音频功率放大器毕业设计资料Word文档格式.docx

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所以取整个电路的增益为70dB。

则各级的增益如下：

*功放级：

26dB（厂家给定的）

*音调控制级：

-2dB。

*前置放大级：

44dB。

2.单元电路的设计

（1）前置放大级

①电路形式的选择

由于信号远输入的信号幅度较小。

不足以推动以后的功放电路。

因此要用电压放大电路对信号输入的音频信号电压进行放大，对于信号源，其负载约为47KΩ，所以选用电压串联负反馈方式的同相比例放大器，它可以使输入电阻增大，输出电阻减小，且输入输出电压同相。

又因为前置放大级的增益为44dB，即158倍，取160倍，前置放大级电路采用二级，第一级与第二级采用电容耦合方式，总的电压放大倍数为Auf=160，设计中选用Auf1=1，Auf2=160。

其中第一级实际上是一个电压跟随器，它提高了带负载的能力。

图2前置放大器电路图

电路中二极管D1作用是：

当线路输入是0.775V时，D1导通，此时LF353

（2）也为一个电压跟随器，信号不经过放大直接到音调控制级的输入端。

当输入为5mV时，不足以让二极管导通，此时LF353

（2）为放大器，信号将放大160倍后到音调控制级的输入端。

②集成运放的选择

因为Auf2=160，根据通频带20HZ–20KHZ，其上线频率为20KHZ，则集成运放的放大倍数带宽积应满足下列关系：

GB≥Auf2fh=180*20KHZ=3.2MHZ

从运放的资料手册中可查出LF353的单位放大倍数带宽GB=4MHZ，满足要求。

③各元件的参数选择和计算

电路中电容C11是用作噪声去耦合的，可以用小体积大容量的钽电容

或普通电解电容，一般选为10μF，R11可选用较大的电阻，取1MΩ，电阻R12取10K，LF353

（2）构成的是放大倍数为160的电压放大电路，同相交流放大电路的平衡电阻可尽量选得大一些，一般为10K以上，这样有利于提高放大电路的输入电阻，由于输入电阻为47K，故选RP2的阻值为47K，R21取1K，耦合电容C12为10μF。

由Auf2=1+R23/R22及R21=R23//R22，Auf2=180可得R21=R22=1K，R23=160K。

C21，C22，C23，C24，主要用于电源旁路滤波，一般C21，C23用电解电容，其值为220μF，C22，C24用普通的电容，一般取值为22μF。

LF353的电源为±

15V的直流稳压电源。

（2）音调控制级

音调控制器主要是控制，调节音响放大器的幅频特性，他只对低频与高频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB不变。

因此，音调控制器的电路可以由低通滤波器和高通滤波器构成。

由运算放大器构成的音调控制器，电路调节简单，元器件少，因此，我们选用这种电路形式。

图3音调控制级电路图

图中，电位器

用来调节音量的大小，即为音量控制电路。

设电容C31=C32>

>

C33，在中，底音频区，C33可视为开路，在中，高音频区，C31，C32可视为短路。

工作状态及元件参数计算：

第一：

低频时的情况：

低频提升与衰减，电路图如下图4（a）和图4（b）所示：

图4低频提升与衰减电路

增益为：

A（jω）=

=-[（RP31+R32）/R31]*[1+（jω）/ω2]/[1+（jω）/ω1]

