合并式功率放大器讲解.docx
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合并式功率放大器讲解
镇江高专
ZHENJIANGCOLLEGE
毕业设计（论文）
合并式功率放大器
Combinedtypepoweramplifier
系名：
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师姓名：
指导教师职称：
2013年05月
合并式功率放大器
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
职称：
摘要合并式功率放大器的作用是给负载RL提供一定的输出功率，当RL一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真可能小，且效率尽可能高。
由于合并式电路采用直接耦合方式，为了保证电路工作稳定，必须采取有效措施抑制零点漂移。
为了获得足够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电压放大倍数。
因此，性能良好的合并式功率放大器应由输入级、推动级和输出级等部分组成。
按照各级功能及技术要求，首先确定整机电路级数及电压增益分配，而后分别选择设计各级电路元器件及参数。
从功放级向前逐级设计。
但还是有不足之处；音频的变化范围较小，对电路功能的分析有不够详细。
音频功率放大器是一个技术相当成熟的领域，在现代音响普及中，得到很大的发展和应用。
音频功率放大器不仅仅是消费产品（音响）中不可缺少的设备，还广泛应用于控制系统和测量系统中。
这款功放采用了典型的OCL功放电路，为全互补对称式纯甲类DC结构，功放的每一级放大均工作于甲类状态。
输入级和电压放大级采用线性较好的沃尔漫电路，差分管及电流推动管分别为很出名的K170、J74（可用K389、J109孪生对管对换）对管和K214、J77中功率MOS管，功率输出级为2SC5200和2SA1943大功率东芝管并联输出，功率强劲，驱动阻抗2Ω的喇叭也轻松自如，毫不费力。
综合运用了我们前面所学的知识。
设计完全符合要求
关键词：
合并式功率放大器双声道
Combinedtypepoweramplifier
AbstractCombinedtypepoweramplifieristheroleofprovidescertainoutputtoloadRL,whenRLisfixed,wanttooutputpowerashighaspossible,smallnonlineardistortionoftheoutputsignal,andtheefficiencyisashighaspossible.Becauseofthecomplicatedcircuitadoptsadirectcouplingmode,inordertoguaranteethecircuitworkstable,effectivemeasuresmustbetakentosuppressthezerodrift.Inordertoobtaintheoutputpowerislargeenoughtodrivetheloadofwork,soweneedtohaveenoughhighvoltageamplificationfactor.Therefore,thegoodperformanceofthecombinedtypepoweramplifierbytheinputstage,promotethelevelandoutputlevelcomponents.Audiopoweramplifierisaverymaturetechnologyfield,Audiopoweramplifierisaverymaturetechnologyfield,inthemodernaudiopopularization,developmentandapplicationofgreat.Audiopoweramplifierisnotonlyconsumerproducts（sound）equipmentindispensable,butalsowidelyusedinthecontrolsystemandthemeasurementsystem.inthemodernaudiopopularization,developmentandapplicationofgreat.Audiopoweramplifierisnotonlyconsumerproducts（sound）equipmentindispensable,butalsowidelyusedinthecontrolsystemandthemeasurementsystem.
