音频功率放大电路设计..doc
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音频功率放大电路设计
电子技术课程设计
设计题目：
音频功率放大电路设计
专业：
xxxxxxxxxxxxxxxxxx
学生姓名:
xx学号:
起止日期:
2012年1月1日～2012年1月12日
指导教师:
xx
音频功率放大电路设计
摘要：
结合实际设计了一种音频功率放大电路。
该电路由前置放大电路、衰减式音调控制电路、功率放大电路组成。
为了验证电路的可行性利用Multisim软件进行了仿真，并进行了系统的安装。
该电路用来把微弱的声音电信号进行放大，以获得足够大的输出功率推动扬声器。
关键词：
音频功率放大；衰减式音调控制电路；Multisim
Audiopoweramplifiercircuitdesign
Abstract:
combinedwiththeactualdesignofanaudiopoweramplifyingcircuit.Thecircuitcomposedofapre-amplifiercircuit,attenuationtypetonecontrolcircuit,apoweramplifyingcircuit.InordertoverifythefeasibilityoftheuseofMultisimsoftwareofcircuitsimulation,andtheinstallationofthesystem.Thecircuitusedtobringthefaintsoundelectricalsignalisamplified,toobtainenoughoutputpowertodrivealoudspeaker.
Keywords:
audiopoweramplifier;attenuationtypetonecontrolcircuit;Multisim
目录
1.设计课题的要求和实现方法……………………………4
2.系统的设计方案…………………………………………4
3.电路的工作原理…………………………………………5
3.1音频功率放大电路……………………………………5
3.2音调控制电路…………………………………………5
3.3其他电路和元器件的说明……………………………11
4.元件参数计算说明………………………………………11
4.1衰减式音调控制电路的计算…………………………11
4.2整机电压增益………………………………………12
5.仿真分析…………………………………………………13
6.元器件的焊接和系统调试………………………………18
6.１元器件的焊接…………………………………………18
6.２调试要点………………………………………………18
7.元器件选择表……………………………………………19
8心得体会……………………………………………………20
9参考书目……………………………………………………20
1.设计课题的要求和实现方法
设计并制作一音频功率放大电路，具体要求如下：
（１）功率放大电路能够提供10倍的电压增益；
（２）功率放大电路的下限频率小于100Hz，上限频率大于10KHz;
（３）在负载电阻为8的情况下，输出功率≥1W；
（４）功率放大电路效率大于50%；
（５）输出信号无明显失真；
（６）输入电阻：
600。
音频放大器主要用来对音频信号（频率范围大约为数十赫兹至数十千赫兹）进行放大，是一种通用性较强的应用电路，它广泛用于收音机、录音机、电视机和扩音机等整机产品中，用来把微弱的声音电信号进行放大，以获得足够大的输出功率推动扬声器。
它也是音响装置重要的组成部分，通常把它叫做扩音机。
它应具有以下几方面功能。
（1）对音频信号进行电压放大和功率放大，能输出大的交流功率。
（2）具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，负载能力强。
（3）非线性失真和频率失真要小（高保真）。
（4）能对输入信号中的高频和低频部分（高低音）分别进行调节（增强或减弱），即具有音调控制能力。
2.系统的设计方案
制定系统总体设计方案时应注重安全性、稳定性、性价比、集成和分立元件相结合、设计中用到的元器件易购买等问题。
系统的总体设计方案如图一所示，主要由前置放大电路、衰减式音调控制电路、功率放大电路组成。
输出
声音
音频
功放
前级
电路
功放
图1设计流程图
音频功率放大器实际上就是对音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。
前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。
后一级主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。
设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。
图2音频放大器完整电路
图2为由集成运算放大器、晶体管、衰减式音调控制电路及外围元件组成的音频功率放大电路。