式中：

ω1=1/（RP31*C32），ω2=（RP31+R32）/（RP31*R32*C32）

当f<

fL1时，C32可视为开路，运算放大器的反向输入端视为虚地，R34的影响可以忽略，此时电压增益

AVL=（RP31+R32）/R31

在f=fL1时，因为fL2=10fL1，故可得

AV1=（RP31+R32）/

R31

此时，电压增益AV1相对于AVL下降了3dB。

在f=fL1时，可得AV1=[（RP31+R32）/R31]*（

/10）=0.14AVL

此时，电压增益AV2相对于AVL下降了17dB。

同理可得低频衰减的相应表达式。

第二：

高频提升与衰减：

高频等效电路如图5所示：

图5高频等效电路

电阻关系式为：

Ra=R31+R31+（R31R31/R32）

Rb=R34+R32+（R34R32/R31）

Rc=R31+R32+（R32R31/R34）

若取R31=R32=R34，则上式为：

Ra=Rb=Rc=3R32=3R34

高频提升与衰减的等效电路如下图6所示：

图6高频提升与衰减电路

增益函数表达式为：

=

=-

式中，

，

时，

视为开路，电压增益AV0=1（0dB）。

在f=fH1时

AV3=

AV0

此时电压增益AV3相对于AV0高3dB。

在f=fH2时，

AV4=

AV0

此时电压增益AV4相对于AV0提高了17dB。

当

视为端路，此时电压增益

AVH=（Ra+R33）∕R33

同理可以得图示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。

又已知

，由计算式得：

，则

；

AVL=（RP31+R32）/R31≧20dB

其中，R31，R32，RP31不能取得太大，否则运放漂移电流的影响不可忽视。

但也不能太小，否则流过它们的电流将超过运放的输出能力。

通常取几千欧姆至几百千欧姆。

现取RP31=470KΩ，则

AVL=（RP31+R32）/R31=11（20.8dB）

取标称值0.01

，即

取R34=R31=R32=47K，则

，取标称值

，取标称值470PF

取

，级间耦合电容

（3）功率放大级

电路形式的选择:

芯片选用LM1875，而一个LM1875的输出功率最大只能达到20W，已能满足本课题的设计要求,故本设计采用单片LM1875。

如果要把输出功率提高到50W，可选择BTL电路，按照如下方法进行设计:

BTL电路它是在OTL电路和OCL电路的基础上发展起来的新型功率放大电路，其工作原理如下：

图7双端推挽放大电路

BTL电路属于双端推挽放大电路，它由四管组成电桥电路，图中对角管同时导通，互为推挽。

负载上输出正负半周波形。

BTL电路可以采用单电源供电，且不需要输出电容，这不仅克服了输出电容的影响，也免除了两组电压对称性的苛刻要求。

BTL的两组对角管轮流导通，互为推挽，在每个信号半周内能利用全部电源电压（除去饱和压降），同单端电路相比，在相同电源电压和相同负载时，前者的输出功率为后者的4倍；

换言之，如果负载和输出功率相同，BTL电路对所用的晶体管

的耐压要求可比单端电路降低一半，因此，它有易于输出大功率而不损坏输出管的优点。

目前常见的BTL电路大多是由两个独立的单端推挽电路拼合而成（多见于集成电路），其信号分相是先将信号送入第一个单端电路，放大后经电阻分压再送到第二个单端电路，这样不仅会把单端电路的缺陷带入放大器，而且还会将第一个单端电路的畸变信号经过第二个单端电路放大而进一步

加重，因此其特性必然不好。

由BTL的工作原理及特点可知，要满足输出功率为50W的要求，可用两个LM1875组成BTL电路，要想获得好的输出特性，关键是要获得BTL电路所需的两个大小相等，相位相反的音频信号。

通过查询资料（3），可知，可以用一个倒相电路来提供此信号。

如下图所示：

图8倒相电路

图中VT组成的单管放大电路没有电压放大作用，它采用分压式偏置供给VT关静态工作电流，从集电极和发射极输出的音频信号大小分别为IcRc和IeRe，由于Ic≈Ie，Rc=Re，所以两路的信号大小相等而极性相反，可将它们分别通过电容耦合到BTL电路的两个同乡相输入端。

则功率放大电路如下图所示：

图9BTL功率放大电路

3.元件参数的计算与选取

（1）反馈网络电阻值的选取

LM1875的增益为26dB，即有：

所以有：

，通常取

=1K左右，则

=20K。

（2）隔直电容

，

应满足在下限频率上（

）的容抗远小于R1，取

=10μ。

电源旁路电容：

四、LM1875的简介

（一）LM1875的参数简介

LM1875采用TO-220封装结构，形如一只中功率管，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。