ThisamplifierusesatypicalOCLpoweramplifier,full-complementarysymmetricalpureclassaDCstructure,poweramplifiersareworkingateverylevelofmagnificationinastate.Inputamplifierandvoltageamplifierwithbetterwalldiffuselinearcircuits,differenceinchargeandcurrentdrivepipewereveryfamousK170,J74（K389,J109twintubeonthepowertube）andK214,J77MOS,poweroutputstagefor2SC5200and2SA1943highpowerToshibatubeparalleloutput,powerstrong,drivingimpedance2ohmsspeakerisrelaxed,effortless.Comprehensiveuseofourpreviouslylearnedknowledge.Thedesignfullymeetstherequirements
Keywords：
Thecombinedtypepoweramplifierdualtrack
引言
在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。
所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。
设计并实现合并式功率放大器，功率放大器的作用是给音响放大器的负载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，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。
用软件对OTL功率放大器进行仿真实现。
根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。
现在功率放大器，提高了音质。
不仅在专业的场所还是休闲娱乐时，人们都喜欢音质好的功率放大器。
因此功率放大器在公共场、家庭等都得到了广泛的应用，给许多音乐爱好者带来了兴趣，从而得到了更好的发展。
因为我的专业是电子信息科学与技术，对本次的设计的成功很有自信。
希望在这次设计过程中，能够进一步提高我的动手能力，把所学知识与实践相结合，把这个设计做得更好。
功放在一个音响系统中，是个非常重要的组成部分。
功率放大器是将音频电压信号转化成音频信号并驱动扬声器发声的一种设备。
功率放大器在扩声系统中起着极其重要作用，如果没有功率放大器，扬声器就不能放声,也就无扩声可言。
合并式功放电路是在合并式功放电路的基础上改进而成的。
噪声和交流声极小，对低频响应和失真度有了改进，提高了电路的对称性和开环指标。
功率放大器在国内的研究现状，从使用元件的角度来看，有电子管的功率放大器、晶体管功率放大器、场效应管功率放大器、集成电路功率放大器等；从电路结构来看，现在普遍采用合并式电路。
现在我们设计的合并式功放是左右声道合为一体，还可设有高低音调控制装置。
早期由于信号源的输出电平都比较低，一般在0.2V左右，因此合并式放大器的输入电平均要在0.2V以下，而现代的信号源已发生很大的变化。
如CD机已被广泛使用，现代信号源的输出电平均在0.5-1V之间，因此现代放大器的输入灵敏度要求相应也有变化。
当然不管怎么变化，只要满足合并式放大器的前三条就是合并式放大器。
前后级放大器是将1讯源选择2电平控制3电压放大这三部分独为一体，纯后级是将电压放大和功率放大独为一体（或两体）有左右各一路输入这种做法可在结构上、分布上、用料上更合理，因此在档次上前后级分体式放大器比合并式要高一些。
技术要求：
1 声道数：
双声道
2 额定输出功率：
每声道20W
3 输入灵敏度：
100mv
4 输入阻抗;50K欧姆
5 电压增益：
40dB
6 音调控制范围：
低音32dB高音40dB
7 开机延时噪音1-2s
8 具有扬声器保护功能
9 电源：
交流220V
第1章设计方案
1.1总体方案
1.1.1放大器的功能
1）纯后级功放：
在功放电路中，不带信号源选择、音量控制等附属功能的功率放大器称为纯后级功放。
后级的输入讯号很单纯，就是承接前级的输出。
一般只适用于高档的机或专业机中。
2）合并式功放：
将前置放大器和功率放大器两部分安装在同一个机箱内的放大器称为合并式功率放大器。
特点：
当信号源在一定输入时，放大器的输出可达功率的最佳效果；可以有多组音源输入选择；具有电平控制功能；左右声道全为一体，还可设有高低音调控制装置等。
3）本设计所采用的是合并式功放，因为有以上的特点，而且应用也相当的广泛，所以就采用合并式功率放大器。
合并式功放价钱较便宜，且使用方便，完全能够满足一般的家庭需要。
1.2总体框图
图1-2总体框图
第2章电路设计
2.1电源电路
电源电路（图2-1）由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。
电源变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。
整流电路是利用二极管的单向导电特性，将正负交替的正统交流电压变换成单向的脉动电压。
滤波电路是将脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。
稳压电路是使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持特定。
本次设计中，主要包括了电源变压器、整流电路、滤波电路三个部分。
没有稳压电路，因为功率放大电路对电压的稳定要求不高，所以就不用稳压电路。
图2-1电源电路原理图
电路中D1—D4为整流二极管，C11为滤波电容，C12为高频退耦电容；RP1为音量调节电位器；IC1、IC2是两个声道的功放集成电路；R1、R2、R3、C2（R7、R8、R9、C7）为功放IC输入端的偏置电路，由于本电路为单电源供电，功放IC输入端直流电压为1/2电源电压时电路才能正常工作；R4、R5、C3（R10、R11、C8）构成负反馈回路，改变R4（R10）的大小可以改变反馈系数。
C1（C6）是输入耦合电容，C4（C9）是输出耦合电容；在电路接有感性负载扬声器时，R6、C5（R12、C10）可确保高频稳定性。
信号流程：
音频信号从X1输入经音量电位器RP1，再由C1（C6）耦合，进入IC1（IC2）的1脚，由集成电路放大后从4脚输出，经输出耦合电容C4（C9）到达X2。
2.2合并式功率放大器
图2-2合并式功率放大器图
2.3前置放大器
我们知道在功放机中有控制放大器（又称前置放大器图2-3），功率放大器和综合放大器几种，前置放大器主要的作用是对微弱信号进行放大，同时还有切换信号和控制音量等功能，因此又称控制放大器，而功率放大器（又称后置放大器）的主要作用是供给扬声器工作时所需的功率。
综合放大器则是前两种放大器的综合体，由于它是将前、后置放大器装在一个机箱里的，因此相对于前两者它又被称为合并式功放机。
由于现在的Hi—end功放机都是做成分体式的，因此又给我们这样一个印象：
分体式的功放机就是高级品。
但事实上是否是这样的呢?
