音频功率放大电路设计(附仿真)

南昌大学实验报告

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实验类型：□验证□综合□设计□创新 实验日期： 实验成绩：

音频功率放大电路设计

一、设计任务

设计一小功率音频放大电路并进行仿真。

二、设计要求

已知条件：电源9±V 或12±V ；输入音频电压峰值为5mV ；8Ω/0.5W 扬声器；集成运算放大器（TL084）；三极管（9012、9013）；二极管（IN4148）；电阻、电容若干

基本性能指标：P o ≥200mW （输出信号基本不失真）；负载阻抗R L ＝8Ω；截止频率f L ＝300Hz ，f H ＝3400Hz

扩展性能指标：P o ≥1W （功率管自选）

三、设计方案

音频功率放大电路基本组成框图如下：

话音放大器滤波器功率放大器话筒输出

扬声器

音频功放组成框图

由于话筒的输出信号一般只有5mV 左右，通过话音放大器不失真地放大声音信号，其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗；滤波器用来滤除语音频带以外的干扰信号；功率放大器在输出信号失真尽可能小的前提下，给负载R L （扬声器）提供一定的输出功率。

应根据设计要求，合理分配各级电路的增益，功率计算应采用有效值。基于运放TL084构建话音放大器与宽带滤波器，频率要求详见基本性能指标。功率放大器可采用使用最广泛的OTL （Output Transformerless ）功率放大电路和OCL （Output Capacitorless ）功率放大电路，两者均采用甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好，在实际电

路中得到了广泛的应用。

对于负载来说，OTL电路和OCL电路都是射极跟随器，且为双向跟随，它们利用射极跟随器的优点——低输出阻抗，提高了功放电路的带负载能力，这也正是输出级所必需的。由于射极跟随器的电压增益接近且小于1，所以，在OTL电路和OCL电路的输入端必须设有推动级，且为甲类工作状态，要求其能够送出完整的输出电压；又因为射极跟随器的电流增益很大，所以，它的功率增益也很大，这就同时要求推动级能够送出一定的电流。推动级可以采用晶体管共射电路，也可以采用集成运算放大电路，请自行查阅相关资料。

在Multisim软件仿真时，用峰值电压为5mV的正弦波信号代替话筒输出的语音信号；用性能相当的三极管替代9012和9013；用8 电阻替代扬声器。由于三极管（9012、9013）最大功率为500mW，要特别注意工作中三极管的功耗，过大会烧毁三极管，最好不超过400mW。如制作实物，因扬声器呈感性，易引起高频自激，在扬声器旁并入一容性网络（几十欧姆电阻串联100nF电容）可使等效负载呈阻性，改善负载为扬声器时的高频特性。

四、电路仿真与分析

黄色为输入信号，蓝色为输出信号。输出信号峰峰值放大，且波形基本不失真。输出阻抗用8Ω电阻替代，输出功率为236mW>200mW

幅频特性图：频率范围大致在300~3400Hz

电路前一部分为宽带放大电路，将300~3400Hz 的信号放大，而范围外的进行减弱；后一部分为集成运放与晶体管组成的功放，电压增益为Av=Vo/Vi 。

五、计算 （1）话音放大器

前置放大器应采用低噪声电路。前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。

取Rf=19k ，R1=1k ，则Auf=20

（2）滤波器（音调控制电路）

采用的是高、低音分别可调的音调控制电路。负反馈式音调控制电路的噪音和失真较小，并且在调节音调时，其转折频率保持固定不变，而特性曲线的斜率却随之改变。

R24是高音调节，R21是低音调节。C8是音频信号输入耦合电容，C5、C6是低音提升、衰减电容，一般C5=C6；C7是高音提升和衰减电容，要求C7<

fl1一般为几十赫兹，且fl2=10*fl1;fh2一般为几十千赫兹，且fh2=10*fh1；

R21=R24=9*R20；R20=R23=R25；C5=C6； FL=300Hz,FH=3400Hz ；

根据设计要求的放大倍数和各点的转折频率大小，确定出音调控制器电路的电阻、电容大小。 取C1=C8=10uF

取R21=R24=470K ，则R20=R23=R25=54K ；

由于fL1=0.1fL=30Hz,得C5=C6=0.01uF ；

1

2212121

21C R f C R f L P L ππ==

fH1=10fH=34000Hz,得R3=15K,C3=300nF ；

（3）功率放大器

功率放大器采用OTL 功率放大电路和OCL 功率放大电路组成的甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好。

运放构成负反馈放大器，提供电压增益。

11R R A P V -

=

R7支路提供合适的静态工作点，一般1~3mA 。

T1~T4构成两组复合管，T3、T4 选取大功率管，从而可以提供较大的负载电流输出。

电阻R14、R15一般阻值很小。

喇叭有电感性质，会影响输出的阻抗特性，在输出并接一条RC 支路，使输出的频率特性更好。

运放741电源处接有RC 去耦电路，以滤除因功率管工作电流大而造成的电源电压的波动。

电路的下限频率取决于耦合电容，一般取值较大；上限频率频率取决于元件（运放、三极管等）的频率特性，以及外接电阻、电容的大小。

共射极电路的上限频率比较高。

18

201

3608.1226.13123

212

≈≈≈=≈=

≈=≈=⇒=V V V V V V V iPP

OPP

V O OPP L O O L O O A A A A A A A V V A V V V V

R P V R V P 取

总谐波

失真0.002%；负载功率P o=235.788mW