功率放大器原理与设计

音响功率放大器原理

功率放大器，顾名思义，是将“功率”放大的放大器。把微弱的信号，如话筒、VCD、CD机等送到前置放大器，放大成足以推动功率放大器的信号幅度，最后后级功率放大电路推动喇叭（或其它设备），它最大的功用，是当成“输出级””（Output Stage）使用。从另一个角度来看，它是在做大信号的电流放大，以达到功率放大的目的。

一、音响放大器的基本组成

音响放大器的基本组成框图如图1所示。各部分电路的作用如下。

图1 音响放大器的基本组成框图

前置放大器是各种音源设备（包括普通音源如CD机、调谐器、卡座、MP3播放器等，特殊音源如报警器以及各种话筒音源）和功率放大器之间的连接设备。因为如CD机、调谐器以及话筒等音源设备的输出信号电平都比较低，不能推动功率放大器正常工作，而前置放大器正是起到了信号放大的作用。音源信号在经过前置放大器的放大后，就可以直接送入功率放大器，使功率放大器能正常工作。此外，除了有信号放大作用外，前置放大器还有音质控制的作用，如通过其音调控制电路或等响控制电路，对信号的频率特性进行调节和控制，起到修饰和美化声音的作用，使功率放大器放出来的声音能满足聆听者的喜好要求。

所谓音调控制就是人为地改变信号里高、低频成分的比重，以满足听者的爱好、渲染某种气氛、达到某种效果、或补偿扬声器系统及放音场所的音响不足。这个控制过程其实并没有改变节目里各种声音的音调（频率），所谓"音调控制"只是个习惯叫法，实际上是“高、低音控制”或“音色调节”。然而，从保证信号传送质量来考虑，音调控制倒不是必须的。一个良好的音调控制电路，要有足够的高、低音调节范围，但又同时要求高、低音从最强到最弱的整个调节过程里，中音信号（通常指1000赫）不发生明显的幅度变化，以保证音量大致不变。

低频功率放大器是把从前级来的信号放大给杨声器用的，后级必须有足够的功率输出才能推动扬声器发音。

二、音调控制器

音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性，理想的控制曲线如图2中折线所示。图中，f0(等于1kHz )表示中音频率，要求增益Av0=OdB；fl1表示低音频转折〔或截止〕频率，一般为几十赫兹；fL2(等于lOfL1)表示低音频区的中音频转折频率;Fh2(等于10Fh1)

表示高音频转折频率，一般为几十千赫兹。

图2 音调控制曲线

由图可见，音调控制器只对低音颇与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持OdB不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤彼器构成。

由运算放大器构成的音调控制器，如图3所示。这种电路调节方便，元器件较少，在一般音响放大器中应用较多。下面分析该电路的工作原理。设电容在低音频区，可视为开路，在高音颁区，可视为短路。音调调节的基本原理就是调节负反馈的强弱来改变放大电路的增益。

图3 运算放大器构成的音调控制器原理图

在低音频区时，音调控制器的低频等效电路如图4所示。其中，左图为RP1的滑臂在最左端，对应于低频提升最大的情况；右图为RP2滑臂在最右端，对应于低频衰减最大的情况。分析表明，电路实际是一个一阶有源低通滤波器。

图4 音调控制器的低音频等效电路图

在高音频区时，音调控制器的高频等效电路如图5所示，左图为RP2的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大的情况；右图为RP；的滑臂在最右端时，对应于高频衰减最大的情况。分析表明，电路实际是一个一阶有源高通滤波器。

图5 音调控制器的高音频等效电路图

三、实训功率放大器原理解说

实训功率放大器的电路原理全图，请参看实训指导资料中的附录部分。

㈠前置放大电路和NE5532

图6是前置放大电路原理图。电路由NE5532的第一组运放和C310、C311、R302、R303、R304组成，其中，R303引入负反馈，实现本级增益的控制。运放采用±5V的双电源供电。

图6 前置放大电路原理图

NE5532是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如1458）相似，它具有较好的噪声性能，

优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽，其内部有两个同功能的运放。图7是运放NE5532引脚图。

图7 运放NE5532引脚图

NE5532的主要参数：

（1）小信号带宽：10MHz；

（2）输出驱动能力：600?，10V；

（3）输入噪声电压：5nV/√HZ（典型值）；

（4）DC电压增益：50000；

（5）AC电压增益：10KHz时2200；

（6）电源带宽：140KHz；

（7）转换速率：9V/μS；

（8）大电源电压范围：±3～±20V。

NE5532的极限参数：电源电压Vs：±22V；输入电压VIN：±V13电源V；差分输入电压VDIFF：±5V；工作温度范围TA： 0℃～70℃；存贮温度TSTG：-65℃～150℃；结温Tj：15 0℃；功耗（5532FE）PD：1000mW；引线温度（焊接，10S）：300℃。

㈡NE5532构成的双音调控制电路

图8是音调控制器原理图。音调控制器也可看成是第二级前置放大电路，电路由NE5532的第二组运放和C302、C303、C304、R305、R305、R307、R308、R309及电位器W201B、W202 B组成，其中，W201B实现高音调节，而W202B则对低音进行控制。

图8 NE5532构成的双音调控制电路

㈢TDA2030集成功放

图9是低频功率放大原理图。电路由TDA2030集成功放块实现音频功率放大。其中，W2 03B音量调节电位器，实现音量控制，C305是输入耦合电容，R311是TDA2030同相输入端偏置电阻。R312、R313决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益，C306起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈，静态工作点稳定性好。C312、C313为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。R314、C307消振电路，用以接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。D301、D302是保护二极管，防止输出电压峰值损坏集成块TDA2030。

图9 TDA2030集成功放