回答当然是否定的。
因为功放机之所以要做成分体式，其主要的目的是防止音质劣化。
由于Hi-end机对各项技术指标的要求非常严格，为了保证功放机的质量，工程师在设计功放机时，对功率放大器工作时产生的大量热能会不会对前置放大器的工作有影响这样的问题也要考虑，因此，为了保证Hi—end功放机在声音、质量上都有一流的水平就必须设计成分体的形式。
但如果功放机的质量根本就没达到那么高的水平，而又要将它设计成分体的形式，不难推断这很大程度上是出于商业上的原因了。
君不见以往很多廉价日本产套装机也有用分体式功放机的，但这些廉价套装机中分体式功放机的质量如何，相信有一定经验的读者心中自然会明白。
在音响系统中的前置放大器，是连接信号源与功放的枢纽和桥梁。
它有两个作用：
选择不同的输入信号，在不同的信号源间进行切换；控制音量，即是根据人们的需要，控制声音的大小。
前置放大器主要由音源选择、音量控制、音调控制、平衡控制和前置放大等部分组成。
音源选择电路用来选择输入的音频信号，如磁带机、CD机等。
音量控制电路：
用来调节输入后级放大器的信号电平的大小，以便获得不同的音量。
采用的是电位器衰减式音量控制电路。
音调控制电路：
用来调节信号的低频、中频和高频的成分比例，以满足不同的聆听要求。
采用的是RC衰减—负反馈式音调控制电路。
平衡控制：
是立体声前置放大器的特有装置，用于调整左、右声道的音量差别，以校正聆听者偏离左、右音箱中线时的声像偏离，或是校正左、右声道的增益差。
本次设计主要运用了音量控制电路、音调控制电路、平衡控制电路及前置放大。
音源选择选用MP3或是MP4信号。
音量和音调控制电路是功放电路中，常具备的电路，因此也采用了
音频信号经C27耦合到音量电位器VOLUME，经电位器的动臂、R1、C1输往音调控制电路,再到平衡控制按钮。
C3和C5对低音频信号视为开路，C4对高音频信号视为短路。
低音控制电路：
当低音电位器RP3动臂滑到左端时，中音、低音经R5直接送到运放JRC1558的反相输入端（2脚），进行反相输出（7脚），同时从7脚取一路反馈到低音控制电路中，C3、C5将相们相反的中音信号送到低音电位器的左端，对中音进行衰减。
因为反馈回来的容抗大，而电位器的50K全部串联在负反馈电路中，低音在负反馈中不起作用。
因此，对中音、低音的提升量最大。
当低音电位器RP3动臂滑到右端时，与上述情况相反，因而低音衰减最大。
高音控制电路：
当高音电位器RP4动臂滑到左端时，高音经C4直接送到运放JRC4558的反相输入端（2脚），进行反相输出（7脚），同时从7脚取一路反馈到高音控制电路中，C4将相位相反的高音信号送到高音电位器的左端，对高音进行衰减。
由于反馈回来的容搞大，而电位器的50K全部串联在负反馈电路中，高音在负反馈中不起作用。
因此，对高音的提升量最大。
当高音电位器RP4动臂滑到右端时，与上述情况相反，因而高音衰减最大。
图2-3前置放大电路原理图
JRC4558是由两个低噪声、高性能的算放大器组成，是双运算放大集成电路，适用于有源滤波补偿放大器、音频放大器等。
特点：
内含相位补偿电路，噪声低，Vin=2.5uV；速度高，频带宽，fT=3MHz；可采用双列直播封装（DIP8）或微型双列8脚塑料封装（SOP8）
JRC4558内部框图（图2-4）
图2-4JRC4558引脚功能表
表一JRC4558引脚功能表
引出端序号
符号
功能
1
OUT1
输出端1
2
INT1（-）
反向输入端1
3
INT1（+）
正向输入端1
4
VEE
负电源
5
