音频功率放大电路内容(新)

第一章、绪论
功率放大器的作用是给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出概率。

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

功放常见的电路形式有OTL（Output Transformer less）和OCL(Output Capacitor less)电路。

有用集成运算放大器和晶体管组成的功放，也有专用集成电路功放。

LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。

为使外围元件最少，电压增益内置为20。

但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻或电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。

输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，工作电压范围宽,4-12V or 5-18V，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW, 且外围元件少。

设计功放电路由输入级、中间级和输出级三部分组成的：输入级是由100uF的耦合电容及100
k的电位器组成的，它具有隔直、调节音量及增益的作用；
中间级是由集成运放LM386以及由R1、RV4、C2等组成的可调增益放大电路；
输出级是由低通滤波器及扬声器组成的，其中L1为高频扼流圈；
由于该电路为双声道功率放大器，所以下部分电路与上部分电路完全对称，故电路原理同上。

第二章、系统组成与工作原理
功率放大电路由前置放大器、功率放大器、以及电源部分组成。

如图1所示。

功率放大器的前臵放大器主要作用是电压放大，这部分包括音调控制，音量控制等电路。

功率放大器也叫主放大器，它可以把几十毫伏的信号电压放大到要求的功率。

电源部分的作用是把220V交流电变成低压直流电，供给各级放大电路使用。

Lm386原理与说明:
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。

为使外围元件最少，电压增益内置为20。

但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。

输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它
的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。

而我们所选用的就是方案三放大器增益为200，很适合我们这次设计的音频放大电路。

LM386集成功率发达器的引脚排列引脚图
1）LM386集成电路的引脚、功能及数据
引脚2：反相输入端；引脚3：同相输入端；引脚4：接地端；
引脚5：输出端；引脚6：工作电源引入端；引脚1与8：电压增益设定端；
引脚7与地之间串接旁路电容，旁路电容容值一般取10μF 。

2） LM386功能框图
LM386集成功放属于直接耦合的多级放大器结构，它是一个三级放大电路。

2、功放电路图如下：
如图，该电路是由输入级、中间级和输出级三部分组成的。

输入级是由100F μ的耦合电容及100Ωk 的电位器组成的，它具有隔直、调节音量及增益的作用。

中间级是由集成运放LM386以及由R1、RV4、C2等组成的放大电路。

其工作原理如下：输入信号通过C1耦合，由反相输入端输入运放，需要大增益时，将与R1相邻的开关J2闭合，集成运放5输出端经过R1反馈到反相端，形成电压并联反馈。

根据反相比例运算关系可知，当RV1滑点在中点时，放大倍数约为-50。

当RV1滑点在底端，运算放大器的输入端被短路，对低频信号来说负反馈增强，增益下降，反之亦然。

同时滑动RV1时还可调节输入电压，当RV1滑点在底端时，输入电压为零，此时增益也最小；当RV1滑点在顶端时，输入电压为输入音频交流电压，且此时增益也最大。

（此时应调节RV4使运放固有增益最大，约为200）
当仅需要小增益时，将与R1相邻的开关断开，靠运放固有放大增益放大，在LM386的1脚和8脚之间有一只外接可变电阻和电容，可调节可变电阻将电压增益调为任意值，直至—200（反向放大）。

同时滑动RV1还可调节输入电压，当RV1滑点在底端时，输入电压为零，音量也为零；当RV1滑点在顶端时，输入电压为输入音频交流电压。

输出级是由低通滤波器及扬声器组成的，其中L1为高频扼流圈。

当高频噪声被L1扼制，通过R2及C5流入地线。

低音频信号通过L1、C6后，流经扬声器放出音乐。

由于该电路为双声道功率放大器，所以下部分电路与上部分电路完全对称，故电路原理同上。

第三章、单元电路的设计与分析
1、输入级
如图，100F μ的耦合电容及100Ωk 的电位器起隔直、调节音量及增益的作用。

对于音频信号300~3.4KHz ，100F μ的耦合电容阻抗为0.47~5.2Ω.
2、中间级
集成运放LM386以及由R1、RV4、C2等组成的放大电路。

输入信号通过C1耦合，由反相输入端输入运放，当与R1相邻的开关闭合时，集成运放5输出端经过R1反馈到反相端，形成电压并联反馈。

根据反相比例运算关系可知，当RV1滑臂在中点时，如果放大倍数约为-50，则505K R1-=Ω
-，可知R1约为250Ωk ，根据市场上电阻阻值有240Ωk 和270Ωk ，同时为保证50的增益，故选择270Ωk 。

