武汉理工功放模电课设

1 绪论

功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。音频放大器的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。音频频率范围约为20 Hz～20 kHz，因此放大器必须在此频率范围内具有良好的频率响应。本设计中要求设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度小于5mV，负载电阻等于8Ω的条件下最大输出不失真效率>60﹪，功率放大器的频带宽度20 Hz～20 kHz在最大输出功率下非线性失真系数小于60%。

本设计报告首先对音频功率放大器进行了简单的介绍，选择放大电路的设计方案。选择好合理的方案后对电路的基本构成进行了分析，设计出电路图并且分析该电路，按照课程设计任务书对参数进行分析计算使电路的参数满足设计要求。并且通过multisim软件设计出电路图，并对所设计电路工作原理进行分析。利用multisim软件对所设计的电路进行模拟瞬态波形分析，频率分析等，对multisim进行了一定的简介。最后焊接出实物和到实验室进行调试。写出相关总结和心得体会。

2 音频功率放大器

2.1 音频功放的性能指标

音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高。非线性失真尽可能小。功放的性能指标参数如下：

（一）灵敏度

对放大器来说，灵敏度一般指达到额定输出功率或电压时输入端所加信号的电压大小，因此也称为输入灵敏度；对音箱来说，灵敏度是指给音箱施加1W的输入功率, 在喇叭正前方1米远处能产生多少分贝的声压值。

（二）阻尼系数

负载阻抗与放大器输出阻抗之比。使用负反的晶体管放大器输出阻抗极低，仅零点几欧姆甚至更小，所以阻尼系数可达数十到数百。

（三）反馈

也称为回授，一种将输出信号的一部分或全部回送到放大器的输入端以改变电路放大倍数的技术。

负反馈

导致放大倍数减小的反馈称为负反馈。负反馈虽然使放大倍数蒙受损失，但能够有效地拓宽频响，减小失真，因此应用极为广泛。

正反馈

使放大倍数增大的反馈称为正反馈。正反馈的作用与负反馈刚好相反，因此使用时应当小心谨慎。

（四）动态范围

信号最强的部分与最微弱部分之间的电平差.对器材来说,动态范围表示这件器材对强弱信号的兼顾处理能力。

（五）响应

频率响应

简称频响，衡量一件器材对高、中、低各频段信号均匀再现的能力。对器材频响的要求有两方面，一是范围尽量宽，即能够重播的频率下限尽量低，上限尽量高；二是频率范围内各点的响应尽量平坦，避免出现过大的波动。

瞬态响应

器材对音乐中突发信号的跟随能力。瞬态响应好的器材应当是信号一来就立即响应，信号一停就嘎然而止，决不拖泥带水。

（六）信噪比(S/N)

又称为讯噪比，信号的有用成份与杂音的强弱对比，常常用分贝数表示。设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。

（七）屏蔽

在电子装置或导线的外面覆盖易于传导电磁波的材料，以防止外来电磁杂波对有用信号产生干扰的技术。

（八）阻抗匹配

一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子设备互连来说，例如信号源连放大器，前级连后级，只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上，就可认为阻抗匹配良好；对于放大器连接音箱来说，电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱，而晶体管放大器则无此限制，可以接任何阻抗的音箱。

2.2 音频功放的特点

音频功率放大器的特点：

㈠、输出功率足够大——为获得足够大的输出功率，功放管的电压和电流变化范围应很大。

㈡、效率要高——功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。

㈢、非线性失真要小——功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区，造成输出波形的非线性失真，因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。

2.3 功放的分类和选择

目前常用的功放电路有OTL，OCL，BTL等。而工作方式又有甲类，乙类，甲乙类。供选择的方案较多，因此根据设计要求加以比较选择。

2.3.1 OTL电路

OTL 作为一种功放电路，有着很广泛的应用，在进行电路设计时也考虑到了它单电源供电的优点，但考虑到电路的设计要求，并且系统的阻抗仅8欧，若使用电容耦合势必对频带的宽度造成影响，故放弃此方案。

2.3.2 厚膜块集成电路

随着集成化的日益普及，高质量低价位的功放厚膜块电路也可供选择，如LM3886，7DA2009A ，UPC1225H 等，但考虑到对所学知识的应用，若使用集成则电路将过于简单，因此放弃。

2.3.3 OCL 电路

采用OCL 电路双电源供电，即克服了OTL 电路的频宽问题，又不至使电路过于简单，此电路具有频响高，保真度高，功率特性好且易于集成化。

2.3.4 BTL 电路

BTL 桥式推挽电路的输出级与扬声器间采用电桥式的联接方式，主要解决OCL 、OTL 功放效率虽高，但电源利用率不高的问题。与OCL 和OTL 功放相比，在相同的工作电压和相同的负载条件下，BTL 是它们输出功率的3至4倍．故选择该方案。

3组成电路的分析与相关参数的确定

图3.1 设计电路框图

音量控制 电路 功率放大 电路

前置放大

电路

3.1 前置放大电路

3.1.1 主要元件介绍

前置放大采用LM324集成功放两级放大。LM324系列由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，其中专为从单电源供电的电压范围经营。从分裂电源的操作也有可能和低电源电流消耗是独立的电源电压的幅度。其主要参数如下：

放大器数目:4

带宽:1.2MHz

工作温度范围:0°C to +70°C

电源电压最大:32V 最小:3V

输入偏移电压最大:7mV

运放特点:高增益频率补偿运算

额定电源电压, +:15V

图3.1.1 LM324封装图