该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。

LM1875主要参数：

电压范围：

16～60V

静态电流：

50mA

输出功率：

25W

谐波失真：

＜0.02%，当f=1kHz，RL=8Ω，P0=20W时

额定增益：

26dB，当f=1kHz时

工作电压：

±

25V

转换速率：

18V/μS

LM1875极限参数：

电源电压（Vs）60V

输入电压（Vin）-VEE-VccV

工作结温（Tj）+150℃

存储结温（Tstg）-65-+150℃

（二）LM1875的工作原理：

LM1875功放板由一个高低音分别控制的衰减式音调控制电路和LM1875放大电路以及电源供电电路三大部分组成，音调部分采用的是高低音分别控制的衰减式音调电路，其中的R02，R03，C02，C01，W02组成低音控制电路；

C03，C04，W03组成高音控制电路；

R04为隔离电阻，W01为音量控制器，调节放大器的音量大小，C05为隔直电容，防止后级的LM1875直流电位对前级音调电路的影响。

放大电路主要采用LM1875，由1875，R08，R09，C06等组成，电路的放大倍数由R08与R09的比值决定，C06用于稳定LM1875的第4脚直流零电位的漂移，但是对音质有一定的影响，C07，R10的作用是防止放大器产生低频自激。

本放大器的负载阻抗为4→16Ω。

为了保证功放板的音质，电源变压器的输出功率不得低于80W，输出电压为2*25V，滤波电容采用2个2200UF/25V电解电容并联，正负电源共用4个2200UF/25V的电容，两个104的独石电容是高频滤波电容，有利于放大器的音质。

