基于小功率放大器的音质效果的改进设计方案

I 基于小功率放大器的音质效果的改进设计方案 一、 课题名称：基于小功率语音放大器的音质效果的改进设计 二、 指导老师： 三、 设计内容与要求： 1、课题概述 话音放大器的作用是不失真地放大输入的音频信号。由于人发出的声音频率在 3403400波在传播中会产生反射、折射和干涉等现象，到达话筒的信号比人从声带中发出来的声音要小，同时话筒是一种换能器，它将声能转化为电能，话筒的输出信号一般很小，而输出阻抗很大，则要求对话音进行放大。由于声音在空气中传播产生谐波失真，谐波失真是指声音回放中 增加了原信号没有的高次谐波成分而导致的失真，则要在话音放大器中设计滤波器，提高输出信号的高保真性能。此外，话筒的频率特性、性噪比和灵敏度也直接影响着重现声音的音质。但是我们现在的语音放大器的输出含有较多的噪音。那么如何减少噪音和不必要的干扰从而提升放大器的音质效果是一个很有意义的课题。通过 这次毕业设计，学生不仅可以学会如何设计小功率语音放大器，更可以学会如何在此基础上使放大器的性能有所提升。 2、设计内容与要求： 1. 设计任务 设计并制作有一定输出功率的话音放大电路，并提出其改进方法。 2 技术指标 （ 1） 电路采用 5V 单电源供电； （ 2） 前置放大器由两级放大器构成，其中 放大器 1 的增益为 20大器 2 的增益 为 20第二级放大器 增益可调； （ 3） 带通滤波器：通带为 300 （ 4） 输出额定功率 P真度 10%；负载额定阻抗为 8 。 四、设计参考书 模拟电子技术 高等教育出版社 电力电子技术 高等教育出版社 数字电子技术 高等教育出版社 电路理论 高等教育出版社 电工基础 高等教育出版社 集成放大电路的设计 高等教育出版社 五、内容 1、封面 2、目录 3、内容摘要 (200英文 ) 4、引言 5、正文 （设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说明及特点） 6、结束语 7、附录 (参考文献、图纸、材料清单等 ) 六、 设计进程安排 第 1周： 资料准备与借阅，了解课题思路。 第 2 设计要求说明及课题内容辅导。 第 4 7周：进行毕业设计，完成初稿。 第 7 第一次检查，了解设计完成情况。 第 11周： 第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。 第 12周： 毕业答辩与综合成绩评定。 七、毕业设计答辩及论文要求 1、 毕业设计答辩要求 答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。 学生答辩时，自述部分内容包括课题的任务、目的和意义，所采 用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。 答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。 2、 毕业设计论文要求 文字要求说明书要求打印 (除图纸外 )，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。 图纸要求按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。 曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国 家规定的标准或工程要求绘制。 要 随着社会的发展、人们生活水平的提高，音响作为一件平常的家用电器已经走进了千家万户。音响是什么？音响的定义究竟怎样呢 ?促使你是一位音响发烧友 ,也许一下子也难以回答这个问题。其实，音响就是“用来扩声和重放或指欣赏音乐用的高品质电子电声装置”。其基本组成为：音源、功放和音箱。一套音响要被人接受，首先其保真度要高，即声音经过加工、传输和重放过程中能忠实地还原音乐原有的内容。要做到高保真，以下几点必须做到：1，音源输出信号的失真要小； 2，音响设备在技术、性能方 面，有很高的指标； 3，要高保真聆听，使放音环境符合声学要求，注意音箱的摆位。传统的高保真音响一般都是双声道设计，听音者在规定的位置上，即使闭上眼睛也能感觉到舞台上各个人物或乐器的位置。可见，这三部分都起着举足轻重的作用。