双声道音频功放的设计

双声道音频功放的设计1引言音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。

回顾一下功率放大器的发展历程。

1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术的先河。

1927年贝尔实验室发明了负反馈技术后，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如"威廉逊"放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低，至50年代电子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。

音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。

音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音量和功率级都要理想——如实、有效且失真低。

音频范围为约20Hz～ 20kHz，因此放大器在此范围内必须有良好的频率响应(驱动频带受限的扬声器时要小一些，如低音喇叭或（高音喇叭)。

根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC音频的数瓦，再到“迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。

音频放大器的一种简单模拟实现方案是采用线性模式的晶体管，得到与输入电压成比例的输出电压。

正向电压增益通常很高(至少40dB)。

如果反馈环包含正向增益，则整个环增益也很高。

因为高环路增益能改善性能，即能抑制由正向路径的非线性引起的失真，而且通过提高电源抑制能力(PSR)来降低电源噪音，所以经常采用反馈。

高频功率放大器用于发射级的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收级可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。

按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或；宽带高频功率放大器的输出电路则是或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。

高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。

在课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。

甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。

乙类放大器电流的流通角约等于180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。

乙类和丙类都适用于大功率工作。

丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。

高频功率放大器大多工作于丙类。

但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。

由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。

除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放戊类放大。

丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100%，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。

5000-15000Ω，数值越大表示抗干扰能力越强；2、失真度：指输出信号同输入信号相比的失真程度，数值越小质量越好，一般在0.05%例，数值越大代表声音越干净。

另外，在选购功率放大器的时候还要明确自己的购买意愿，声道扬声器只能推动前后扬声器，而低音炮只能再另配功放，5声道功放就可以解决这个问题，功率放大器的输出功率也要尽量大于扬声器的额定功率。

2 设计指标及分析2.1主要技术指标1. Vi=50v。

2. P0=2*15W, RL=8Ω。

3. 失真度小于1%。

4.具有完整的电源和保护电流。

5.集成电路或分立元件设计。

6.PCB完成。

2.2性能指标分析与说明1.放大电路：（1）本设计中输入信号较小，需进行电压放大，用共射极放大电路实现。

（2）要达到功率P0需进行功率放大，用甲乙类互补对称功率放大电路。

2.保护电路：选用三极管式正负向直流电压检测保护电路。

3.电源：单相桥式整流、电容滤波电路。

本设计采用模块化设计：I.电源设计稳定直流源在几乎所以电路中不可缺少，主要给电子电路提供能量。

直流稳压电源最主要是能够输出恒定的电压，设计的一般思路是让输入电压先通过电压变压器，再通过整流网络，然后经过滤波网络，最后经过稳压网络输出。

电源采用桥式整流设计原理简介：桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。

桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。

电路中构成e2、D1、Rfz 、D3通电回路，在Rfz 上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。

电路中构成e2、D2、Rfz 、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。

如此重复下去，结果在Rfz 上便得到全波整流电压。

其波形图和全波整流波形图是一样的。

从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。

Protel 作图-系统电源 1本系统需要电压稳定的直流电源提供24V 电压，因此采用单相桥式整流电路，它分别由电源变压器，整流电路，滤波电路三部分构成。

① 电源变压：将交流电网电压变为电路要求的交流电压② 整流电路:4只整流二极管接成电桥形式，将交流变直流，满足负载电路需要。

③ 滤波电路：用于滤除整流输出电压中的纹波，并有储能功能，保证负载电流比较平滑，不会产生较大波动。

II ．放大电路的设计1.电压放大分析：对于单声道信号，P0=15W ，RL=8Ω时的直流电流直流电压 ，故电源电压取值要大于11V ，而BJT 中Vce 的耐压值为30V~40V ，综上，Vcc 取24V 。

增益Av ≈12V/50mV=240.增益Av 的设计：（1）晶体管的选择。

（2）静态工作点的选择。

V IR V 96.10==①在信号足够小时，为了降低管子的噪声，集电极静态电流不宜过大，常选 ，本设计中选 。

②在给定交流负载线的条件下，当输入是双极性波形时，静态工作点应选择在交流负载线的中央位置。

（3） 计算元件参数。

III ．功率放大用甲乙类单电源互补对称电路对功率放大，当Vi 大于一定值时T1导通，当Vi 小于一定值时T2导通，该电路带负载能力强，工作效率高，还具有克服交越失真功能。

1.R9，R10的计算：2.设流过T1，T2管的电流为2A ，3.则对于T1管4.对于T2管，取R10为1K 。

，取R9为100K ，可用一个50K 的定值电阻与一个50K 的滑动变阻器代替R9。

电容的选取：C6,C7取470uF,C12取1000uF ，其他电容取10uF 。

甲乙类双电源互补对称电路简介mA Ic 3~1=mA Ic 2=Ic甲乙类双电源互补对称电路如图5.8所示。

其中图5.8（a）所示的偏置电路是克服交越失真的一种方法。

由图可见， T3组成前置放大级(注意,图中末画出T3的偏置电路),T1和T2组成互补输出级。

静态时,在D1、D2上产生的压降为T1、 T2提供了一个适当的偏压,使之处于微导通状态。

由于电路对称，静态时i c1=i c2,i L=0, v o=0。

有信号时，由于电路工作在甲乙类, 即使v I很小(D1和D2的交流电阻也小)，基本上可线性地进行放大。

上述偏置方法的缺点是，其偏置电压不易调整。

而在图 5.8（b）中，流人T4的基极电流远小于流过 R1、 R2的电流，则由图可求出V CE4=V BE4(R1+R2)/R2，因此，利用T4管的V BE4基本为一固定值(硅管约为0.6~0.7V)，只要适当调节R1、R2的比值,就可改变T1、T2的偏压值。

这种方法，在集成电路中经常用到。

IV.扬声器保护电路Protel扬声器保护系统1如图，Q8为正向直流电压检测器，Q9，Q10为负向电压检测器。

正常时Q8基极电位为0V，Q8~Q11均截止，K2长闭触点不动。

当Q8基极电位大于等于0.7V时，Q10饱和导通，K2吸合，断开扬声器起到保护作用。

以下为本设计中的各种设计图稿系统总设计电路图1系统PCB制图1课题总结本次课题设计，我小组共有4人，分别是肖磊，李花花，尹辉，汪润南，肖磊为组长。

我组经过通力合作，互相帮助，最终顺利完成该课题的设计。

在本次设计中李花花同学细心认真，协助团队完成了资料的汇总和PPT的初步制作，表现很好，我很满意；尹辉同学为小组搜集整理本课题所需要的各种资料，表现积极，值得表扬；汪润南同学则是参与了各个环节，表现也不错。

通过本次课题的磨练，我们小组初次领会了团队合作的重要性，也了解到了理论联系实际的重要性，这次课题设计的经验对我们来说十分宝贵，他对我们在以后的学习，生活，甚至是进入工作有很多启示。