音频功率放大器实验报告Word格式文档下载.docx

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二、实验任务与要求

1、设计

（1）设计一音频功率放大器，使其达到如下主要技术指标：

负载阻抗：

额定功率：

带宽：

音调控制：

低音：

高音：

失真度：

输入灵敏度：

噪声功率：

（2）设计满足以上设计要求的稳压电源。

2、在AltiumDesigner中画出原理图,并进行PCB板的编辑与设计。

3、根据给定的功率放大器的原理图（三），做如下工作：

（1）分析计算晶体管前置放大器的直流工作电压、电流、输入电阻、输出电阻、各级放大器的交流增益。

（2）分析音调控制电路的工作原理，计算4个极端情况下的交流增益。

（3）安装实验电路板

（4）调试和测试实验电路的增益、频响特性曲线、输入电阻和输出电阻、以及改变某

P.2

实验名称：

音频功率放大器的设计、安装和调试姓名：

陈肖苇学号：

3140104580_

些电路参数后的性能测试（电路图中括号内的数字）。

（5）分析实验数据，并与理论计算值比较，讨论二者之间的误差和产生误差的原因。

三、实验原理和实验方案设计

作为音频放大器的音源部分，其输出电平既有高至数百毫伏（如调谐器：

50~500mV，线路输出：

100~500mV），也有低至1mV（如话筒：

1~5mV），相差达几百倍。

音频放大器就是要把这些不同大小的音源放大后驱动喇叭，发出同等强度的声音。

因此，根据不同音源

的需要，可以画出音频放大器的原理框图，如图1所示。

图1音频功率放大器框图

1、各部分电路电压增益的确定

根据额定输出功率和负载，可求得输出电压为：

所以整机中频电压增益为：

通常前置级产生的噪声对整个系统的影响最大，因此前置级的增益不宜太高，一般选取该级增益为：

对音调控制电路无中频增益要求，一般选为：

P.3

因此，功放输出级电压增益应满足下式要求：

对于话筒放大器，话筒输出约为5mV，而音源线路输出约为100mV，因此，话筒放大器的电压增益应为：

。

确定，，，。

2、功放电源电压的确定

为保证电路安全可靠工作，通常电路的最大输出功率比额定输出功率要大一些，一般取。

最大输出电压，峰峰值。

考虑到功率管的饱和压降和串联电阻，电源电压必须大于输出峰-峰值电压。

使用双电源，则为±

12~14V。

3、话筒放大器的设计

话筒放大器电路图与给出图三相同，采用共射极放大电路放大，射极跟随器输出。

图2话筒放大电路

3.1、的确定

电路的噪声系数与晶体管的工作点有关，晶体管的选择应考虑噪声系数，9014型晶体管一般取几百微安。

P.4

这里取900微安。

3.2、的选择

一般选取，

3.3、、的选取

，。

=5KΩ，==2.5KΩ

3.4的确定

增益Ω

3.5、的确定

一般选取几百欧姆至几千欧姆，

取为5.1K，为3.3uF。

3.6补偿电容的选择

为防止高频自激之用，一般取几十至几百pF。

取为270pF。

3.7耦合电容

，这里取2.2uF。

3.8的选择

的取值应与话筒的输出阻抗相当。

由图知为18K。

3.9、为反馈电路，这里==20K。

隔直，为2.2uF。

P.5

4、音调控制部分的设计

4.1选择电路形式及其工作原理

常用的音调控制电路有三种：

一是衰减式RC音调控制电路，其调节范围较宽，但容易产生失真；

另一种是反馈型音调控制电路，其调节范围小一些，失真也小；

第三种为图示式频率均衡电路，其电路复杂，多用于高级收录机和音响设备中。

为使电路简单，信号失真小，本实验采用反馈型音调控制电路。

电路形式为一反相放大器，输入阻抗为，反馈阻抗为，其增益为。

当信号频率不同时，，也不同，从而增益随信号频率的改变而改变。

电路图如图所示。

图3音调控制电路

其中C28、C29较大，当低频时起作用，高频时可看作短路。

C13、C14较小，低频时刻看作开路。

所以在低频时，C13、C14看作开路，又因为，运放的开环增益很大，输入阻抗很高，因此R17的影响可忽略不计。

运放增益。

P.6

分析极端情况，滑动变阻器滑到左端，，增益最大，滑动变阻器滑到右端，，增益最小，可以看出滑动变阻器从左滑到右，增益由大变小，在中间时为1，因此R15在低频时实现了低音的提升和衰减。

