语音放大器电路设计

摘要设计一个对弱的语音信号具有放大能力的放大器电路，其规格如下：1） 输入信号源为话筒舒服，幅度大小为0~5mV.2） 最大输出公里为8W 。

3） 负载阻抗为8Ω4） 频带宽度 BW=80~6000Hz 。

5） 非线性失真系≤3%（在BW 内满功率下）。

6） 设计具有音调控制功能。

在1KHz 为0dB ；在100HZHE 10kHz 处又±12dB的调节范围。

通过多级放大的方法进行设计和对各级的放大倍数调整，从而得到一个可以消除噪声影响的语音放大系统，要求效率高，对原声的失真程度小，输出的功率大。

语音放大器可以把一些弱小的声音信号进行放大，达到能够清晰辨认其内容。

目录一、语音放大器的方案设计 (4)二、单元电路的设计 (5)2.1——前置放大级的 (5)2.2——音调控制器设计设计 (6)2.2.1——低频工作时原件参数计算 (7)2.2.1.1——低频提升 (9)2.2.1.2——低频衰减 (10)2.2.2——高频工作时的原件计算 (11)2.2.2.1——高频提升 (13)2.2.2.2——高频衰减 (14)2.3——功率输出级的设计 (14)2.3.1—确定电源电压 (16)2.3.2——功率输出级的设计 (16)2.3.2.1——输出晶体管的选择 (16)2.3.2.2——复合管的选择 (17)2.3.2.3——电阻17R `R12的估算 (17)2.3.2.4——确定偏置电路 (17)2.3.2.5——反馈电阻 1314R R 、的决定 (18)三、语音放大器设计电路的总电路图 (19)四、 设计结论 (20)语音放大器的设计语音放大器实际是一个典型的多级放大器，其原理框图如图1示。

前置级主要完成对小信号的放大。

一般要求输入阻抗要高，输出阻抗低，频带宽度要宽，噪声要小。

音调控制级主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减。

功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大，先根据技术指标要求，对整机电路作适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计计算。

−−→−−→−−→−−→前置音调功率扩音器放大控制放大图1 语音放大器方框图因为P 0max =8W 。

所以此时的输出电压：V 0=8V 。

要使输入为5mV 的信号放大到8V 的输出，所需要的总放大倍数为： 081600(5V i V V A V mV===倍） 语音放大器中各级增益分配为：前置级电压放大倍数为80；音调控制级中频电压放大倍数为1；功率放大级电压放大倍数为20.二、单元电路设计1、前置放大级由于信号源提供的信号非常微弱，故一般在音调控制器前面要加一级前置放大级。

该前置放大器的下限频率要小于音调控制器的低音转折频率，前置放大器的上线频率要大于音调控制器的高音转折频率。

前置放大器采用集成运算放大器电路，具体电路机构如图2所示。

考虑到对噪声、频率响应的要求，运算放大器选用LF353双运放，该运放是场效应管输入型高速低噪声集成器件。

其输入阻抗高，输入偏置电路仅有50×1210-A ，噪声电压为16μ，单位增益频率为4MHz ，转换速率为13s V μ，用作音频前置放大器十分理想。

图2 前置放大器电路图前置级由LF353组成两级放大器完成。

第一级放大器的110V A =,即1+32R R =10,取2R =10 K Ω, 3R = 100K Ω.取2V A =10(考虑增益余量)，同样5R =10 K Ω，6R =100 K Ω。

电阻1R 、4R 为放大电路的偏置电阻，取1R =4R =100 K Ω。

耦合电容1C 、2C 取10 F μ，4C 、5C 取100 F μ，以保证扩音器的低频响应。

2、音调控制器设计音调控制器的功能是根据需要按一定的规律控制、调节音响放大器的频率响应，达到美化音色目的。

一般音调控制器只对低音和高音信号的增益进行提升或衰减，而中音信号不变。

音频控制器的电路结构有多种形式，常用的典型电路结构如图3所示该电路的音调控制曲线（即频率响应）如图4.图中给出了相应的转折频率：1f L —低音转折频率。

2f L —中音下限频率。

0f —中音频率（即中心频率），要求电路对此频率信号没有衰减和提升作用。

1f H —中音上限频率。

2f H 高音转折频率。

图3 音调控制器电路结构图图4 音调控制器频率响应曲线音调控制器的设计主要是根据要求的不同的转折频率，选择电位器、电阻及电容值。

（一）、低频工作时原件参数计算音频控制器工作在低音频时（即f ＜2f L ）,由于 电容5C ＜＜6C =7C ，故在低频时5C 可看成开路，音调控制电路此时可简化为图5所示的电路。

图5（a ）为电位器1W R 中间抽头处在最左端，对应于低频提升最大的情况。

图5（b ）为电位器2W R 中间抽头处在最右端，对应于低频衰减最大的情况。

下面分别讨论：（a ） 低频提升（b ）低频衰减图5音频控制器在低音段时的简化电路○1低频提升 由图5（a ）可求出低频提升电路的频率响应函数为： 01012i 81j 1(j =j 1W L L V R R A V R ωωωωω++=-•+）式中：1L ω=711W C R ,2L ω=1107110()W W W R R C R R +.上式的幅频响应曲线如图6所示。

