音响功率放大器设计方案.docx

音响功率放大器设计方案1绪 论1.1引言伴随着科学技术的迅速发展，人们生活水平的不断提高，对音频功率放大器的要求越来越高。音频是多媒体中的一种重要媒体。人能够听见的音频信号的频率范围大约是 60Hz-20kHz 其中语音大约分布在300Hz-4kHz之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。 如何通过分析仪器让音频功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒的课题，声音经过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，再经数字化成数字音频，音频分析就是以数字音频信号为分析对象以数字信号处理的各种理论为分析手段，提取信号在时域，频域内一系列特性的过程。 鉴于音频分析仪价格高、适用范围窄等特点，本文应用了目前流行的基于LabVIEW的虚拟仪器技术软件平台，结合高性能的PCI6024E数据采集卡来完成各种测试。1.2音频功率放大器概述 音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。1906年美国的德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈NFB（Negative feedback）技术后，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如“威廉逊”放大器，而1947年威廉逊先生在一篇设计Hi-Fi（High Fidelity）放大器的文章中介绍了一种成功运用负反馈技术，成为了Hi-Fi史上一个重要的里程碑。 60年代由于晶体管的出现，使功率放大器步入了一个更为广阔的天地。晶体管放大器细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点，各种电路也相应产生，如：“OTL （Output Transformer Less）” 无输出放大器、“OCL（Output Capacitor Less）”放大器。2设计概述2.1音频功率放大器的设计作为模拟电子课程设计课题设计，本课题提出的音频功率放大器性能指标比较低，主要采用理论课程里介绍的运算放大集成电路和功率放大集成电路来构成音频功率放大器。2.2设计任务和要求 采用运算放大集成电路和功率放大集成电路设计音频功率放大器，其要求如下：输入信号为vi=10mV, 频率f1KHz;额定输出功率Po2W；负载阻抗RL=8。2.3功率放大器的基本原理音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。其原理如图(一)所示，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。后一级的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。 总体设计思路框图：3设计过程3.1第一种设计方案：3.1.1前端放大器的设计由于话筒提供的信号非常弱，要在音调控制级前加一个前置放大器。考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器LF353。前置放大电路是由LF353放大器组成的一级放大电路，放大倍数为4，即1+R2/R1=4，取R2=30K,R1=10K,所用电源Vcc=+12V，Vee=-12V。经过前级运放的放大，由Av=4，可以得到Ui=40mv。于是我们得到了下一级功率放大电路的输入电压，即为Ui=40mv。3.1.2功率放大器的设计由于实验室实验仪器的限制及要求，我们的第一种方案选用了A386型单片集成功率放大电路，其主要特点是：上升随率高、瞬态互调失真小；输出功率比较大；外围电路简单，使用方便；体积小；内含各种保护电路，工作安全可靠。我们选择功率运放电路的增益为200，即把A386的运放调节电路两端短路。 由 Av=200 ; 所以 U0=8V; 进而得出 P0=8W然后连接上负载，可以听到响亮的蜂鸣声，实验成功。其中C1=220uf，C2=0.1uf，C3=10uf，C4=0.1uf，R3=4.7K,RL=8. Av=实验用电路图 其中C1=220uf，C2=0.1uf，C3=10uf，C4=0.1uf,R1=30K,R2=10K,R3=4.7K,RL=8.3.2第二种设计方案：3.2.1前端放大器的设置在前端放大器设计中设计方案与设计一相同，即由LF353放大器组成的一级放大电路，不过将放大倍数设置为40，即1+R2/R1=40，取R2=390K,R1=10K,所用电源Vcc=+12V，Vee=-12V。经过前级运放的放大，由Av=40，可以得到Ui=400mv。