（三）LM1875的电路特点

LM1875功率较TDA2030及TDA2009都为大，电压范围为16～60V。

不失真功率为20W（THD=0.08%），THD=1%时，功率可达40W（人耳对THD<

10%一下的失真没什么明显的感觉），保护功能完善。

笔者是一个不错的选择。

其接法同TDA2030相似，也有单双电源两种接法。

LM1875是美国国家半导体器件公司生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。

如图1所示，该集成电路在±

25V电源电压RL=4Ω可获得20W的输出功率，在±

30V电源8Ω负载获得30W的功率，内置有多种保护电路。

广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。

电路特点：

（1）单列5脚直插塑料封装，仅5只引脚。

（2）开环增益可达90dB。

（3）极低的失真，1kHz，20W时失真仅为0.015%。

（4）AC和DC短路保护电路。

（5）超温保护电路。

（6）峰值电流高达4A

（7）极宽的工作电压范围（16-60V）。

（8）内置输出保护二极管。

（9）外接元件非常少，TO-220封装。

（10）输出功率大，Po=20W（RL=4Ω）。

五、电路设计

（一）典型应用电路

音频功率放大器的典型应用电路分为两种：

一种为单电源供电，另一种为双电源供电。

两种典型应用电路电路图如下：

图10单电源接法

图11双电源接法

LM1875单电源供电与双电源供电的基本工作原理相同，不同之处在于：

单电源供电时，采用R1、R2分压，取1／2VCC作为偏置电压经过R3加到1脚，使输出电压以1／2VCC为基准上下变化，因此可以获得最大的动态范围。

但在本课题中，我们希望能对音频放大器的音量和音频进行调节，即得到更理想更直观的设计，在此次设计中采用双电源供电的方法。

（二）双电源音频功率放大器原理图

综合以上讨论，利用protel99软件画出双电源音频功率放大器原理图：

图12双电源音频功率放大器原理图

（三）双电源音频功率放大器PCB图

在电路原理图的基础上，绘制PCB图如下：

图13双电源音频功率放大器PCB图

六、电路制作与调试

（一）利用PCB制作电路板

由于此图较简单，在实验室我们能很快制作出电路板，下面我将制作电路板的详细过程列举出来：

v第1步：

利用一个能生成图像的软件生成一些图像文件，比如用低版本的

PROTEL组织SCH，再利用网络表生成相应PCB图（不会PROTEL的话，甚至是WINDOWS的画笔程序也行），以备打印。

v第2步：

将PCB图打印到热转印纸上（所谓的热转印纸就是不干胶纸的黄

色底衬！

）。

==》现在有这样的专门买的纸张。

v第3步：

将打印好PCB的转印纸平铺在覆铜板上，准备转印。

v第4步：

用热转印机加温（要很热）将转印纸上黑色塑料粉压在覆铜板

上形成高精度的抗腐层。

v第5步：

转印机加温加压成功转印后的效果！

若你经常搞，熟练了，很容

易成功。

v第6步：

准备好三氯化铁溶液进行腐蚀。

v第7步：

效果还不错吧！

注意不要腐蚀过度，腐蚀结束，准备焊接。

v第8步：

清理出焊盘部分，剩下的部分用于阻焊。

v第9步：

安装所需预定原件并焊接好。

v第10步：

测试以验证其正确性。

通过上面的方法能容易的得到我们所需要的电路板，但是焊接完的电路成品的效果好坏取决于电路原理图设计的好坏以及制作出的电路板的好坏。

（二）装配与调试：

工具准备：

20W电烙铁一把，万用电表一个，尖嘴钳一把，螺丝刀一把，焊锡丝和松香水若干。

焊接：

焊接时先焊接跳线，再焊接电阻，再焊电容，再焊整流管，再焊电位器，最后焊LM1875，焊接LM1875前须先把LM1875用螺丝固定在散热片上，否则在最后装散热片时螺丝很难打进去。

LM1875与散热片接触的部分必须涂少量的散热脂，以利散热。

焊接时必须注意焊接质量，对于初学者，可先在废旧的电路板上多练习几次，然后再正式焊接。

调试：

本功放板调试特别简单，电路板焊好电子元件后，要仔细检查电路板有无焊错的地方，特别要注意有极性的电子零件，如电解电容，桥式整流堆，一旦焊反即有烧毁元器件之险，要特别注意。

接上变压器，放大器的输出端先不接扬声器，而是接万用电表，最好是数显的，万用表置于DC*2V档。

功放板上电注意观察万用电表的读数，在正常情况下，读数应在30mV以内，否则应立即断电检查电路板。

若电表的读数在正常的范围内，则表明该功放板功能基本正常，最后接上音箱，输入音乐信号，上电试机，旋转音量电位器，音量大小应该有变化，旋转高低音旋钮，音箱的音调有变化。

值得一试的实验：

将C6短路，用万用表测LM1875输出端的直流电位，看是否是在30MV以内，然后接上音箱试两小时，用万用表测LM1875输出端的直流电位，看直流电位是否在30MV以内，如果是的话，则C6这个电容可以省掉，这样的话，此放大板就成一个纯直流功放了。

七、电路图的绘制与制板中应注意的问题

（一）Sch原理图应注意常见问题

1．零件描述和零件标识有什么区别？

零件描述（LibraryReference）是零件在零件库里的名称，将外形和引脚功能相同的零件取的一个通用名称；

零件标识是电路图里用户根据需要自行设计的名称，当然也不能随意乱取。

一般情况下可以统称为零件名称，而不必细分。

2．零件属性对话框中的PartFields和ReadOnlyFields有什么用？

零件属性对话框中的PartFields有两个作用，对于一般零件可以在这些设置中标注零件的参数；

对于仿真零件可以在这些设置中设置有关仿真的模型参数。

Read

OnlyFields一般用于仿真零件中的仿真模型的定义。

3．如何直接更换零件？

在要更换的零件上双击，在弹出的零件属性对话框中的LibRef中输入新的零件描述，点击OK按钮即可完成零件的直接更换。

4．如何设置常用零件的默认零件封装？

可以用零件库编辑器打开要修改的零件，在零件描述（Description）对话框中Designator标签页里的PartFootPrint1中输入零件封装名。

此零件封装名即是该零件的默认零件封装。

5．如何直接从原理图切换到PCB设计？

点击菜单Design\UpdatePCB命令，即可实现原理图到PCB设计的自动切换。

但要注意打开需要切换的PCB图，将其他无关的PCB图关闭，否则会出现意想不到的问题。

6．如何批量修改零件属性？

点击零件属性对话框中的Globe按钮，在整体修改对话框中可以设置整体修改选项，在CopyAttributes中输入有关替换设置，如{A*＝B*}则将A开头的标识符改成以B开头的标识符号。

