有源音箱设计报告

有
源
音
箱
设
计
学院：移动通信与软件学院 班级：电信产品班
学生：任杰（原理图）
彭婷婷（PCB制作） 郑波（软件仿真）
1
有源音箱设计（论文）开题报告
设计（论文）题目 有源音箱的设计
一、选题的背景和意义：
音乐是生活的一部分，音箱又是提高音乐享受的必要工具音箱的成本低，价格极易被接受，独立的外置功放的机壳应该具备足够的机械强度并有良好的屏蔽性，有源音箱的功放设置在音箱内部，比功放要少一套机壳，成本得以大幅降低。

而且有源音箱连接简单，使用方便。

人对音速浓厚的兴趣，故而希望将此因素运用到毕业设计中，带给更多的人美的享受。

二、课题研究的主要内容：
1. 有源音箱组成；
2. 集成功率放大器的原理；
3. 集成前置放大器的原理；
4、集成稳压电源的原理；
5. 电路的装配和调试。

三、主要研究（设计）方法论述：
1. 采用集成电路的设计；
2. 采用集成电路设计集成前置放大器电路；
3. 采用集成电路设计集成功率放大器电路；
4. 集成稳压电源的设计。

二、主要技术指标：
1.电源电压：AC220V50Hz；
2.频响范围：90Hz—20KHz；
3.负载阻抗：8Ω；
4.最大不失真输出总功率：15W。

摘 要
有源音箱主要由功放组件和电源变压器组成。

功放组件主要是前置放大器和功率放大器组成，前置放大器主要负责信号的电压放大、音量控制、多路音源的切换、音调调整以及阻抗匹配等功能，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出，电源变压器则为功放组件提供电能。

通过对集成前置放大器，集成功率放大器的设计和集成稳压电源的设计完成有源音箱的设计。

关键词：前置放大器；功率放大器；电源
第1章 前言
1.1 本设计的意义
有源音箱实际上就是功放机与音箱的结合体。

咱们过去在市场上见到的家庭影院组合，是把功放机与音箱分开的，而有源音箱就是把功放机放在了音箱里。

在多媒体应用丰富的今天，一套多媒体音箱基本上是每一套系统中的标准配置。

而大多数用户往往会忽视这方面的选择，为什么会存在这种现象呢？消费者一般存在两个极端的心态:1,本身对音频系统表现就没有过高要求,只要能发声就行了,装机商人送的音箱就能满足他们；2,本身对音频质量有着一定水准的要求,对电脑这方面能力不报什么希望,所以也就迁就了。

其实这些消费者对于有源多媒体音箱还是存在某些误解的,随着国内多媒体音箱产业在不断竞争中发展，也涌现出不少好产品,其实只要你明白自己需要什么,还是能有产品能满足你的需求的。

1.2有源音箱的认识
有源音箱（Active Speaker）又称为“主动式音箱”。

通常是指带有功率放大器的音箱，如多媒体电脑音箱、有源超低音箱，以及一些新型的家庭影院有源音箱等。

有源音箱由于内置了功放电路，使用者不必考虑与放大器匹配的问题，同时也便于用较低电平的音频信号直接驱动。

有源音箱是指在音箱内部装有自配功放的一类音箱。

这些功 放是专门用于推动音箱内的喇叭，由于进行了专门的匹配设计，所以这些功放都能较好地用于推动音箱内的喇叭，从而让使用者不需再去考虑 功放的功率有多大以及阻抗是否匹配等问题。

另外，由于在音箱内还装 有在放大器的前边便进行分频的电子分频器以及每台功放仅仅负责放大 一段频率的声频信号，所以放大器的效率往往可以做得高些，失真也相 对可以小些。

此外，还有一些专业用内置功放电路的录音监听音箱和采用内置电子分频电路和放大器的电子分频音箱也可归入有源音箱范畴。

所谓有源音箱就是指将功放做在音箱内部，可直接与音源连接并正常工作的音箱。

一些有源音箱不仅将功放集成到音箱内，还将解码器也集成到音箱内部，可以直接接受数字信号，这就是数字有源音箱。

虽然从字面上看，有源音箱可以认为是必须插电源的音箱，但严格地说这个“源”应理解为功放，而不是指电源，
因为有不少需要插电源却仍需外部功放推动的音箱，这些音箱显然不属于有源音箱。

第2章 有源音箱的系统介绍
2. 1有源音箱的组成
有源音箱主要由功放组件和电源变压器组成。

功放组件主要是前置放大器和功率放大器组成，其功能是用来对音乐信号进行放大并实现各种操控功能，而电源变压器则为功放组件提供电能。

有源音箱组成结构（图2-1）
前置放大器 功率放大器
电源
图2-1 有源音箱组成结构
2. 2有源音箱的工作原理
从信号源得到信号经运放推动再送到后级放大推动扬声器
2. 3有源音箱的主要元件介绍
2.3.1 LM1875的介绍及其应用电路
LM1875是美国国家半导体器件公司生产的音频功放电路，该集成电路内部设有过载、过热及感性负载反向电势安全工作保护，在使用±30V电源时可以为8Ω负载提供30W的功率；当使用单电源供电时，它能为4Ω的负载提供20W 的
功率，并且只产生0.015%的失真，广泛应用于中功率音响设备，具有体积小、输出功率大及失真小等特点。

