音频放大器Word格式文档下载.docx
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6常用元器件8
7扩大部分10
8总结与体会10
9参考文献11
前言
摘要：
音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。
然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。
主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。
为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。
音频放大器简介:
进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。
从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。
陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。
所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；
另一个特点就是它们都是电池供电的。
都希望能够有较长的使用寿命。
就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。
它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。
高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。
因为，功率越大，效率也就越重要。
而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。
在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。
这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。
功率放大器：
功率放大器，简称“功放”。
很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
一．设计目的
1.掌握音频放大器电路的组成、工作原理和设计方法。
2.掌握低频集成电压放大器的工作原理、具有深度负反馈电压放大倍数的估算及使用方法。
3.熟悉BTL、OTL和OCL功率放大器工作原理及设计方法。
4.了解音调控制网络的组成、工作原理和设计方法。
二．设计内容及要求
设计10W单声道音频放大器电路。
技术指标如下：
<
1>
最大不失真输出功率Pom≥10W；
2>
带宽BW≥20~20kHz；
3>
输入阻抗：
＞50kΩ；
4>
输入正弦信号电压幅值为：
≤10mV；
5>
前置放大器可采用集成运放元件。
要求从功放输出端引入深度电压负反馈，以保证输出电压的稳定，改善放大电路的性能（减少非线性失真、提高带负载的能力及展宽频率等等）。
6>
音调控制范围：
低音（100Hz）±
12dB；
高频（10kHz）±
7>
在Pom和BW值范围内的非线性失真系数≤3%；
功率放大器在Pom下的效率η≥70%。
功率放大级可采用集成或分立元件电路；
可采用OCL，也可采用BTL。
但是，分立元件电路要具有简单的过载保护电路，三极管均采用硅管。
8>
输出等效负载：
RL=8Ω；
9>
画出放大器完整的电路，写出设计、总结。
三．音频放大器的基本原理
3.1音频放大器
电路框图如图1所示，
前置放大器对输入信号放大后送入音调网络，信号经过音调网络，其幅值有所减小。
根据放音节目的不同，可以用“音调选择器”选择不同的位置。
音调网络后面接音量电位器，以调节音量的大小。
最后送入功率放大级进行功率放大，并在扬声器上得到放大的音频信号。
3.2前置放大器
前置放大器亦为小信号放大电路。
一般前级传送来的低频信号，经放大后多用单端方式传输，由于有用信号的幅度较小，而共模噪声可能较大，故放大器输入漂移、噪声及放大器本身的共模抑制特性至关重要。
因此，前置放大器应是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。
3.3音调控制网络
音调控制网络的功能是根据需要按一定的规律控制、调节音量放大器的频率响应，达到声音优美的作用。
一般它主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减，而中频信号的增益基本不变（一般音调网络的特性是：
中音（1000Hz）时变化小于3dB；
低音（100Hz）时调节范围±
高频（10kHz）时调节范围±
14dB。
）。
音调控制网络有2大类：
衰减式和反馈式。
下面介绍衰减式音调控制网络。
3.3.1低音音调控制网络
如图2所示，输入信号为Vi，输出为Vo，由于C1和C2的存在，输出信号就会与输入信号不同。
R2是音调调节电位器，改变动触头的位置，输出端的低音可获得“提升”或“衰减”。
如先设动触头处于最上端，C1被短接。
设计时，假设R2>
>
R1>
R3（实际值为R2=10R1=100R3）。
f=0Hz时,
当输入频率f=f1（f1=1/2πf1C2）=R2时，C2与R2的并联阻抗只有R2的1/2，所以Vo下降2倍。
随着f的进一步的提高，Vo进一步的下降，其下降的规律为6dB/每倍频程。
当f=f2,到达ZC2=R3时，则C2的阻抗已足够将R2短接，如继续提高f时，ZC2与R3相比也微不足道，则Vo不再减小，此时
这样的网络在高频时的输出为原信号的1/10，而在低频时基本上等于原信号，相对而言，低频比高频“提升”了10倍。
另一种极端情况是R2的动触头处于最下端，C2被短接。
Vo从R3的上端输出，所以对于极低频率有：
当f=f1，使ZC1=R2时，由于C1的旁路作用，使Vo上升，以6dB/每倍频程的规律变化，一直到f=f2，使ZC1=R3时，C1的阻抗已将R2短接，ZC1同R3相比较也可忽略时，此时
相对来说，低音衰减了，高音提升了，衰减的比例为10倍（20dB），在设计时使
可得出：
这个比值，恰是“提升”（或衰减）值。
所谓“提升”与衰减都是相对的，实际上提升到极点仍小于原信号，只是比值接近于1，而最大衰减可达R3/R2=（1/100）倍，网络对超过f2的高音来说，都衰减R3/R1的比值，这就是衰减式的特点。
3.3.2高音音调控制网络
高音音调控制网络如图3所示，该网络中
，
在知道了一些基本数据之后可方便地设计出高、低音调控制网络。
举例如下：
先讨论低音，参见图2。
假定：
低音提升或衰减10倍（20dB）；
低音转折频率f1=50Hz，f2=500Hz，R2=100kΩ。