现在我要详细探讨的就是这三大件之一 功放。 因此，本课程设计针对小功率放大器音效改进的问题，进行了认真的分析，找出影响音效的主要因数。本文主要介绍基于 放电路的设计，它在音频应用场合能提供非常低的失真度和高质量的音色，还具有了高增益、低功耗、外接元件少等特性。在当今社会中，经过了 几代科学家的不断努力和尝试，它的技术已经日益成熟，能让我们近一步了解音频功率放大器。 关键词： 功放 音质 失真 V of of s as an of is he of of s an of a it is to isto or to is of to be of to,be ,is ,in is a ,to to to of i on if or of an to in is of is on in in it a s of of is us 录 第一章 绪 论 . 1 率放大器概述 . 1 率放大器概念 . 1 作原理 . 1 本组成 . 1 种工作状态 . 2 字音频功率放大器 . 2 字音频功率放大器的发展现状概述 . 2 字功放的发展历史 . 3 字功放领域的新技术 . 3 字功放是专业功放的主要发展方向 . 3 拟音频功率放大器 . 4 拟音频功率放大器分类 . 4 字功放和模拟功放对比详解 . 5 第二章 工作原理 . 7 统概述、设计思路 . 7 统组成与工作原理 . 7 工作原理 . 7 意事项 . 9 能框图 . 11 计电路图 . 12 器件明细表 . 13 试所需的仪器设备 . 13 计的难点和可能出现 的问题 . 13 现的问题及解决方案 . 14 期达到的性能指标 . 14 第三章 数字音频功率放大器的改进设计 . 15 制方式的改进设计 . 15 统 制方案 . 15 进后的双路反宽调制方案 . 16 宽调制器的改进设计 . 18 样方式 . 19 第四章 总结与展望 . 21 考文献 . 23 附表 . 24 1 第一章 绪 论 率放大器概述 功放 的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大，推动音箱放声。一套良好的音响系统功放的作用功不可没。 功放，是各类音响器材中最大的一个家族，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同 1 。 率放大器概念 功率放大器（英文名称： 简称“功放”，是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一 负载（例如扬声器）的放大器。功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出 2 。 作原理 利用 三极管 的电流控制作用或场效应管的 电压 控制作用将电源的 功率 转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的倍，是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原先的倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流放大，就完成了功率放大 3 。 本组成 功率放大器通常由 3 部分组成：前置放大器、驱动放大器、末级功率放大器。 1)前置放大器起匹配作用：其输入阻抗高（不小于 10可以将前面的信号大部分吸收过去，输出阻抗低（几十以下），可以将信号大部分传送出去。同时，它本身又是一种电流放大器，将输入的电压信号转化成电流信号，并给予适当的放大。 2)驱动放大器起桥梁作用：它将前置放大器送来的电流信号作进一步放大，将其放大成中等功率的信号驱动末级功率放大器正常工作。如果没有驱动放大器，末级功率放大器不可能送出大功率的声音信号。 3)末级功率放大器起关键作用：它将驱动放大器送来 的电流信号形成大功率信号，带动扬声器发声，它的技术指标决定了整个功率放大器的技术指标 4 。 2 种工作状态 功率放大器按工作状态的不同，可分为甲类、乙类和甲乙类三种。甲类放大器的特点是工作点选在输出特性曲线线性区的中间位置，信号电流在整个周期内都流通，失真小但效率低，输出功率也小。乙类放大器工作点选在基极电流等于零的那条输出特性曲线上，信号电流只在半周期内流通，效率高，输出功率大，但失真严重。