LM1875主要技术参数 (1)单双电源
(2)最大不失真功率为30W； (3)低失真输出（30W 时小于1%）； (4)开环增益90db；
(5)静态电流小于100mA； (6)最大输出电流4A； (7)最大摆幅率8V/μs；
(8)外引脚的排列及功能如图2-2
所示。

图2-2 LM1875引脚排列及功能
如图2-3所示电路是双电源时LM1875的典型应用电路。

输入信号Ui 由同
相输入端输入，R1、R2、C2构成交流电压串联负反馈。

C1
2.2uF
C20.1uF
C30.1uF
C4
0.22uF
C6100uF
C7100uF
C8
2.2uF
R10.1k
R20.2k
R30.1k
R42.2k
R52.2k
GND
GND
GND
GND
+15
-15GND
.
LM1875
11
2
2
33
4
4
5
5LM1
.
LS1
SPEAKER
输入
图2-3 LM1875构成的功率放大
图中电容C4、C6、C7、C8为电源去耦滤波，其中0.1μF 小电容主要是滤除高频噪音，R5、C4构成扬声器补偿网络，可吸收扬声器的反电动势，防止电路震荡。

2.3.2 NE5532前置放大器
1.NE5532，它是美国SIG 公司生产的低噪声前置放大集成电路，采用8端双列卧式封装结构。

具有外围元件少、结构简单、低噪声、瞬态响应好、输出阻抗低等优点。

它的引脚排列图如下：
1脚为运放输出，2脚为反相输入端，3脚为输入，4脚为负电压，5脚为另一运放同相输入，6脚反相输入，7脚输出， 8脚正电压.（图2-4）
图2-4 NE5532外部引脚排列图
2.NE5532的极限参数与电气参数
表2-1 NE5532的极限参数
参数 符号 NE5532 单位 电源电压 V cc ±22 V 差分输入电
压 V dif ±13 V 输入电压 V i
提供电压 V 功耗，T A
=25℃
PD 1100 mW 工作温度
TOPR
0~70
℃
表2-2 NE5532的电气参数
参数 符号 测试条件 最小值 标准 最大值 单位
2 3
4
5 6 7 8
1 NE5532
OUT VCC+ OUT IN- IN+
VCC - IN+
IN-
输入失调电压 V
IO - - 0.5 4.0 mv
输入失调电流 I
IO - - 10 150 nA
输入偏置电流 I
BIAS - - 200 800 nA
供电电流 I
CC - - 6.0 16 mA
输入电压范围 V
I(R)- ±12 ±13 - V
共模抑制范围 CMRR TA=25℃ 70 100 - dB 电源抑制比 PSRR TA=25℃
输出电压范围 V
O(P-P)RL≥600Ω ±12 ±13 - V
输入电阻 RI TA=25℃ 30 300 - KΩ
短路电流 I
SC - - 38 - mA
过调 OS RL=600Ω,CL=100PF - 10 20 % 电压增益 GV f=10kHz 2 2.2 - V/mv
增益带宽 GBW CL=100PF, RL=600
Ω
8 10 - MHz
转换速率 SR RL=1K,CL=100PF
RL=600Ω
- 6 8.0 V/us
输入噪声电压 en fo=30Hz
fo=1kHz
-
8.0
5.0
- nv/√Hz
第3章 有源音箱系统硬件设计
3.1稳压电源电路图的设计
直流稳压电源由电源变压器T、整流、滤波和稳压电路四部分组成，电网供给的交流电压u1(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压。

但这样的直流输出电压，还
会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。

如图3-1所示。

图3-1 直流稳压电源框图
有源音箱系统的稳压电源电路图如图3-2所示
图3-2 稳压电源图
3.2 前置放大电路的设计
NE5532构成的前置放大电路如图3-3所示
图3-3 NE5532构成的前置放大电路
上图为有源音箱前置放大电路，输出电压经R12、RP2反馈至输入端，构成电流并联负反馈，提高前置放大电路的性能，调节RP2的阻值从而改变对较低频段的放大倍数，从而起到低音调节的作用。

前级信号输入端RP1,R11,R12,C15组成一个高频补偿网络，可以改善小音量放音的效果。

第6章 结束语
有源音箱的成本低，价格极易被接受，独立的外置功放的机壳应该具备足够的机械强度并有良好的屏蔽性，有源音箱的功放设置在音箱内部，比功放要少一套机壳，成本得以大幅降低。

而且有源音箱连接简单，使用方便。

有源音箱大幅简化了音响系统的环节，因此连接简单，只需一个随身听和一对有源音箱即可构成最简单的音响系统，连线只有两根。

有源音箱做起来很简单，而且本人对这方面也感兴趣，通过这次的设计对有源音箱有了更深一步的认识。