当频率远远小于1f L 时，电容7C 近似开路，此时的增益为：图6 低频提升电路的幅特性1108W L R R A R +=当频率升高时，7C 的容抗减少，当频率远远大于2f L 时，7C 近似短路，此时的增益：1008R A R =在1f L ＜f ＜2f L 的频率范围内，电压增益衰减率为-20d 10B 倍频，亦即-6d B 倍频。

本设计要求中频增益0A =1(0dB)，在100Hz 处有±12dB 的调节范围。

故当增益为0dB 时，对应的转折频为400Hz 。

该频率即是中音下限频率22f f 40z 10L L H ==。

○2低频衰减在低频衰减电路中，如图5（b ）。

若取电容6C =7C ，则当频率f ≤1f L 时，电容6C 近似开路，此时电路增益：10081W R A R R =+.当频率f ≥2f L 时，电容6C 近似短路此时电路增益为：1008R A R =。

可见低频端最大衰减倍数为110（-20dB ）。

（二） 、高频工作时的原件计算音调控制器在高频端工作时电容6C 、7C 近似开路，此时音频控制器电路可简化成为图7所示电路。

由于电阻8R 、9R 、10R 为星形连接，为便于分析，可将它们转换成三角形连接，转换后的电路如图8。

因为8R =9R =10R ，所以a R =b R =c R =38R 。

由于c R 跨接在电路输入端和输出端之间， 对控制电路无影响，故可将它忽略不计。

图7 音调控制器高频段工作时的简化电路图8 图7的等效图当2W R 中间抽头处于最左端时，此时高频提升最大，等效电路如图9（a ）所示。

当2W R 中间抽头处于最右端时，此时高频衰减最大，等效电路如图9（b ）所示。

（a ）高频提升电路（a ） 高频衰减电路图9 音调控制器的高频等效电路 ○1高频提升 由图9（a ）知：该电路是一典型的高通滤波器，其增益函数为：0b 1i a 2j 1=j H H V R A V R ωωωω+=-•其中1H ω=a 1151)R R C +（,2H ω=1151R C 。

按照低频端的分析方法，可画出高频端的幅频特性曲线，如图10所示图10 高频提升电路的幅频特性当f ≤1f H 时，电容5C 可近似开路，此时的增益为0A =b aR R =1（中频增益）。

当f ≥2f H 时，电容5C 近似为短路，此时电压增益为H A =1111()b a a R R R R R +*. 当12f f H H f ≤≤时电压增益按20d B 倍频的斜率增加。

本设计任务要求中频增益0A =1，在10kHz 处有±12dB 的调节范围。

所以求得：1f H =2.5kHz 。

又因为112111a H H H R R A R ωω+==，高频最大提升量H A 一般也取10倍，所以2f H =H A ；1f H =25kHz 。

由1111a H R R A R +=得：11R =(1)a H R A -=17k Ω，取11R =18k Ω。

由2H ω=1151R C 得：52111354()(2f )H C pF R π==，取5C =330pF 。

高音调节电位器2W R 的阻值与1W R 相同，取2W R =470k Ω。

○2 高频衰减 在高频衰减等效电路中，由于a R =b R ，其余元件值也相同，所以高频衰减的转折频率与高频提升的转折频率相同。

高频最大衰减为110（即-20dB ）3、功率输出级设计功率输出级电路结构有许多种形式，选分立元件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可。

为了巩固在模拟电子技术基础中所学的基础知识，这里选用集成运算放大器组成的典型OCL功率放大器，其电路如图11图11 功率放大器电路（一）、确定电源电压cc V为了使功率放大器达到设计输出功率8W 的要求，同时又保证电路安全可靠的工作，电路的最大输出功率应比实际设计指标大些，一般取0m P =（1.5~2）0P 。

根据：20012m m L U P R =•所以0m U =考虑到输出功率管T2、T4的饱和压降和发射极电阻8R 、9R 的压降，电源电压常取 cc V =（1.2~1.5）0m U将已知参数带入上式，电源电压选取：±18V 。

（二） 、功率输出级设计（1）、 输出晶体管的选择。

输出功率管T2、T4选择同类型的PNP 型大功率管。

其承载的最大反向电压max CE U ≈2cc V ，每管的最大集电极电流max 212()cc C LV I A R R =≈+。

每管的最大集成电极功耗为：max 00.2 1.6()C P P W ≈=.所以，在选择功率三极管时，除应使两管的β值尽量对称外，其极限参数应满足系列关系：()max max2BR CEO cc CM C CM C U V I I P P ⎧⎪⎨⎪⎩根据上式关系，选择功率三极管为：3DD01 （2）、复合管的选择。

T1、T3分别与T2、T4组成复合管，它们承受的最大电压均为2cc V ，考虑到18R 、20R 的分流作用和晶体管的损耗，晶体管T1、T3的集电极最大电流近似为：2maxmax 2(1.1~1.5)C C I I β=晶体管T1、T3的集电极最大功耗近似为：2maxmax 2(1.1~1.5)C C P P β=实际选择T1、T3的参数要大于其最大值。