第三类放大器的工作点既不象乙类放大选得那样低，也不象甲类那样高，电流截止的时间小于半周期，工作性能介于甲类 和乙类之间 5 。 字音频功率放大器 数字功放的基本电路是早已存在的 D 类 放大器 （国内称丁类放大器）。以前，由于价格和技术上的原因，这种放大电路只是在实验室或高价位的测试仪器中应用。这几年的技术发展使数字功放的元件集成到一两块芯片中，价格也在不断下降。理论证明， D 类放大器的效率可达到 100%。然而，迄今还没有找到 理想的开关元件，难免会产生一部分功率损耗，如果使用的器件不良，损耗就会更大些。但是不管怎样，它的放大效率还是达到 90%以上 6 。 字音频功率放大器的发展现状概述 随着现代电子技术的不断发展，集成电路被广泛应用于各类电子电路中。随着近十几年来半导体技术的进步，功率放大电路也得到了飞速的发展和应用。音频功率放大电路是原理上最为基本、应用上最为广泛的功率放大电路。目前大部分音响系统中的功放都是模拟类型，传统的模拟功放按放大器的工作状态可分为： A 类、 B 类、 等形式。 A 类、 功放是音响系统中最为 常用的功放。传统类音频放大器的一个共同缺点是效率很低， A 类音频放大器的理论效率是 25%，实际效率大约为 15B 类音频放大器的理论最大效率是 5%，实际效率在 50间。无论 A 类， B 类还是 音频功率放大器，当它们的输出功率小于额定输出功率时，效率就会明显降低，播放动态的语言、音乐时平均工作效率只有 30%左右。音频功率放大器的效率低就意味着工作时有相当多的电能转化成热能，也就是说，这些类型的音频功率放大器要有足够大的散热器。在半导体设计潮流走向轻薄短小之际 ，不仅半导体组件本身的封装要小，整个模块的尺寸也变成决定系统客户接受与否的关键规格。全球音视频领域的数字化浪潮以及人们对音视频设备节能环保的要求，迫使人们尽快研究开发高效、节能、易于与数字化设备接口的音频功率放大器。 D 类数字音频放大器就是在这样的背景下兴起的。 D 类数字音频功率放大器是一种将输入模拟音频信号或 冲编码调制）数字信息变换成 冲宽度调制 )或冲密度调制 )的脉冲信号，然后用 脉冲信号去控制大功率开关器件通 /断音频功率放 大器，也称为开关放大器。由于其开关管工作于开关状态，因此具有高效率、低功耗等优点。目前， D 类音频功率放大器在移动电话、平面电视、 示器以及各种以电池供电的便携式游戏设备等消费类电子产品中已获得广泛的应用。在手机、 D 类取代 放大器的趋势便已相当明显。数字音频功放的概念早在 20 世纪 3 60 年代已被提出，但由于当时技术条件的限制，进展一直较慢。 1983 年， 学者提出了 要技术要点是如何把 999 年意大利 司推出了数字音频功放的商业产品，从此，第 4 代音频功率放大器 数字音频功率放大器进入了工程应用领域，并获得了世界同行的广泛认可，市场日益扩大，数字音频功率放大器已经成为近年来的研究热点之一 7 。 字功放的发展历史 随着元器件的发展换代 ,功放也经历了电子管 ,晶体管 ,集成电路 ,场效应管四个阶段。制造出了上述四种放大器为主的功率放大器。 电路形式上则经历了从模拟到数字的发展过程。数字功放的概念早在二十世纪六十年代就被提出 ,由于当时技术条件的限制 ,进展较慢。 1983 年 ,学者提出了 D 类放大器的 码调制 )数字功放的基本结构 ,主要技术要点是如何把 信号变成 冲调宽信号 )。美国 司设计了改进的 D 类数字功放。取名为 T 类功放。 1999 年意大利 司推出了数字功放的商业产品 ,从此 ,第四代音频功率放大器 ,数字功放进入了工程应用 ,并获得了世界同行的认可 ,市场日益扩大 8 。 即使是在数字处理时代 ,也在日新月异地产生 ,应用新的技术 ,如 放从诞生到现在 ,就经历了杜比环绕 ,杜比定向逻辑 ,进程。 字功放领域的新技术 数字功放领域的新技术主要包括专业功放开关电源和 H 类电路功放两种，两种功放各有千秋，侧重不同，可根据使用需要按需选择。 1）专业功放开关电源：作为一种全新的功放专用开关电源 ,它在现代高频开关稳压电源的基础上 ,解除了其大环路反馈 ;消除了因稳压需要而调整开关脉宽造成开关转换速率突降 ,形成对功放大动态瞬间输出供电电力不足的矛盾。这种新型电源具有功率密度大 ,体积小 ,重量轻 ,高效率 ,高可靠性和低噪声 ,低污染的优良品质 ,极大的节约了电能 ,降低了耗材与成本 ,明显的减少了电磁干扰。