在高频时C28、C29看作短路，分析电路可得到与低频时相同的规律，高音的最大衰减量为，最大提升量为。

4.2设计

①确定转折频率，电路的带宽在50~15KHz之间

②确定滑动变阻器数值。

因为运放的输入阻抗很高，一般，所以R15，R28选用100kΩ的线性电位器。

③

④

⑤C30为综合电容，与运放增益有关，会影响到音调控制的高频截止频率，这里C30为10pF。

⑥C31与R19共同组成同相输入的阻抗，平衡偏置电流，C31为1nF，R19为39K。

⑦R29，R30与高音提升的增益有关，设高音增益最高为10，最低为1/10，则

5、集成功放级设计

5.1根据额定功率Po和负载RL的要求来选择集成块。

这里Po=10W，RL=4Ω，集成功

P.7

放选择TDA2030。

5.2参数确定

功放电路如图所示

图4集成功放电路

增益为。

中频段，C17可以视为开路，C18可以视为短路。

低频段，C17可以视为开路。

高频段，C18可以视为短路。

①的取值范围一般在几十欧姆至几千欧姆均可。

取为1KΩ。

②根据中频增益确定。

，

取为6KΩ。

③的选取

P.8

取为300pF。

④根据低频响应来确定。

取为4.7u。

⑤R21的选取

考虑到差分放大器的平衡性，R21为功放的直流反馈电阻，因此R21=R23=6K。

⑥D1、D2的作用是为防止输出脉冲电压损坏集成电路，一般选用开关二极管。

⑦C19、R25

为了使负载喇叭在高频段仍为纯电阻，需要加补偿电阻R25和补偿电容C19，一般选取R25≈RL=4Ω，

⑧R20，C36

R20为音量控制电阻，控制输入功放的电压，从而控制输出功率，这里取20K的滑动变阻器。

C36为耦合电容，取10uF。

6、前置放大电路设计

前置放大电路为运算放大器电路，为一同相放大电路，电路如图所示。

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图5前置放大电路

增益

会影响其输出的高频截止频率，低频时不影响，可视为开路。

开关拨至上时与话筒放大器相连，拨至下时直接与输入相连，方便调试时测量各个模块和整体电路。

①取值一般为几千欧姆，这里取5K。

②计算、

，取为10pF。

③R11为偏置电阻，其值过小会影响放大器的输入阻抗，一般选取几十至几千欧姆，这里选取5k。

P.10

④耦合电容C9

取C9为10uF。

7、电源电路

图6电源电路

电源电路如图所示，输入电源±

14V，四个二极管整流，得到直流电压，VDD，VSS，经过R24、R27压降后得到±

5V的电源，DZ1，DZ2稳压滤波，电容作用为滤波。

8、PCB板图：

P.11

图7PCB板图

四、电路分析

图三原理图如图所示。

图8图三原理图

原理图中有话筒放大电路（左上）、前置放大电路（左下）、音调控制电路（下中）、功放

P.12

输出电路（右下）和电源电路（右上）。

1、话筒放大电路

话筒放大电路如图所示

图9前置放大电路原理图

JP1接输入信号。

C0为耦合电容。

K1为共射级放大电路，Q2组成的为射极跟随器。

K1的增益为，射级跟随器的增益约为1。

C1为防止高频自激之用，与电路的截止频率有关。

R3、R5组成负反馈电路

2、前置放大电路

前置放大电路为运放构成的同相放大器电路。

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图10前置放大级

NE5532的工作电压为±

9V，增益，在要求的频率范围内，C10支路阻抗很大，可以忽略，。

但当频率增高时，C10支路阻抗变小，因此C10会对高频响应、高频截止频率产生影响。

R11平衡两输入端偏置电流。

C9为耦合电容。

开关拨至上方与话筒放大电路输出端相连，拨至下方直接与输入信号相连，方便调试过程中测量各电路的性能和测试整体电路性能。

3、音调控制电路

音调控制电路如下图所示。

R15实现低音的提升和衰减，R28实现高音的提升和衰减。

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图11音调控制电路

信号在低频区，运放下方电路可以看作开路。

运放的开环增益很大，输入阻抗很高，R3可以忽略不计。

R15拨至最左端，增益，，低音提升。

R15拨至最右端，增益，为低音衰减。

信号在高频区，C28、C29可视为短路。

R28滑至左端，增益，为高音提升。

R28滑至最右端，增益，为高音衰减。

当两滑动变阻器都在中间时，增益为1。

4、功率放大器

功率放大电路图如图所示。

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中频段，电容可忽略。

低频段

高频段

图12功放电路

D1、D2为保护作用，TDA2030的使用电源为±

15V，运放同相端电阻平衡偏置电流。

5、电源电路

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图13电源电路

输入12V的双电源，D3~D6作用为整流，电容，DZ1、DZ2滤波，输入电压经过二极管得到VDD和VSS为TDA2030供电，经过R26，R27产生压降得到稳定的±

9V直流电压，