音频功率放大器论文

目录目录1摘要1第一章绪论211课题的意义、目的212主要研究内容、范围213应解决的问题2第二章电路的选择321集成电路和分立元件的电路区别322OTL和OCL电路的区别3第三章单元电路的设计431设计方案分析432直流稳压电源433直流稳压电源各部分功能分析6电源变压器的作用是为整个电路提供电源支持。6332整流电路6333滤波电路6334稳压电路734前置放大器7341前置放大电路工作原理的分析835音调控制电路9第四章电路工作原理第五章电路仿真13第六章总结18附录一19附录二20参考文献23摘要本次课程设计的题目为音频功率放大器，简称音频功放。音频功率放大器主要用来推动扬声器发声。设计中的音频功率放大器主要由直流稳压电源、前置放大电路、音调控制电路、二阶带通滤波电路、功率放大电路。直流电源采用桥式电路进行整流，输出采用LM78XX和LM79XX系列三端集成稳压器。设计中用MULTISIM110对电路进行仿真。对直流稳压电源进行了输出电压验证。对功率放大电路进行了输入和输出功率分析。对吼对总电路进行分析总结并得出结论。关键词音频功放；音调电路；带通滤波；第一章绪论11课题的意义、目的研究音频功率放大器的意义在于，音频功率放大电路设计的领域十分广泛，在我们身边的许多电子产品中都会有它的身影，小到我们平时听歌的MP3，大到城防警报系统，还有许多需要放大音频信号的地方都要用到音频功率放大电路，身为电子工程系一名学生我有必要仔细研究一下它的工作原理以及构成，通过细致的研究希望能在今后的工作以及相关类似产品的研究维修方面给我提供经验。12主要研究内容、范围对于音频功率放大电路设计的研究内容由硬件和软件两大部分组成，硬件部分由前级放大电路、功率放大电路、音调电路、带通滤波电路组成，软件部分由键盘扫描、部分构成。研究的范围是在音频信号在人耳接受的2020000HZ的频率范围内对麦克风出入进来的声音信号进行相应放大倍数的放大最后由喇叭输出。13应解决的问题本次研究的课题和我以往研究的课题有很大的不同，原来研究的课题都是对软件的程序上要就比较高，这次的音频功率放大电路设计的难点在于硬件电路各个元器件的选取上，因为功放的技术指标要求相对较为细致，输入电压输入阻抗，失真度，负载能力等一系列指标的要求下对硬件电路的设计尤其是元器件的选择就要多下功夫进行一些列的计算，需要不断地调试硬件电路才达到了相应的技术指标。软件方面需要解决的问题是熟练掌握C语言对单片机系统进行编程，编写程序时加强对程序层次化设计的能力以及程序的可读性，不断地修改程序最终实现功能。第二章电路的选择21集成电路和分立元件的电路区别集成电路的优点1体积小、质量轻、功能全。2可靠性高、寿命长、安装方便。3频率特性好、速度快。（4专用性强。5集成电路需要外接一些辅助元件才能正常工作。立元件最大的优点就是可以任意匹配，一个元件可能无法满足要求，但可以用多个元件来组合，变通。这一点集成电路是不可能达到的而从集成电路的方便，容易集成的特性，并根据我们的能力范围，所以选择的集成电路。22OTL和OCL电路的区别电路的机构基本相同，只是OTL使用单电源供电，输出时使用大容量的电容隔离直流，只适合交流放大；OCL电路使用对称的正负电源供电，因为有中点电压0V，故而可以直接输出，适合于交流和直流的放大。由于我们的电路只需要放大交流信号，故我们决定选择OTL电路第三章单元电路的设计31设计方案分析根据设计课题的要求，音频功率放大器可由图1所示方框图实现，下面介绍各部分电路的特点及要求。图132直流稳压电源由于本次设计全部采用12V直流电源，则必须设计一个直流稳压电源，将220V的交流电源经过降压和稳压之后成为稳定的12V直流电源。因为本次设计需要对称的双电源，因此必须选择次级有三端抽头的变压器，经过桥式整流电路之后，输出对称的正负电源。要构成线性直流稳压电源，最简单的方法就是采用三端集成稳压器。这种集成电路块内部完整地集成了采样电路、比较放大、调整电路、保护电路和启动电路等功能，但是外部引脚只有三个端口，分别接输入电源、地，另一个端口输出，其使用十分简单，只要将三个端口按规定接入电路就可以使用。由于需要12V直流电源，则集成三端稳压电源模采用7812和7912为负三端稳压，7812为正三端稳压。音调控制前置放大功率放大信号输入二阶带通滤波电路12V直流稳压电源设计如下图27912直流稳压电源这里采用的三段式稳压器W7812和W7912。由于集成电路工艺迅速发展，集成稳压电路的制成也具有集成电路的共同特点体积小、外围元件少、性能稳定可靠、使用调整方便和价廉。因此这里也采用三段式稳压器。图3LM7812直流稳压电源33直流稳压电源各部分功能分析电源变压器的作用是为整个电路提供电源支持。332整流电路整流电路一般是具有单向导电性的二极管构成，经常采用单向半波，单相全波，单向桥式整流电路。我们常采用的是4个二极管，组成单向桥式整流。在整流过程中4个二极管轮流导通，无论是正半周还是负半轴，流过负载电流的方向是一致的，形成全波整流。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。333滤波电路在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路，加入电容滤波电容后，由于电容式储能元件，利用其充放电的特性，是输出平滑电流，减少脉动成分，以达到滤波的目的。为了是滤波效果好，选用大电容作为滤波电容。因为电容的充放电时间常数越大，充放电的过程就越慢，脉动成分越少，同时使得电压越高。334稳压电路常用的稳压电路有两种形式一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。二者的工作原理有所不同。稳压管稳压电路器工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起器电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。它一般适用于负载电流变化较小的场合。串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。本次设计中我们需要的是12V的电源，所以我们用LM7812输出12V的电压，LM7912输出12V的电压。34前置放大器音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行前置放大，经过音的调制，在经过功率放大，把声音输出给扬声器。