有些功放再 前级供电电路采用了这类电源。 2） H 类电路功放根据供电电源的不同 ,这类功放工作时可在两个电压上切换 ,低功率时选低电压工作 ,高功率时选高电压。大家常称为二级功放 (也有三级功放 ,如 三级电源供电 )。当低级组电压低于某一值时 ,即可切换到高压组电压供电 ,其中驱动切换电路的是用 较器做的 ,这类功放的效率比 高 9 。 字功放是专业功放的主要发展方向 在专业功放领域 ,目前广泛应用的人然是晶体管模拟功放。这类功放技术成熟 ,电路稳定 ,款式 ,档次 ,种类非常多 ,价格优势大。数字功放的技 术发展逐步完善 ,是集成了多种新技术的功放中的黑马 ,够符合专业功放的使用要求 ,具有大功率 ,高效率 ,智能化 ,网络化 ,高稳定性 4 等优点。缺点是有较大的失真度 (数字功放参数标示 )。因为价格的因素 ,目前主要应用在中高端及网络音频领域。 纯数字功放指除了音箱接口为模拟外 ,音频的输入 ,处理 ,放大都以数字形式进行的一类功放。不同于 D 类工作的模拟信号功放 ,这类功放工作方式与传统模拟功放完全不同 ,克服了模拟功放固有的一些缺点 ,并具备了一些独有的特点 9 。 1)过载能力和功率储备数字功放电路的过载能力软软高于模拟功放。模拟功放正 常工作时功放管工作在线性区 ,随着过载量的增加 ,工作点进入功放管的饱和区 ,此时的非线性放大会产生大量谐波成分 ,谐波失真度急剧增加 ,音质变坏。数字功放在功率放大时一直处于饱和区和截止区 ,只要功放管不损坏 ,失真度不会迅速增加。 2）高效率数字功放采用开关放大电路 ,效率极高 ,可达 75%模拟功放效率仅为 30%到 50%),工作时基本不发热 ;没有模拟功放的静态电流消耗 ,能量几乎都转换为音频输出 ;无前后模拟放大 ,负反馈电路 ,有更好的瞬态响应。 3)无交越失真和匹配失真数字功放对开关管的配对无特殊要求 ,不需要严格的 挑选即可使用 ,不存在交越失真和匹配失真 ;模拟功放为保证其电声指标 ,采用负反馈电路 ,为抑制寄生振荡 ,采用相位补偿电路 ,会产生瞬态互调失真。 4)易与扬声器匹配模拟功放中的功放管内阻较大 ,所以在匹配不同阻值的扬声器时 ,模拟功放电路的工作状态会受到负载 (扬声器 )大小的影响。数字功放内阻小于 开关管的内阻加虑波器内阻 ),相对于负载 (扬声器 )的阻值 (4很小 ,与扬声器的匹配简单。 此外数字功放还具有体积小 (1U 高度的数字功放可以做到几千瓦输出功率 ),重量轻 (只有十几公斤 ),声像定位准确 ,维修方便，生产调 试简单等优点。谁在啊数字功放的不断改进 ,成本不断下降 ,其替代模拟功放大规模应用于音响领域将很快会实现 10 。 拟音频功率放大器 传统的模拟音频功率放大器工作时，直接对模拟信号进行放大，工作期间必须工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，减小了功率器件的承受功率，但在较大功率情况下，仍然对功率器件构成极大威胁，功率输出受到限制。此外，模拟功率放大器还存在以下的缺点： 1)电路复杂，成本高。常常需要设计复杂的补偿电路和过流，过压，过热等保护电路，体积较大，电路复杂。 2)效率低，输出功率不 可能做的很大。 拟音频功率放大器分类 1)A 类放大器： A 类放大器的主要特点是：放大器的工作点 Q 设定在负载线的中点附近， 5 晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，效率的理论最大值仅有 25%，且有较大的非线性失真。由于效率比较低。 2)B 类放大器： B 类放大器的主要特点是：放大器的静态点在（ 0）处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在 正半周期内 ， 通 止，输出端正半周正弦波；同理，当 负半波正弦波，所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高（ 78%），但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是“交越失真”较大。即当信号在 间时， 无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。 