毕业设计-音频功率放大器

音频功率放大器的设计

内容提要：

本文介绍了音频功率放大器构成、功能、及工作原理等。关键词：LM1875 功率芯片音频功率放大器

Audio power amplifier Abstract:

Keywords: LM1875 power chip Audio amplifier

目录

一、音频功率放大器简介 (1)

（一）早期的晶体管功放 (1)

（二）晶体管功放的发展和互调失真 (1)

（三）功放输入级——差动与共射-共基 (3)

（四）放大器的电源与甲类放大器 (4)

（五）其他类型的放大器 (5)

二、放大器常见名词 (6)

（一）灵敏度 (6)

（二）阻尼系数 (6)

（三）反馈 (6)

（四）动态范围 (6)

（五）响应 (6)

（六）信噪比(S/N) (7)

（七）屏蔽 (7)

（八）阻抗匹配 (7)

三、音频放大器的设计 (7)

（一）设计要求： (7)

（二）设计过程 (7)

四、LM1875的简介 (16)

（一）LM1875的参数简介 (16)

（二）LM1875的工作原理： (16)

（三）LM1875的电路特点 (17)

五、电路设计 (17)

（一）典型应用电路 (17)

（三）双电源音频功率放大器PCB图 (19)

六、电路制作与调试 (20)

（一）利用PCB制作电路板 (20)

（二）装配与调试： (20)

七、电路图的绘制与制板中应注意的问题 (21)

（一）Sch原理图应注意常见问题 (21)

（二）PCB设计中应注意的问题 (22)

（三）焊盘应注意的常见问题 (23)

八、总结 (23)

参考文献 (25)

音频功率放大器的设计

一、音频功率放大器简介

在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。

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。（一）早期的晶体管功放

半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器。

早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为4kHz，大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3dB截止频率通常在10kHz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的 OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。“还是胆机规声”，这种看法的确事出有因。

（二）晶体管功放的发展和互调失真

随着半导体工艺的逐渐成熟，大电流、高耐压的晶体管品种日益增加，越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的 OCL电路或 OTL电路(图一)。最初的大功率 PNP 管是锗管，而 NPN管是硅管，两者的特性差别非常显著，电路的对称性很差，人们更多采用的是图二所示的准互补电路，通过小功率硅管 Q1与一只大功率的 NPN硅管 Q2复合，得到一只极性与PNP管类似的大功率管，降低了电路因对称性差而招至的失真。

到了六十年代末，大功率的 PNP硅管商品化的时候，互补对称电路才得到

广泛的应用。元器件的进步使晶体管功率放大器的技术指标产生了质的飞跃，在主观音质评价方面，也改变了过去人们对晶体管功放的看法，无论是在厅堂扩音、电台节目制作还是家庭重放，晶体管功放都被大量地采用，首次在数量上以压倒性的优势超过了电子管功放。在商品化的晶体管扩音机中，相继出现了一些摧琛夺目的名机，如 JBL的SA600，Marantz互补对称电路MOdel15等等。

尽管电子管的拥护者仍大量存在，人们毕竟能够比较公正地看待晶体管放大器了，认为晶体管机频响宽阔，层次细腻，与电子管机比较起来有一种独特的舱力，而不是简单的谁取代谁的问题。

瞬态互调失真的提出是认识上的一次飞跃七十年代，功率放大器的发展史中出现了一件最引人注目的事情，这就是瞬态互调失真 (Transient lntermodulation)及其测量方法的提出。1963年，芬兰 Helvar工厂的一名工程师在制作一台晶体管扩音机时，由于接线失误，使电路的负反馈量减少了，后来却意外地发现负反馈量减少后的音质非常好，客观技术指标较差，而更正错误以后的线路尽管技术指标提高了，音质反而比误接时明显下降。这一现象引起了当时同一工厂的 Mr.Otala的重视，之后，他对此进行了悉心研究，于1970年首先发表了关于晶体管功率放大器瞬态互调失真(TIM)的论文。至1971年,Otala博士及其研究小组就 TIM失真理论发表的论文已经超过20篇，引起了电声界准互补电路人士的广泛反响。

瞬态互调失真的大意是这样的：

在直接耦合的晶体管放大电路中，为了得到很小的谐波失真度和宽阔平坦的频率响应，通常对整体电路施加深达40dB一60dB的负反馈，倘若在加负反馈前放大器的开环失真为10％，那么加上40dB的负反馈后，失真即可降低至0．1％，这是电子管功效难以做到的。晶体管功放由于要施加40dB。60dB的负反馈，所以对一台增益要求为26dB 的放大器，它的开环增益就要达到66、86dB。如此高的增益之下引入深度负反馈，电路势必会产生自激振荡，因而需要进行相位补偿，一般是在推动级晶体管的集电极——基极之间接接一个小电容 C，破坏自激振荡的相位条件，形成所谓“滞后补偿”，当放大器输入端输入持续时间非常短的过渡性脉冲时，由于电容 C需要充电时间，所以推动管集电极电压要经过一段时间延迟方能达到最大值，见图四。显然，在电容 C充、放电期间，输出电压 V。将达不到应有的电压值，输入级也不可能得到应有的反馈电压 Vf，因而，在过渡脉冲通过输入级的瞬间，输入级将处于负．反馈失控状态，致使输入级严重过载，输出将严重削波(图三 a点)，引起过渡脉冲瞬时失真(图五)。如果过渡脉冲波形上还叠加有正弦信号，输出端还会得到很多输入信号频谱不存在的互调频率成份，这就是 TIM失真。

TIM失真和音乐信号也有密切关系，音量大、频率高的节目信号容易诱发 TIM失真。严重的 TIM失真反映在听感上类似高频交选失真，而较弱的 TIM失真给人以“金属声”的不快感觉，导致音质劣化。至今，音响界对于 TIM失真都还有争议，但这毕竟是人们认识的深化，它使后来放大器的设计思想发生了根本性的变化，即更加注重放大器的动