该电路由12V双电源供电，属于功率放大电路。
3.电路的工作原理
3.1音频功率放大电路
音频功率放大电路的输入信号电压，易产生输出信号失真。
所以，音频信号经过电位器分压后引入到集成运算放大器的同相输入端，进行电压信号的放大和抑制零点漂移。
之后经组成的复合式互补对称电路，进行信号的调整和放大电流，最终推动扬声器发出声音。
同时，将部分信号经电位器和电阻引入到运算放大器的反相输入端。
该电路扮演双重角色：
一方面够成了电压串联负反馈，起到稳定输出电压、提高输入电阻的作用；另一方面与集成运算放大器相结合构成同相比例运算电路，其功率放大的电压增益为：
调整电位器和电阻参数，可以改变放大电路的电压增益。
3.2音调控制电路
衰减式音调控制电路如图3所示。
电路中的元件参数满足下列关系：
C1和C2容量远小于C3和C4，电位器Rw1和Rw2的阻值远大于R1和R2的阻值。
根据放大电路频率特性的分析方法，下面分成3个频段来讨论。
（1）中频区
此时C3和C4可视为短路，而C1和C2可视为开路，简化等效电路如图4所示。
此时电路为开路，简化为。
此时电路的传输系数为
可见，中频区输入信号是按固定比例有衰减地传输过去。
（2）低音区
因为信号频率较低，c1和C2仍可看成开路，但C3和c4不能再看成为短路，等效电路如图所示。
此时，根据Rw2滑动端所处位置的不同，输出电压Uo也不同。
①Rw2滑动端在最上端时，对应的等效电路如图6（a）所示。
电路的电压传输系数为
ȦL=
=
=
=
式中
，
ＡＬ的幅值为
（a）（b）
图6Rw2动端处于最上端时的等效电路和幅频特性
当信号频率较高（接近中频区），满足L1和L2时，则ＡＬ≈L1/L2=即为上述中频区的电压传输系数。
如果信号频率很低，满足L1和L2时，则由于叫/L1和叫/L2均远小于1，使≈1，表明此时信号几乎没有衰减地传递到输出端，故在此频率范围的信号电压相对于中频区提高了。
当信号频率处于ƒL1<ƒ<ƒL2范围时，电路的传输系数随着频率的降低而逐渐增大，其变化的频率近似于一6dB／倍频程。
RW2动端在最上端时的低频区电压传输系数和频率的关系（幅频特性）如图6（b）所示，该图是用折线代替曲线的近似画法。
由图可看出低音区的电压信号相对于中频区而言得到了提升（增强）的效果，其中频率ƒL2为低音开始提升的转折频率，ƒL1为由提升转入平坦时的转折频率，在低频区电压信号提升的最大值为
②当把电位器RW2滑动端移动到最下端时，其等效电路如图7（a）所示，它构成了低音衰减电路。
此时输出电压为
。
式中：
——电位器ＲＷ２与电容Ｃ3并联支路的阻抗。
（a）（b）
图7动端处于最下端时的等效电路和幅频特性
当频率ƒ降低时，XC3增大，则RW2∥XC3增大，从而使输出电压减小，即低音受到衰减。
同样可以写出该电路的电压传输系数，其值为
式中
则
当信号频率较高（接近中频区），满足时，则，即为上述中频区的电压传输系数。
当信号频率很低（时），，即，相对于中频区的电压信号衰减了。
在信号频率处于范围时，电路的传输系数随着频率的减小而降低，其幅频特性如图7（b）所示，可见在低音区的电压信号相对于中音区产生了衰减，图中
式中，——信号开始衰减时的转折频率，而
式中，——由衰减转变到平坦时的转折频率，衰减段的斜率为-6dB／倍频程。
（3）高音区
信号在高频率区，电容C3和C4都可看成短路，简化电路如图8所示。
此时，根据RW1滑动端的位置即可确定所对位输出电压的大小。
①滑动端移至最上端时，由于RW1R2，Rw1和C2支路可视为开路，于是简化电路如图9（a）所示。
可得，
式中，，随着频率ƒ的升高，C1容抗下降，Z1减小，Uo增大，即高频信号被提升。
当频率上身到某一频率时，电容C1可看成短路，Z1≈0，于是Uo≈Ui,输出达到最大值。
该等效电路的传输系数为
式中，
所以
若信号频率较低（接近中频区），满足时，则和均1，于是≈为中频区的电压传输系数。
（a）（b）
图9电位器RW1动端在最上面时的等效电路和幅频特性
若信号频率很高，满足时，则和均1，于是≈，此时几乎全部输入信号都传递到输出端，表明在高音区的电压被提升的最大范围为。
当信号频率处于范围时，随着频率的增加使电路的传输系数也增大，其幅频特性如图9（b）所示。
可见，高音电压信号得到提升。
图中为高音开始提升的频率，为由提升进入平坦的频率，提升段斜率为6dB／倍频程。
②当电位器Rw1。
滑动端移至最下端时，简化的等效电路如图10（a）所示，输出电压为
（a）（b）
图10动端移到最下端时的等效电路和幅频特性
随着电压信号频率ƒ的增加，电容C2容抗减小，则Z2减小，于是输出电压Uo减小，使高频信号被衰减。
对应的电压传输系数为
式中
所以
同样可以画出电路传输系数的幅频特性，见图10（b）。
可见，随着信号频率的增大，输出信号衰减量愈来愈大，获得高音衰减的效果，图中为高音开始衰减的转折频率。
综合上述高、低音的提升和衰减特性，并使电路参数选择合适（），就形
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