3)放大器： 放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。 字功放和模拟功放对比详解 1)过载能力与功率储备：数字功放电路的过载能力远远高于模拟功放。模拟功放电路分为 A 类、 B 类或 功率放大电路，正常工作时功放管工作在线性区；当过载后，功放管工作在饱和区，出现谐波失真，失真程度呈指数级增加，音质迅速变坏。而数字功放在功率放大时一直处于饱和区和截止区，只要功放管不损坏，失真度不会迅速增加。 2)交越失真和失配失真 :模拟 B 类功放在过零失真，这是由于晶体管在小电流时的非线性特性而引起的在输出波形正负交叉处的失真。而数字功放只工作在开关状态，不会产生交越失真。 3)功放和扬声器的匹配 :由于模拟功放 中的功放管内阻较大，所以在匹配不同阻值的扬声器时，模拟功放电路的工作状态会受到负载（扬声器）大小的影响。而数字功放内阻不超过 开关管的内阻加滤波器内阻 )，相对于负载（扬声器）的阻值（ 48）完全可以忽略不计，因此不存在与扬声器的匹配问题。 4)瞬态互调失真 :模拟功放几乎全部采用负反馈电路，以保证其电声指标，在负反馈电路中，为了抑制寄生振荡，采用相位补偿电路，从而会产生瞬态互调失真。数字功放在功率转换上没有采用任何模拟放大反馈电路，从而避免了瞬态互调失真。 5)声像定位 :对模拟功放来说，输出信号和输 入信号之间一般都存在着相位差，而且在输出功率不同时，相位失真亦不同。而数字功放采用数字信号放大，使输出信号与输入信号相位完全一致，相移为零，因此声像定位准确。 6)升级换代 :数字功放通过简单地更换开关放大模块即可获得大功率。大功率开关放大模块成本较低，在专业领域发展前景广阔。 6 7)生产调试 :模拟功放存在着各级工作点的调试问题，不利于大批量生产。而数字功放大部分为数字电路，一般不需调试即可正常工作，特别适合于大规模生产。 7 第二章 工作原理 统概述、设计思路 功率放大器的作用是给音响放大器的负载（扬 声器）提供一定的输出概率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。功放常见的电路形式有 路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功放，也有专用集成电路功放。 美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为 20。但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接电阻或电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端 以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，工作电压范围宽 ,4 6V 电源电压下，它的静态功耗仅为 24外围元件少。 设计功放电路由输入级、中间级和输出级三部分组成的： 输入级是由 100耦合电容及 100k 的电位器组成的，它具有隔直、调节音量及增益的作用； 中间级是由集成运放 及由 组成的可调增益放大电路； 输出级是由低通滤波器及扬声器组成的，其中 高频扼流圈； 由于该电路为双声道功率放大器，所以下部分电路与上部分电路完全对称，故电路 原理同上 11 。 统组成与工作原理 工作原理 部电路原理图如图 示。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。 8 图 12 第一级为差分放大电路， 别构成复合管，作为差分放大电路的放大管； 成镜像电流源作为 有源负载； 号从管的基极输入，从的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。 使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出 电容的增益。 第二级为共射放大电路， 放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。 第三级中的 复合成 管，与 管 成准互补输出级。二极管 2 为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。 