当与R1相邻的开关J2断开时，在LM386的1脚和8脚之间有一只外接可变电阻和电容，可调节可变电阻将电压增益调为任意值，直至—200。

根据LM386的资料，当1脚和8脚之间什么都不接，放大增益为-20，当1脚和8脚之间接10F μ的电容，放大增益为-200，当1脚和8脚之间有一只外接可变电阻和电容，可调节可变电阻将电压增益调为任意值，直至—200。

2、输出级
由低通滤波器及扬声器组成。

其中L1为高频扼流圈。

对于音频信号300~3.4KHz，1.0mH 的线圈阻抗为1.9~21.3Ω，对于100KHz高频噪声，1.0mH的线圈阻抗约为630Ω，故可选1.0mH的线圈作为高频扼流圈。

当高频噪声被L1扼制，通过R2后及C5流入地线。

300~3.4KHz的低音频信号通过L1、R2后，C5的阻抗约为0.99~11Ω
k，故只能流经C6，后经过扬声器放出音乐。

另外C6起隔直和耦合的作用：隔断直流电压，因为直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈，同时耦合音频的交流信号。

3、电源
电源由6V的直流电源供电，此直流电源由220V交流电源经变压器输出6V的直流电压。

开关可控制电源连接和断开。

另外电源并接220F
μ和10nF的电容，两个电容器可滤去变压器提供的直流电源中的纹波，使供给运放的6V电压保持恒定。

第四章、元器件明细表
第五章、设计的难点和可能出现的问题
设计的难点在于使用两种增益对音频信号就行放大，当需要小增益时，可断开反馈电阻上的开关J2、J3（与R3相邻的开关），用LM386本身的放大增益进行放大，若需要大增益放大时，将LM386增益调至最大，同时将J2、J3闭合，滑动音量调节钮即可大范围调节输入电压及增益。

第二个难点在于输出级，用高频扼流圈阻止高频信号通过，流入地线。

可能出现噪声问题：尽管LM386的应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。

因此需要注意以下几点：
1、在PCB设计时，所有外围元件尽可能靠近LM386。

2、同时地线尽可能粗一些；输入音频信号通路尽可能平
行走线，输出亦如此。

3、另外选好调节音量的电位器也可以降噪，质量要稍微
好点的，阻值10K 最合适，太大也会影响音质。

4、需要加装第7脚（BYPASS）的旁路电容。

实际应用时，
BYPASS端必须外接一个电解电容到地，起滤除噪声的
作用。

工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的
一半。

在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压
的瞬间跳变所致，因此增大这个电容的容值，可减缓
直流基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。

第六章、出现的问题及解决方案
1、调节不管用，经老师知道后知道是可变电阻悬空未接地，重新接地后，问题解决，音量大小调节很正常。

2、焊工要提高，布线有些飞线，得到经验后明白布线要横直适宜。

3、在输出接口以及电源接口上有待提高，插接不是很方便。

第七章、预期达到的性能指标
①输出功率:
在8Ω负载上输出每路不少于0.5W的不失真功率，其相对应的音乐功率为1W。

②频率响应
频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器的频响范围应不底于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。

国际规定一般音频功放的频率范围是40-16 kHz ±1.5dB。

第八章、课程设计的感受
经过这次课程设计，体验到了电子设计的快乐，当功放出现清晰的音乐后很有成就感，对于万能板的使用多了一些经验，在以后的设计上打下了基础，整个过程收获很大。

参考文献
1、《模拟电路及技术基础》，主编孙肖子，西安电子科技大学出版社，2008年1月出版。

2、LM386音频功放电路/。