因为
（-20dB）
则R1=R2/10=100kΩ/10=10kΩ
R3=R1/10=10kΩ/10=1kΩ
C1=1/2πf2R1=1/2π×
500Hz×
10KΩ=3.18×
10-8F
可取C1=0.033μF
C2=0.33μF
参见图3,如设高音提升量也为10倍（20dB）；
高音转折频率f1=1kHz，f2=10kHz。
令R2=100kΩ，并可设定R1=10kΩ。
由于f1/f2=R3/R1=1/10
则R3=R1/10=10kΩ/10=1kΩ
C1=1/2πf1R1=1/2π×
1kHz×
10KΩ=0.159×
10-7F
可取C1=0.015μF
C2=0.15μf
高低音音调控制网络结合起来，如图4所示。
信号通过隔直电容Co，分2路分别加到高、低音音调控制网络，低音的输出端通过Ro（10KΩ）电阻同高音输出端接在一起，Ro起隔离作用。
3.4功率放大器
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，转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小。
如图6所示，功放电路（含A2放大器）的增益取决于比值（R13+R14）/R14。
由于采用了很深的直流负反馈，解决了中点稳定问题。
四.电路设计思路
4.1前置放大器
前置放大器应选择一个输入阻抗高、输出阻抗低、频带宽度宽、共模抑制比高、噪声小、低漂移的集成小信号运放构成同相放大器。
并且引入电压串联负反馈。
具有深度负反馈放大电路的电压放大倍数：
4.2音调控制网络
音调控制电路有很多不同的形式，可采用图4简单的衰减式电路，也可采用图5由集成运算放大器构成负反馈型。
注意图4衰减式音调控制网络对未衰减或提升的频率实际上已经衰减了R3/R1倍（10倍），所以在设计中应注意该部分的衰减。
4.3功率放大级
在选择输出晶体管时应注意：
每只晶体管的最大允许管耗：
PTm>
0.2Pom;
最大集电极电流：
；
反向击穿电压：
∣V（BR）CEO∣＞VCC。
耦合电容，选取时一般应满足下式：
。
实际选择功率管型号时,其极限参数还应留有一定余量,一般要提高50%~100%.
五.参考方案
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。
输出功率指的是功放提供给负载级的功率，为达到这一要求，功放管的电压和电流变化范围应尽可能大。
参考电路见图6所示。
功放电路也可采用集成BTL放大器，如图7所示。
集成BTL放大器必须具有2个相位相反的输入信号，因而在其前面必须有一个1：
1的分相器。
BTL放大器为单电源供电，但却具有OCL电路的优点，即输出与负载是直接耦合的。
因此它具有OTL和OCL电路的所有优点。
用TA7240AP组成的BTL放大器的输出功率为19W。
六.常用元器件
常用三极管和集成电路及其主要参数见下表。
常用集成电路及其主要参数
型号
电源电压范围（V）
开环差模电压增益（dB）
共模抑制比（dB）
差模输入电阻（MΩ）
增益带宽（MHz）
转换速率（V/μs）
功耗（Mw）
运放类型
CF741
（HC741）
≤±
22
≥94
≥70
≥0.3
1.2
0.5
＜120
通用型
CF3253
3-±
18
≥80
6
50
≤0.6
低功耗型
CF318
3
15
13
宽带型
CF715
≥74
65
165
高速型
CF7650
≥120
106
2
2．5
高精度型
常用三极管及其主要参数
极限参数
直流参数
交流参数
用途
PCM（mw）
ICM（mA）
V（BR）CBO（v）
V（BR）CEO（v）
V（BR）EBO（v）
ICBO
（μA）
ICEO
VCE（Sat）（V）
hFE
fT（MHz）
3DG6
100
20
≥30
≥15
≥4
≤0.01
≤1
30~200
≥100
中、高频放大、振荡
3DG7
500
≥20
≥25
≤0.5
高放、开关
3DG8B
200
30
≥40
≤0.1
≥150
变频、高放、振荡
3CG20
700
80
≤2
≥50
高放、振荡
3CG21
300
150
40~200
高放、推动、振荡
3CG22
≤0.8
大功率
（w）
（A）
（mA）
3DD15B
≥200
≤1.5
≥1
功放
3DD21B
10
1.5
≥2
3DD50B
3DD54B
≥
≥3
≥10
3DD57C
≤
七.扩大部分
将上述改为5W双声道音频扩大机电路。
用TA7240AP组成的双声道放大器输出功率为５.８Ｗ。
功放电路如图8所示。
八.总结与体会
一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。
“千里之行始于足下”通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。
我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
通过这次课程设计，我在多方面都有所提高。
通过这次模具设计，综合运用本专业所学课程的理论和实际知识进行一次音频放大器设计工作的实际训练从而培养和提高了我的独立工作能力，巩固与扩充了模电课程所学的内容，独立思考的能力也有了提高。
在这次课程设计作业的过程中由于在设计方面我们没有经验，理论基础知识掌握得不牢固，在设计中出现了这样那样的问题。
在此感谢我们的王允建老师。
老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；
老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；
这次设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。
而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
九.参考文献
[1]《音响集成电路大全》福建科学技术出版社陈郁发等编2004.1。
[2]《集成电路音响放大器》新时代出版社徐治邦编2004.1。
[3]《电子技术实验与课程设计指导》东南大学出版社郭永贞主编2004.10。
[4]《常用小功率晶体三极管手册》人民邮电出版社李锦春主编1989.4。
[5]《常用晶体二极管、大功率晶体三极管手册》人民邮电出版社李锦春主编1989.4。
[6]《电子技术基础—模拟部分》清华大学出版社康华光主编2006
[7]《电子技术北京》中央广播电视大学出版社华成英主编2006
[8]《电子电工实践指导》江西科学技术出版社王港元等编2007
[9]《经典集成电路400例》机械工业出版社任致程等编2006
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