引脚 2 为反相输入端，引脚 3 为同相输入端。电路由单电源供电，故为 路。输出端（引脚 5）应外接输出电容后再接负载。 电阻 输出端连接到 发射极，形成反馈通路，并与 成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。 一个单电源供电 的音频功放，为美国国家半导体公司产品，采用 8 引线双列直插封装和贴片式。 9 图 13 外形和引脚的排列如图 示。引脚 2 为反相输入端， 3 为同相输入端；引脚 5 为输出端；引脚 6 和 4 分别为电源和地；引脚 1 和 8 为电压增益设定端；使用时在引脚 7 和地之间接旁路电容，通常取 10 F。 电源电压 4 5静态消耗电流为 4压增益为20 1、 8 脚开路时，带宽为 300入阻抗为 50K； 音频功率 尽管 应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声 14 。 意事项 1)通过接在 1 脚、 8 脚间的电容（ 1 脚接电容 +极）来改变增益，断开时增益为 20此用不到大的增益，电容就不要接了，不光省了成本，还会带来好处 乐而不为？ 2)计时，所有外围元件尽可能靠近 线尽可能粗一些；输入音频信号通路尽可能平行走线，输出亦如此 。这是死理，不用多说了吧。 3)选好调节音量的电位器。质量太差的不要，否则受害的是耳朵；阻值不要太大， 10K 10 最合适，太大也会影响音质，转那么多圈圈，不烦那！ 4)尽可能采用双音频输入 /输出。好处是：“”、“”输出端可以很好地抵消共模信号，故能有效抑制共模噪声。 5)第 7 脚（ 旁路电容不可少！实际应用时， 必须外接一个电解电容到地，起滤除噪声的作用。工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。增大这个电容的容值，减缓直流基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。在器件上电、掉电时 的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致，这个电容可千万别省啊！ 6)减少输出耦合电容。此电容的作用有二：隔直 + 耦合。隔断直流电压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈；耦合音频的交流信号。它与扬声器负载构成了一阶高通滤波器。减小该电容值，可使噪声能量冲击的幅度变小、宽度变窄；太低还会使截止频率（ 1/(2 *提高。分别测试，发现 10为合适，这是我的经验值。 7)电源的处理，也很关键。如果系统中有多组电源，太好了！由于电压不同、负载不同以及并联的去耦电容不同，每组电源的上 升、下降时间必有差异。非常可行的方法：将上电、掉电时间短的电源放到 +12V 处，选择上升相对较慢的电源作为 不要低于 4V，效果确实不错 15 ！ 图 11 表 能及数据 引脚号 功能说明 在路电阻 红笔测量 黑笔测量 1 增益调整元件 1 3 4 2 负反馈端 0 0 3 音频信号输入端 1 1 4 接地线端 0 0 5 音频信号输出端 2 3 6 电源电压输入端 2 3 7 旁路元件连续端 12 4 8 增益调 整元件 2 4 4 引脚 2：反相输入端；引脚 3：同相输入端；引脚 4：接地端； 引脚 5：输出端；引脚 6：工作电源引入端；引脚 1 与 8：电压增益设定端； 引脚 7 与地之间串接旁路电容，旁路电容容值一般取 10 F 16 。 能框图 图 成功放属于直接耦合的多级放大器结构，它是一个三级放大电路。 12 计电路图 图 (此图由于展示页面过小固另附于附表 ) 如图 级放大设计电路图，该电路 是由输入级、中间级和输出级三部分组成的。 输入级是由 100F 100 k 的电位器组成的，它具有隔直、调节音量及增益的作用。 中间级是由集成运放 及由 组成的放大电路。 其工作原理如下：输入信号通过 合，由反相输入端输入运放，需要大增益时，将开关 合，集成运放 5 输出端经过 馈到反相端，形成电压并联反馈。根据反相比例运算关系可知，当 点在中点时，放大倍数约为 点在底端，运算放大器的输入端被短路，对低频信号来说负反馈增强，增益下降，反之亦然。