7．系统不能识别零件库怎么办？

系统不能识别零件库可以试一下以下解决方法：

将打印机驱动程序重新安装一遍，如果没有打印机话，可以随便安装一个打印机驱动程序；

有时候安装一些软件后也会造成系统不能识别零件库，那样的话可以重新安装Protel程序。

8．原理图无法打印怎么办？

原理图无法打印可以按以下办法解决：

修改默认打印机；

察看打印机的打印纸设置是否是合适；

打印机不能兼容。

（二）PCB设计中应注意的问题

1．布线方向：

　　从焊接面看，元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修（注：

指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下）。

2．各元件排列，分布要合理和均匀，力求整齐，美观，结构严谨的工艺要求。

3．电阻，二极管的放置方式分为平放与竖放两种：

（1）平放：

当电路元件数量不多，而且电路板尺寸较大的情况下，一般是采用平放较好；

对于1/4W以下的电阻平放时,两个焊盘间的距离一般取4/10英寸，1/2W的电阻平放时,两焊盘的间距一般取5/10英寸；

二极管平放时，1N400X系列整流管,一般取3/10英寸;

1N540X系列整流管,一般取4～5/10英寸。

（2）竖放：

当电路元件数较多，而且电路板尺寸不大的情况下，一般是采用

竖放，竖放时两个焊盘的间距一般取1～2/10英寸。

4．电位器：

IC座的放置原则

（1）电位器：

在稳压器中用来调节输出电压，故设计电位器应满中顺时针调节时

输出电压升高，反时针调节器节时输出电压降低；

在可调恒流充电器中电位器用来调节

充电电流折大小，设计电位器时应满中顺时针调节时，电流增大。

电位器安放位轩应当

满中整机结构安装及面板布局的要求，因此应尽可能放轩在板的边缘，旋转柄朝外。

（2）IC座：

设计印刷板图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC

座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位是否正确，例如第1脚只能位于IC座的右下角线或者左上角，而且紧靠定位槽（从焊接面看）。

5．进出接线端布置

（1）相关联的两引线端不要距离太大，一般为2～3/10英寸左右较合适。

（2）进出线端尽可能集中在1至2个侧面，不要太过离散。

6．设计布线图时要注意管脚排列顺序，元件脚间距要合理。

7．在保证电路性能要求的前提下，设计时应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺充要求走线，力求直观，便于安装，高度和检修。

8．设计布线图时走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。

9．布线条宽窄和线条间距要适中，电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚的间距相符；

10．设计应按一定顺序方向进行，例如可以由左往右和由上而下的顺序进行。

（三）焊盘应注意的常见问题

焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。

焊盘的开口：

有些器件是在经过波峰焊后补焊的，但由于经过波峰焊后焊盘内孔被锡封住，使器件无法插下去，解决办法是在印制板加工时对该焊盘开一小口，这样波峰焊时内孔就不会被封住，而且也不会影响正常的焊接。

焊盘补泪滴：

当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。

相邻的焊盘要避免成锐角或大面积的铜箔，成锐角会造成波峰焊困难，而且有桥接的危险，大面积铜箔因散热过快会导致不易焊接。

参考文献

［1］曾广兴:

《现代音响技术应用》，广东科技出版社，1997年3月。

［2］张平:

《关于音频功率放大器的应用》，《安阳大学学报》，2002年02期。

［3］吴振平:

《实用声电技术》，中国铁道出版社，1984年11月。

［4］龚伟:

《音频放大器控制方式综述》，重庆大学报，2003年02期。

［5］黎明:

《电子质量》，2002年02期。

［6］华成英:

《模拟电子技术基础》[M]，北京高等教育出版社，2001。

［7］姚福安:

《音频功率放大器设计》，山东大学学报，2003年06期。

［8］牟小令:

《高效率音频功率放大器》，西南师范大学学报，2003年01期。

［9］马建国:

《电子系统设计》，高等教育出版社。

［11］曲荣:

《收音机电平指示电路锦集》

［12］方佩敏:

《音频功率放大器》，《电子世界》，2003年08期。

［13］何希才:

《实用电子电路400例》,电子工业出版社

［14］陈伟鑫:

《新型实用电路精选指南》,电子工业出版社

［15］谢自美:

《电子线