INT2（-）
正向输入端2
6
INT2（+）
反向输入端2
7
OUT2
输出端2
8
VCC
正电源
2.4音调控制电路
音调控制电路的作用主要是为了满足听音者自己的听音爱好，通过对声音某部分频率信号进行提升或者衰减，使整个的声场更加符合听音者对听觉的要求。
一般音响系统中通常设有低音调节和高音调节两个旋钮，用来对音频信号中的低频成分和高频成分进行提升或衰减。
比较高档的音响设备中多采用多频段频率均衡方式，以达到更细致地校正频响的效果。
图2-5
根据其在整机电路中的位置，可分为衰减式、负反馈式以及衰减负反馈混合式音调控制电路三种。
这种电路一般使用高音、低音两个调节电位器；但在少数普及型机中，也有用一个电位器兼作高低音音调控制电路的。
图2-5所示为负反馈式高低音调节的音调控制电路。
该电路调试方便、信噪比高，目前大多数的普及型功放都采用这种电路。
图中C1、C2的容量大于C3，对于低音信号C1与C2可视为开路，而对于高音信号C3可视为短路。
低音调节时，当W1滑臂到左端时，C1被短路，C2对低音信号容抗很大，可视为开路；低音信号经过R1、R3直接送入运放，输入量最大；而低音输出则经过R2、W1、R3负反馈送入运放，负反馈量最小，因而低音提升最大；当W1滑臂到右端时，则刚好与上述情形相反，因而低音衰减最大。
不论W1的滑臂怎样滑动，因为C1、C2对高音信号可视为是短路的，所以此时对高音信号无任何影响。
高音调节时，当W2滑臂到左端时，因C3对高音信号可视为短路，高音信号经过R4、C3直接送入运放，输入量最大；而高音输出则经过R5、W2、C3负反馈送入运放，负反馈量最小，因而高音提升最大；当W2滑臂到右端时，则刚好相反，因而高音衰减最大。
不论W2的滑臂怎样滑动，因为C3对中低音信号可视为是开路的，所以此时对中低音信号无任何影响。
普及型功放一般都使用这种音调处理电路。
使用时必须注意的是，为避免前级电路对音调调节的影响，接入的前级电路的输出阻抗必需尽可能地小，应与本级电路输入阻抗互相匹配。
图2-6所示为衰减式高低音调节的音调控制电路。
电容C1、C2的容量大于电容C3、C4；对于高音信号C1与C2可视为短路，而对于低音信号则可视为开路；C3与C4对于高音信号可视为短路，而对于中低音信号则可视为开路。
图2-6
图2-10所示为衰减负反馈混合式高低音调节的音调控制电路。
低音输入衰减网络由R1、R2、W1左臂、C1组成，低音负反馈网络由R6、R3、W1右臂、C2组成；高音输入衰减网络由R1、R4、W2左臂、C3组成，高音负反馈网络由R6、R5、W2右臂、C3组成；C1、C2、C3的作用与图2中的完全一样。
图2-10
图2-9
图2-8
图2-7
目前，许多中高档AV功放电路中都采用了专用音调控制IC，如M62411FP、TDA7315、TDA7449等。
图2-7所示的AV功放电路，使用了TDA7449，其内部含有高低音调节电路，它通过I2C总线由单板CPU输入控制数据来调节音调，高、低音调节范围均为±14dB，调节步进台阶为2dB每级；该电路外接元件少，控制简单、精确。
3.音量、响度补偿、平衡控制等电路 常用的音量控制方式是信号衰减式，由电位器来完成。
通过调节信号的衰减量，改变扩音系统输出功率的大小，从而使扬声器重放出来的声音强弱得到调节，实现音量控制。
现在AV功放中一般都使用步进式双联同轴电位器作主声道音量控制。
为实现遥控，也有采用双联马达电位器的。
在中高档机中则使用数字式电子音量控制的较多，通过可360度全方位旋转的脉冲电位器或按键与单片CPU来控制专用音量IC，达到控制音量的目的。
