音响放大器的设计分析

电子技术（综合）课程设计

题目名称：音响放大器的设计

班级：电气1302班

学号：

姓名：

指导教师：吴建国

日期：2015.6.27

音响放大器的设计

1. 设计任务和要求：

(1) 具有对话筒与录音机输出信号进行扩音、音调控制、卡拉OK 伴唱等功能。 (2) 主要技术指标：额定功率O W P ≥1（γ<3%）；负载阻抗L 8R =Ω；截止频率

L 40f z =H ，H k 10f z =H ；音调控制特性：k 1z H 处增益为0dB ；z H 100处和k 10z H 处有12±dB 的调节范围；VL LH 20A A =≥dB ；话筒放大级输入灵敏度mV 5；录音机的输出信号电压为mV 100；输入阻抗i 20R >>Ω。（为了保证设计内容的多样性，技术指标部分可另取值）。

(3) 主要器件：CC V =+9V ；话筒（低阻20Ω）电子混响模块一个；集成功放LA4102一只；集成运放LM324一只（或μA741 3只）；W 8/2Ω负载电阻L R 一只；W 8/4Ω扬声器一只。

题目分析或内容摘要：

这个音响放大器的设计过程为：首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前级逐级计算。只需给定电子混响器电路模块，需要设计的电路为话筒放大器，混合前置放大器，音调控制器及功率放大器。根据题意要求，输入信号为5mV 时输出功率的最大值为lW ，

因此电路系统的总电压增益∑u

A =L PoP

／Ui=566(55dB)，由于实际电路中会有损耗，故取∑u

A =600(55·6dB)，各级增益分配如图4所示。功放级增益4u A 由集成功放块决定，取4u A =100(40dB)，音调控制级在fo=lkHz 时，增益应为1(0dB)，但实际电路有可能产生衰减，取3u A =0.8 (一2dB)。话放级与混合级一般采用运算放大器，但会受到增益带宽积的限制，各级增益不宜太大，取1u A =7．5(17．5dB)，2u A =l(OdB)。

2. 设计方案

甲类放大器作为一种最古老，效率最低，最耗电，最笨重，最耗资，失真最小的放大器

输入音 频信号

前置放大级电路

共射-共基电路

共射-共基电路

恒压源电路

推动级

反馈电路

至末级 功放

沃尔漫电路

它有吸引人的音质。甲类放大器输出电路本身具有抵消奇次谐波失真，且甲类放大器管子始终工作在线性曲线内，晶体管自始自终处于导通状态。因此，不存在开关失真和交越失真等问题。甲类放大器始终保持大电流的工作状态。所以对猝发性声音瞬间升降能迅速反映。因而输出功率发生急剧变化时，电源电流变化微乎其微。由这种强大的驱动者来推动扬声器就能轻而易举的获得高保真的重放效果。为了能得到好的音质,在设计时,我采用了前后级分离。前置低放和末级功放完全分离,甚至分开供电。电路的方框图如图1所示。

3 电路组态与频响的关系

经过一期的学习，我们学了各种放大电路及其组合形式。由于所选器件和组合形式的不同，不可避免地要造成诸如输入阻抗、频响、失真、信噪比等方面性能的指标差异，并且最终以音质方面的差异体现出来。

3.1 组态与频响的关系

选择电路时，我们希望其频响应尽量平坦宽阔，在整个音频范围内平衡度好。电路的转换速率和失真也相对低。通过第五章的学习，我们了解到晶体管C be、Ccb和C o的反馈或分流效应，造成输入、输出信号中的高频分量减少，其中以Ccb的影响最大。高频信号经该电容反馈主生的“密勒效应”，相当于在放大器输出端并接了一个容量等于Cm(密勒电容)的电容。Cm和Ccb的关系是：

Cm=(1+Kv)C cb （1）

可以认为C m是影响放大器高频响应的主要因素。而耦合电容的容抗主要影响放大器低频频响。这些因素与电路组态有关。

3.2 共射-共基差分的频响

3.2.1 共射-共基电路

通过学习我们知道共基放大器由于基极交流接地，集

电极电容Ccb的反馈条件被破坏，Ccb转化为C O（共基接地时晶体管的输出电容）。其影响比Cm自然小得多，而集电极与发射极之间的寄生电容基电路有很好的高频响应。在音频放大电路中，共一般极小，管子内部反馈的影响也小得多。所以共基电路不单独作用，而是与共射或场效应管共源放大器直接耦合组成共射-共基或共源-共基放大器。共射-共基差分电路如

T1T2

R3

1.5k

R5

1.5k

R P1

1k

V

C

C

Ui

Vb

OUT

T3

T4

图2 共射-共基差分电路

T1

C

2

2

4

T2

C2240

Q2

K170

Q1

K170

R3

1.5k

R5

1.5k

V

C

C

Vb

OUT

图2所示。

这种放大器取两种放大器之长而避其短，不仅有很好的高频响应和较高的增益，而且使共射管有恒定的UCE 。因T1有很高的输出阻抗，T3有很低的输入阻抗，所以T3可将T1的电流变化转化成电压的变化。如图2示，这就为T1提供了恒定的UCE 。U CE 恒定，可明显改善T1的β值线性度，避免了上下半周放大量不一致而导致的失真。所以共射-共基电路是一款性能优良的放大器。 3.2.2 共源-共基电路

众所周知，场效应管具有输入阻抗高，动态范围大，噪声系数小且与工作电流基本无关的特点。所以由场效应管和三极管组成的共源-共基差放电路在现代高保真放大器中应用更为广泛。共源-共基差放电路3所示。 3.3 互补对称放大器的失真

互补对称放大器是用不同极性的放大器件（N 型或P 型）构成的高保真放大器中最常用的放大器。其结构有互补对称双管放大器和互补对称差分放大器两种。信号由不同极性的器件分别放大后在其输出端合成。由于它们工作在对称放大状态，具有类似差分的特性抵消失真中的偶次谐波，获得较低的失真度。鉴于此，我在这里用了沃尔漫电路。形式如图4所示。 共射-共基电路有诸多优点，在信噪比方面的表现也不逊色。

4 功放优化设计

4.1 DC 化无大环路负反馈功放电路

为消除非线性失真和抑制零飘，一般晶体管功放

的输出端与输入级之间加有大环路负反馈。

研究表明，由于功放输出端信号会因为晶体管极间电容的充电过程而被延迟，使输出信号相位滞后于输入信号。加环路负反馈后产生TIM 失真。虽然晶体管的极间电容很小，相移的影响主要表现在高频段。但对波形前沿很陡的音频信号仍然

产生明显的影响。要避免TIM 失真，减少电路相移量的方法为治本之策。

在功放电路中，输出级晶体管的极间电容最大，可达几百皮法上千皮法。若使反馈环路避开输出级，反馈信号的相移将会明显减少。TIM 失真也可明显改善。于是设计时可将

T1C 2240T2C 2240

T4

A 970T3A 970Q 2K 170

Q 1K 170Q 3

J 77Q 4

J 77

R 1

1k R 2

100k

R 31.5k

R 420k

R 51.5k

R 611k

R 711k R 81.5k

R 920k

R 101.5k

R P 1

1k

I N

C1

R11

-VCC

+VCC

o ut

o ut

o ut o ut

图4 沃尔漫电路