音频功率放大器设计方案与制作

..

毕业设计论文课题名称：音频小信号功率放大电路设计与制作

学生欧

学号0501100219

学院<系）机械与电子工程学院

专业应用电子技术

班级10应电<2）班

指导教师明芳

起讫时间：2018年11月14日～2018年01月06日

音频小信号功率放大电路设计与制作

摘要

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。本设计主要描述了音频功率放大器的设计思路，硬件电路的调试过程及测试结果。本设计采用OTL功率放大电路用于音频信号的放大，是本电路设计的重要组成部分。OTL功放电路由于它不需要变压器就减少了体积和信号的失真。本设计主要由前级电路和功率放大电路两部分组成，前级电路用于音频信号的一级放大，功率放大电路用于音频信号的二级放大，保证信号有足够的功率可以从扬声器输出。

关键词：OTL功率放大电路；前级电路；音频功率放大器；音频信号

目录摘要I

第1章绪论1

1.1 引言1

1.2 音频功率放大器的发展3

1.3 本课题设计意义4

第2章系统总体设计方案6

2.1 设计要求6

2.1.1 设计依据6

2.1.2 基本要求6

2.2 设计思路6

2.3 整体框图7

2.4 方案比较与论证8

2.4.1 方案一8

2.4.2 方案二10

2.4.3 方案三14

第3章单元电路设计17

3.1 前级放大电路的设计17

3.1.1 负反馈的概念17

3.1.2 负反馈对放大电路的影响19

3.1.3 前级放大电路对负反馈的应用20

3.2 功率放大电路的设计21

3.2.1 OTL电路的概念21

3.2.2 OTL功率放大电路的工作原理22

3.2.3 OTL电路的主要性能指标23

3.2.4 复合管的概念24

3.2.5 复合管在本设计中的应用26

3.3 总电路的设计26

第4章硬件电路的制作与调试29

4.1 硬件设计29

4.2 系统调试主要测量仪器30

4.3 系统调试30

4.4 误差分析31

第5章结论33

参考文献35

致36

附件1 元器件清单38

附件2 硬件电路板错误!未定义书签。

第1章绪论

1.1 引言

随着社会和技术的不断发展，音频功率放大器已经达到一个成熟的阶段。音频功率放大器简称音频功放，它主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放，比如手机、MP4播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等，给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享受。

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压>是原先的β倍的大信号，这现象称为三极管的放大作用。经过不断的电流放大，就完成了功率放大。

常见的功率放大器工作方式有以下几种：A类放大器的主要特点是：放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近，晶体管在输入信号的整个周期均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性围，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25%，且有较大的非线性失真。由于效率比较低现在设计基本上不在再使用。

B类放大器的主要特点是：放大器的静态点在(VCC，0>处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波：所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%>，但是因放大器有一段工作在非线性区域，故其缺点是"交越失真"较大。即当信号在-0.6V~ 0.6V之间时，Q1 Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

AB类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真有效率较高，晶体管功耗较小的特点。

D类(数字音频功率>放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM<脉冲宽度调制>或PDM(脉冲密度调制>的脉冲信号,然后用PWM 或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。具有效率高的突出优点。

T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同，功率晶体管也是工作在开关状态，效率和D类功率放大器相当。

音频功率放大器的出现让我们的生活充满了活力与色彩，它是音响技术领域无法或缺的一部分。有了它，把我们带进了电子产品的有声世界。

1.2 音频功率放大器的发展

回顾一下功率放大器的发展历程，对我们广大音响爱好者来说也许是一件饶有趣味的事情。音频功率放大器的应用主要是音响技术领域。

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。

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。由于电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。

60年代晶体管的出现，使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的音响天地。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态围等特点。

在60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员—集成电路。到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。

70年代的中期，日本生产出第一只场效应功率管。由于场效应功率管同时具有电子管纯厚、甜美的音色，以及动态围达90dB、THD<0.01%<100kHz时）的特点，很快在音响界流行。现今的许多放大器中都采用了场效应管作为末级输出。