响度补偿控制，是为了弥补人耳在音量小时对声音的低频域及高频域的听觉灵敏度下降的缺陷，而自动改变放大器频响的一种电路。
常用方法是将特定的阻容网络接入音量电位器的抽头**同构成响度控制，调节音量时使高、低音的提升量自动变化。
图2-8为普及型功放常采用的响度控制电路，当音量电位器关小且开关SW接通时，电位器W的上半部分与C1构成并联高音提升网络，而电位器下半部分电阻与C2、R并联构成中高频衰减网络，也就是低音提升网络。
这样就起到了等响度补偿作用。
当SW接到断开位置时，响度补偿则取消。
平衡控制电路是通过校正左右声道的增益差来调节左右声道的音量差别，达到校正声像偏移的目的。
图2-9为普及型功放常采用的一种控制方式，仅使用一个线性电位器。
当滑动臂位于中心位置时，两声道输出幅度相等（设定两输入幅度相等），每个声道的插入损耗均为3dB。
当滑动臂滑向任一顶端时，一个声道的强度增加3dB左右，而另一个声道的强度则变得很小，甚至变为零，这样就实现了左右平衡控制。
这种电路要求使用的电位器阻值较高，一般为47～100kΩ，阻值变化规律相对于中点具有对称性。
在中高档AV功放中则大多采用电子平衡控制电路，如图7所示的TDA7449其内部含有电子平衡控制电路，通过单片CPU输入控制数据来调节左右平衡量，能在－80～0dB范围内以1dB每级的变化量调节左右声道的平衡变化。
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将来自前置放大器的信号放大到足够能推动相应扬声器系统所需的功率。
按电路所用的器材分类，可以分为电子管功率放大器、晶体管功率放大器、集成电路功率放大器。
晶体管功率放大器：
具有体积小、功率大、能耗少等特点，技术参数指标高，具有良好的瞬态特性。
分立元件构成的电路结构，被应用在很多功率放大器中。
电子管功率放大器：
在20世纪60年代以前均采用电子管作功率放大器，后来被体积小、功率大、耗能少的晶体管所取代。
集成电路功率放大器：
它的最突出优点是可靠性高，外围电路简单，组装方便，不足之：
处是电声指标（功率、频响、失真度、信噪比等）和音质皆不如分立元件组成的放大器。
本设计所采用的是晶体管功率放大器，它克服了电子管功放的两个缺点，一是阻尼系数可做得很高，有良好的瞬态特性，在声音的节奏感，力度上要比胆机明快、爽朗、有力；二是无需变压器，不仅节省成本，缩小体积，而且避免了由变压器所引起的失真。
晶体管放大器是现时市场上汽车音响功率放大器的主流产品，品种繁多，档次齐全。
2.4.1功放原理（图2-11）
左声道：
当输入的音频信号处于“正半周”时，VT1导通，VT3截止，“正半周”信号经VT1、VT2差分放大后，从VT1集电极直接耦合到VT5的基极，经VT5放大到足够的幅度，激励VT7和VT9输出正半周的信号。
同理，当音频信号处于“负半周”时，VT3导通，VT1截止，“负半周”信号经VT3、VT4差分放大后，从VT3的集电极直接耦合VT6，的基极，经VT6放大到足够的幅度，激励VT8、VT10输出负半周信号。
右声道：
当输入的音频信号处于“正半周”时，VT11导通，VT13截止，“正半周”信号经VT11、VT12差分放大后，从VT11集电极直接耦合到VT5的基极，经VT15放大到足够的幅度，激励VT17和VT19输出正半周的信号。
同理，当音频
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