
中
C1=220uf
，
C2=0.1uf
，
C3=10uf
3、1、3 方案的最终确定
1 Ucc2 122
最大不失真输出的功率：P0max= *
= =9W;
2 RL 2 *8
每支晶体管的最大允许管耗 Pcm>0.2Pom=1.8W;
Ucc 12
最大集电极电流 Icm> = =1.2A;
RL 8
反向击穿电压 |Ueco|>2Ucc=24v。 通过对第一种方案的分析可以看出它的设计是符合以上功率放大电路的各种要求的。再 结合以上的各种评论，我们有充足的理由选择第一种方案。
，
C4=0.1uf,R1=2K Ω ,R2=100K Ω ,R3=4.7K Ω ,RL=8 Ω .
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2、2 第二种设计方案：
2、2、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 ua741 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=390KΩ,R1=10KΩ,所用电源 Vcc=+12V， Vee=-12V。
1.1 引言
伴随着科学技术的迅速发展，人们生活水平的不断提高，对音频功率放大器的要求越来 越高。音频是多媒体中的一种重要媒体。人能够听见的音频信号的频率范围大约是 60Hz-20kHz 其中语音大约分布在 300Hz-4kHz 之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布 的。
如何通过分析仪器让音频功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒的课题，声音经 过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，再经数字化成数字音频，音频分析就是以数字音频 信号为分析对象以数字信号处理的各种理论为分析手段，提取信号在时域，频域内一系列特 性的过程。
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
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U0 2
压 U0：4v~12v，由 P0=
得到 P0：2w~18w 符合 P0>2w 的要求。
RL
2、2、3 实验用电路图
在设计的过程中，首先对自己的设计思路有个整体的认识，即对音频功率放大器的原 理了解，在查阅了很多资料，以及对实验器材有了初步了解以后，利用课本及一些资料上所 描述的同相放大电路和甲乙类互补对称功率放大电路的基本知识，通过对两种方法的对比评 析确定了下面的课程设计。
本文设计了音频功率放大器，采用了分立元器件制作功率放大器且利用 Protel 99SE 软 件设计完成原理图 。本系统有匹配对称三极管完成前置放大级和功率放大级最后将音频小 信号转变成大信号的功能。通过对所设计的音频功率放大器进行实验测试，达到了最大输出 功率、放大倍数、失真度等技术指标。具有最大输出功率稳定，工作效率较高，频率响应失 真较小，把小信号转变成大信号功能的分立元件功率放大器。基本达到了任务书的要求。
1.3 本课题的目的
功率放大器是机电一体化产品中不可缺少的部分，也是其最基本的部分。功率放大器发 展至今，有许多种类和应用，在工业方面，有数控机床的电机驱动，有应用于新型磁轴承开 关，也有在电力电子控制技术种的应用。在通讯方面，有几百毫瓦的蜂窝电话发射机、有基 站几十瓦的功率放大器、也有上千瓦的电视信号发射机。但所有的功率放大器，其设计所遵 循的基本规律几乎是相同的。而它的设计包含了电子电路技术、模拟控制理论、测试技术以 及实现智能化的单片机控制技术等。因此以电子管音频功率放大器设计制作作为载体。实现 兴趣与理论实践相结合，使整个设计过程不枯燥无味，从而既实现了对功率放大器的理论学 习，又进行一次高性能智能型产品设计。同时，通过实际设计与制作，进一步发挥和巩固四 年来所学的知识，在实践中锻炼自己，在锻炼中提高自己专业水平。
Po max =5W ,倍放大倍数：≥40dB,即总放大倍数大于 100 倍。
2 设计方案
2、1 第一种设计方案：
2、1、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 ua741。 前置放大电路是由 ua741 放大器组成的一级放大电路，放大倍数 ，即 1+R2/R1，取 R2=100KΩ电位器,R1=2KΩ,所用电源 Vcc=+12V，Vee=-12V。经过前级运放的放大， 放大 倍数由 R2 可调。
3、1、2 第二种方案的评述
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第二种方案在某些情况下也可以达到实验要求，但是有其不可避免的缺点以及不合 理性，下面对其作出评析：○1 对于三极管 T1 来说，它的放大倍数是不确定的，这就导致 了输出功率的不确定，直接导致了第二种方案有可能不能够满足课程设计的要求。
从第二种方案的设计我们可以得到：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 是 3DG6 三
鉴于音频分析仪价格高、适用范围窄等特点，本文应用了目前流行的基于 LabVIEW 的 虚拟仪器技术软件平台，结合高性能的 PCI－6024E 数据采集卡来完成各种测试。