同时 滑动 还可调节输入电压，当 点在底端时，输入电压为零，此时增益也最小；当 点在顶端时，输入电压为输入音频交流电压，且此时增益也最大。（此时应调节 运放固有增益最大，约为 200） 当仅需要小增益时，将开关 开，靠运放固有放大增益放大，在 1脚和 8 脚之间有一只外接可变电阻和电容，可调节可变电阻将电压增益调为任意值，直至 200（反向放大）。同时滑动 可调节输入电压，当 点在底端时，输入电压为零，音量也为零；当 点在顶端时，输入电压为输入音频交流电压。 输出级是由低通滤波 器及扬声器组成的，其中 高频扼流圈。当高频噪声被 制，通过 入地线。低音频信号通过 ，流经扬声器放出音乐。 13 由于该电路为双声道功率放大器，所以下部分电路与上部分电路完全对称，故电路原理同上 17 。 器件明细表 表 器件明细表 元器件名称 参数 备注 00解电容 2 00解电容 3 0解电容 4 0 1 7 2 70 2 0 2 0 可变电阻器 2 电源适配器 220V 交流到 9V 直流 1 2 开关 3 试所需的仪器设备 仪表工具：万用表、手机、示波器、电烙铁、 真。 计的难点和可能出现的问题 设计的难点在于使用两种增益对音频信号就行放大，当需要小增益时，可断开反馈电阻上的开关 邻的开关），用 身的放大增益进行放大，若需要大增益放大时，将 益调至最大，同时将 合，滑动音量调节钮即可大范围调节输入电压及增益 。 第二个难点在于输出级，用高频扼流圈阻止高频信号通过，流入地线。 可能出现噪声问题：尽管 应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲击， 14 在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。 因此需要注意以下几点： 1)在 计时，所有外围元件尽可能靠近 2)同时地线尽可能粗一些；输入音频信号通路尽可能平行走线，输出亦如此。 3)另外选好调节音量的电位器也可以降噪，质量要稍微好点的，阻值 10K 太大也会影响音 质。 4)需要加装第 7 脚（ 旁路电容。实际应用时， 必须外接一个电解 电容到地，起滤除噪声的作用。工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致，因此增大这个电容的容值，可减缓直流基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。 5)仿真时输入幅度不能太大，否则输出波形易失真，范围调制 2000 现的问题及解决方案 1)调节不管用，经老师知道后知道是可变电阻悬空未接地，重新接地后，问题解决，音量大小调节很正常。 2)焊工要提高，布线有些飞线，得到经验后明白布线要横直适宜。 3)在输出接口以及电源接口上有待提高，插接不是很方便。 期达到的性能指标 1）输出功率在 8负载上输出每路不少于 不失真功率，其相对应的音乐功率为1W。 2）频率响应频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器的频响范围应不底于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为 20际规定一般音频功放的频率范围是 4018 。 15 第三章 数 字音频功率放大器的改进设计 与模拟功放器相比，效率高是数字功放器的最大优势。但由于数字功放器采用的是全新的放大体制，失真度指标不如模拟功放器。数字功放器目前普遍采用的结构形式，受脉宽调制方式和输出级开关放大器存在损耗的主要影响，实际效率大多约为 85%，失真度约为 着时代的进步和科技水平日新月异的变化，我们追求性能指标更佳的高品质音响的愿望始终不会停步，因此继续研发功率更大、效率更高和保真度更佳的高效数字功率放大器势在必行。本文在研究了数字音频功放器的基础上，对部分电路进行了改进优化设计，下面将详细介 绍和分析改进优化设计方案。 制方式的改进设计 D 类数字功放器的后级开关放大电路必须依靠 号来驱动，目前数字功放器大多采用两路信号驱动的 驱动形式，对于两路信号的选取方案值得研究。 统 制方案 传统的全桥数字音频功放器结构如图 3示，输入音频信号经放大器放大后，在比较器里对高频三角波进行调制，从而形成占空比与音频输入信号幅度成正比变化的 号并且分成相位相反的两路信号分别驱动两路半桥开关电路。 当音频信号输