功放设计方案.docx

1、功放设计方案音频功率放大器设计方案31102140 宇洋 通信110331102391 宇超 自动化1102 一、设计任务和设计要求：1功能：音频功率放大器用于驱动扬声器发声，将话筒接收到的电信号放大后从扬声器传出。音频放大器有两种，一种是专用于音频放大的运算放大器，它在音频围有比拟好的性能主要是频响特性和失真特性，好的音频放大器这两个特性都非常好，一般用于音响的前置放大级；另一种是音频功放，也就是功率放大电路，用于音响的驱动级，可以驱动功率比拟大的喇叭或者音响，使之发出声音；运算放大器是集成放大电路的统称，其概念围比音频放大器特指用于前置放大的音频放大器大，且有更大的应用围，其频率适用围远远

2、大于音频放大器，往低到直流，高的可以到达几百M甚至G赫兹级。简单的说，音频放大器就是一种特殊的运放。2主要设计指标：1、负载阻抗：RL=82、额定功率：P0=20W3、带宽：BW20Hz20KHz。4、音调控制： 低音：100Hz12dB 高音：10kHz12dB1KHz处增益为0dB5、失真度：3%6、输入灵敏度：Vi775mV, ViC33，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，电路图如下列图4a和图4b所示：图4 低频提升与衰减电路增益为：=-(RP31+R32)/R31*1+(j)/2/1

3、+(j)/1式中：1=1/RP31*C32， 2=RP31+R32/RP31*R32*C32(3-4)当ffL1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=0.14 AVL 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

4、高频等效电路电阻关系式为： Ra=R31+R31+R31R31/R32Rb=R34+R32+R34R32/R31 Rc=R31+R32+R32R31/R34假设取R31=R32=R34， 那么上式为：Ra=Rb=Rc=3R32=3R34 高频提升与衰减的等效电路如下列图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=10dB。在f=fH1时 AV3=AV0 此时电压增益AV3相对于AV0高3dB 。在f=fH2时， AV4=10/AV0此时电压增益 AV4相对于AV0提高了17dB。当时，视为端路，此时电压增益 AVH=Ra+R33R33同理可以得图示电

5、路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。又，由计算式得：，那么 ； ，那么 AVL=RP31+R32/R3120dB其中，R31，R32，RP31不能取得太大，否那么运放漂移电流的影响不可无视。但也不能太小，否那么流过它们的电流将超过运放的输出能力。常取几千欧姆至几百千欧姆。现取RP31=470K，那么AVL=RP31+R32/R31=1120.8dB取标称值0.01，即取 R34=R31=R32=47K，那么 ， 取标称值 ， 取标称值470PF 取，级间耦合电容3、 功率放大器功率放大器的作用是给音响放大器的负载一般是扬声器提供所需要的输出功率。功率放大器的主要性能指标有最大输出不失

6、真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率。目前常见的电路构造有OTL型、OCL型、DC型和CL型。有全部采用分立元件晶体管组成的功率放大器；也有采用集成运算放大器和大功率晶体管构成的功率放大器；随着集成电路的开展，全集成功率放大器应用越来越多。由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、本钱低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，所以使用非常广泛。芯片选用LM1875，而一个LM1875的输出功率最大只能到达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

7、法进展设计:BTL电路它是在OTL电路和OCL电路的根底上开展起来的新型功率放大电路，其工作原理如下：图3-7 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19。BTL电路可以采用单电源供电，且不需要输出电容，这不仅克制了输出电容的影响，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，在每个信号半周能利用全部电源电压除去饱和压降，同单端电路相比，在一样电源电压和一样负载时，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一样，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，

8、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。如下列图所示：图3-8倒相电路图中VT组成的单

9、管放大电路没有电压放大作用，它采用分压式偏置供应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IcIe，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。那么功率放大电路如下列图所示： 图3-9 BTL功率放大电路三、主要单元电路的参数设计：1反应网络电阻值的选取 LM1875的增益为26dB，即有： (3-20)所以有： ，通常取 =1K左右， 那么 =20K。2隔直电容 应满足在下限频率上 的容抗远小于R1，取 =10。 (3-21)电源旁路电容： ， 4 LM1875的简介4.1 LM1875的参

10、数简介 LM1875采用TO-220封装构造，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。该集成电路部设有过载过热及感性负载反向电势平安工作保护11。 LM1875主要参数：电压围： 1660V 静态电流： 50mA 输出功率： 25W 谐波失真： 0.02%，当f=1kHz，RL=8，P0=20W时额定增益： 26dB，当f=1kHz时 工作电压： 25V 转换速率： 18V/SLM1875极限参数：电源电压(Vs) 60V输入电压(Vin) -VEE-Vcc V工作结温(Tj) +150存储结温(Tstg) -65-+1504.2 LM1875的工作原理LM1875功放板由一

11、个上下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局部组成，音调局部采用的是上下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

12、激。本放大器的负载阻抗为41611。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。4.3 LM1875的电路特点LM1875功率较TDA2030及TDA2021都为大，电压围为1660V。不失真功率为20WTHD=0.08%，THD=1%时，功率可达40W人耳对THD10%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12。LM1875是美国国家

13、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构造。如图1所示，该集成电路在25V电源电压RL=4可获得20W的输出功率，在30V电源8负载获得30W的功率，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) 极宽的工作电压围16-60V。(8) 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=4)。