于是我们得到了下一级功率放大电路的输入电压。3.2.2功率放大器的设计这一部分的功率放大电路选用了分立元器件组成的功率放大器，其结构就是集成功率放大器的的内部结构，其特点就是对于电路结构了解的清晰明了，更好的掌握电路。缺点就是复杂，难理解，使用起来非常不方便，而且容易损坏器件。由前级放大得到的电路得到了输入电压Ui=400mv，然后输入功率放大器，其中的T1又对信号的电压进行放大，T1选择3DG6三极管，它的放大倍数1030，可以得到电压U0：4v12v，由P0=得到P0;2w18w符合P02w的要求。用得到的功率连接负载进行驱动，听到响亮的蜂鸣声，设计成功。 3.2.3实验用电路图其参数：R1=10K,R2=390K,R3=1K,R4=10K,R5=10K,R6=47K,RL= 8,C1=14.7uf，C2=100uf，T1选择3DG6,T2选择3DG6，T3选择3DG21，D1选择2CP10,D2选择2CP10。4设计方案的选择4.1第一种方案的评述通过对两种方案的比较我们可以看出，第一种方案无疑是比较好的方案，我们可以从这几个方面来作为依据选择第一种方案。 按照第一种方案我们可以达到课程设计所要达到的要求，结果比较准确，受外界干扰较小， 而且第一种方案的实现非常的简单，电路容易理解，实验容易进行，能够尽少的减小实验的成本，而且这种方案的主要器件有自我保护的措施，能够更好的保护实验器件，减少不必要的损失。4.2第二种方案的评述第二种方案在某些情况下也可以达到实验要求，但是有其不可避免的缺点以及不合理性，下面对其作出评析：对于三极管T1来说，它的放大倍数是不确定的，这就导致了输出功率的不确定，直接导致了第二种方案有可能不能够满足课程设计的要求。 从第二种方案的设计我们可以得到：由前级放大得到的电路得到了输入电压Ui=400mv，然后输入功率放大器，其中的T1又对信号的电压进行放大，T1是3DG6三极管，它的放大倍数为1030倍，可以得到电压U0：4v12v，由P0=得到P0：2w18w符合P02w的要求功率P0的范围是2W18W最大不失真输出的功率：P0,max=*=9W通过第二种方案得到的功率的范围是不符合最大不失真输出功率的要求的，而且通过对第二种方案的电路图的分析我们可以看出，第二种方案的电路图比较复杂，连接比较困难，理解也是比较困难的，所以这种方案在最终确定的时候是要被舍弃的。4.3方案的最终确定最大不失真输出的功率：P0max=*=9W;每支晶体管的最大允许管耗 Pcm0.2Pom=1.8W;最大集电极电流 Icm=1.2A;反向击穿电压 |Ueco|2Ucc=24v。通过对第一种方案的分析可以看出它的设计是符合以上功率放大电路的各种要求的。再结合以上的各种评论，我们有充足的理由选择第一种方案。5电路详细设计5.1前置放大电路分析图5-1 前置放大电路此电路简洁方便实现前置放大，放大倍数由R2和R1的比值确定。uA741通用高增益运算通用放大器,早些年最常用的运放之一.应用非常广泛, 双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压22V,差分电压30V,输入电压18V,允许功耗500mW.其管脚与OP07（超低失调精密运放）完全一样，所以选择此芯片完全能实现要求 。5.2功率放大电路分析此部分选择LM386芯片，因为静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电。 工作电压范围宽，4-12V or 5-18V。 外围元件少。 电压增益可调，20-200。 低失真。C4为去耦电容，C1滤掉直流，C2和R3构成低阶滤波。总 结此次音响功率放大器课程设计我们的收获有以下几点： 一、提高了自我的实际动手能力。在这次课程设计中，我们亲自焊接电路，深刻地体验了一把实际生产活动。在焊接前做好仿真，在protel中画原理图，画PCB图，再打印到覆铜板上，进行打孔，腐蚀，焊接。 二、我意识到理论必须联系实际，理论与实际是有差距的。话音放大器中的一个反相比例放大器未能达到预定目标。Av=1+R12/R11=8.5 R11取10千欧，R12取75千欧，即可满足要求。但实际测量时却不是如此，测得Av数值偏小。还有功率放大级虽然按理论图接好了电路但得不到结果，也许理论可行，但实际不一定可行。 三、很好的锻炼了我们解决实际问题的能力。如第二点中提到的话音级达不到预期目标时，能够快速分析检测出原因，提出解决方案。通过用两个10千欧的电阻与R12串联接入电路，解决了放大倍数不足的问题 四、初步掌握了音响放大器的设计方法。拿到设计任务后，先设计好理论图，再查找资料解决理论中的难点问题，考虑最优方案。确定好理论图后，进行理论论证。若理论可行，在将理论付诸实施。最后测试与总结。 这次模拟电子技术课程设计真正的能够锻炼我们，我们通过此次设计对模拟电子技术的重要性有了更深的了解，提升了我对它的兴趣。参考