声音源的种类很多，如（传声器）、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等。这些声音源的输出信号电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输出灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器的话。对于输入过低的信号，功率放大器的输出功率不足，不能充分发挥功放的作用。假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真。这样就失去了音频放大的意义。所以一个音频功率放大的放大系统必须设置前置放大器。以便放大器适用不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。前置放大器的功能有两个一是选择所需要的音源信号，并放大到额定电平；二是要进行各种音质控制。以美化声音。另外在各种声源中，除了信号幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机的输出信号和磁带放音的输出信号的频率特性曲线上呈翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态。即加入频率均衡网络放大器。对于话筒和线路的输入信号，一般只需要将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配。二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100UV几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响非常大，前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外要设置合适的静态工作点，由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，采用低噪声场效应管组成的放大器是合理的选择，如果采用集成运算放大器构成的前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。对于前置放大器的另一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不是真的放大。XFG1RS820RE12KRB218KRL43KRC22KRB151KC168FCB68FC268FVCC12VQ12N2222AXSC1ABEXTTRIG_图4前置级放大电路341前置放大电路工作原理的分析本次设计的前置放大电路采用的是共基极放大电路。共基极放大电路的电流放大倍数小于1而接近于1，但是具有较大的电压放大倍数，仍具有功率放大的作用，输出电压与输入电压相位相同，输入电阻小，输出电阻较大。共基极放大电路允许的工作频率较高，高频特性好。35音调控制电路音调控制是指人为地调节输入信号的低频、中频、高频成分的比例，改变音响系统的频率响应特性，以补偿音响系统各环节的频率失真，或用来满足聆听者对音色的不同爱好。反馈式音调控制电路只改变电路频率响应特性曲线的转折频率，而不改变其斜率。反馈式音调控制电路可以很好地补偿音响系统的频率失真，而且适应于人耳的听觉特性4。例如100HZ左右、100KHZ左右，并且要求在进行高低音调节时，中心频率（一般指1KHZ）附近频率特性应保持基本不变，以保持音量。图5音调电路电路的频率响应分析如下20LGAVFDB01020F2LF1LF_ARP2C2R1R2R3VIVO6DB/倍频程A低音提升等效电路图B低音提升等效电路幅频响应波特图35带通滤波器带通滤波器的功能是让范围内的有用频率信号通过，而高于或低于此频段的信号将被抑制或衰减。带通滤波器按设计要求由低通滤波器和高通滤波器组成。带通滤波器可由RC元件组成有源滤波器，也可由RC元件与运算放大器组成有源滤波器。带通滤波器可由一阶滤波器组成，也可由二阶滤波器组成。要求低通截止频率FH大于高通截止频率FL。XFG2XSC1ABEXTTRIG_U1OPAMP_3T_VIRTUALR215KR38R58XBP1INOUTR616C301FC401FR716K图6带通滤波器（1）FHFN1/2RC2100HZ设C01UF，R1/2CFH1/2011065016（2）HZ102/KRCFHLR1/2CFH1/2011065016K第4章电路工作原理第五章电路仿真图17912直流稳压电源仿真波形图图2LM7812直流稳压电源电路仿真波形图图3前置放大的波形图图4带通滤波器的通频带图5音调电路高音输出波形图6音调电路低音输出波形第六章总结本学期我们学习了模拟电子技术，这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业有密切联系，且都是理论方面的知识。但是学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期模电学习即将结束的时候，老师为我们安排了课程设计。课程设计是培养学生综合运用所学知识发现、提出和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节。不仅能加深我们对电子电路的认知，而且还及时、真正的做到了学以致用。在设计过程中，我们在模拟仿真过程中遇到了许多问题，我发现电路的连接要小心，一不注意就会没连上，只有当示波器上没有波形显示的时候才会发现。而在这之前我不知道总是出错。后来我查阅了一些书籍，上网查资料，加上同学的帮助，最后终于使理论与仿真结果相符合。回顾起此课程设计，感慨颇多，从理论到实践，在这个星期里，可以说苦多甘甜，但是我从中学到了许多东西，这不仅巩固了书本上所学的知识，而且还学到了许多书上没有的东西，在这次的课程设计过程中，也在与同学分工设计、相互讨论、相互学习中我们学会了合作、宽容、理解、也学会了为人处世。附录一附录二音调控制电路元件列表7912稳压电源元件列表元器件名称元器件参数元器件名称元器件参数R143KR251KR5510KR633KRP1500KRP2500KC1240PFC210UFC362NFC462NFU1集成运放元器件名称元器件参数元器件名称元器件参数R11KC11000UFC2033UFC301UFU1LM7912CTT1IRON_CORE_XFORMERD13N259V112V带通滤波