蔡妮_高保真功率放大器设计报告课件

1、电子信息系统课程设计 题 目：高保真音频功率放大器 系 部： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 年 级： 2011级 学生姓名： 闫朝明 学 号： 1100220429 指导老师： 韦照川 10高保真音频功率放大器电子信息工程专业学生 闫朝明 指导老师 【摘 要】 根据题目要求，我们以NE5532和LM1875芯片为核心，NE5532芯片作为前置放大电路，LM1875作为功率放大后级。辅以必要的模拟电路，设计要求音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。音频范围约为20HZ20KHZ,I效率60,失真度0.5%。电源采用桥式整流电路，同时采用7812和791

2、2芯片输出稳定的双12V电压值，达到高保真音频功率放大的目的。【关键词】 桥式整流电路；高保真音频功率放大器；NE5532；LM1875；7812；7912。目 录1 方案设计与要求12基于LM1875音频功放的设计22.1 LM1875简介22.2 LM1875工作原理22.3 LM1875典型应用电路33 系统设计原理介绍43.1 音频功放的基本结构53.2 音频放大的设计指标64 NE5532特点64.1 NE5532典型电路74.2 NE5532组成的前置放大原理图与PCB85 电源模块设计85.1电源原理图95.2电源PCB图96测试仪器97 总结108参考文献11高保真音频功率放大

3、器1 方案设计与要求任务要求设计设计并制作高保真音频功率放大器。音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高。非线性失真尽可能小。系统整体框架如图1所示。功率放大后级前置放大均衡电路 电源 高保真音频功率放大器设计框图1.1 音频功率放大器的特点：1. 输出功率足够大；为获得足够大的输出功率，功放管的电压和电流变化范围应很大。2. 效率要高；功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。3. 非线性失真要小；功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区，造成输出波形的非线性失真，因此，功

4、率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。1.2 设计要求1.要求了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法。2.要求掌握音频功率放大器的设计方法与小型电子线路系统的装调技术。3.最终达到音频放大的目的，输出音质较为动听。2基于LM1875音频功放的设计2.1 LM1875简介LM1875是美国（NSC）一款久负盛名的高性能音频功率放大集成电路，最大输出功率可达30W，音色醇厚、噪声和失真都相当低，而且保护功能比较完善，性能稳定。LM1875采用TO-220-5封装结构，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。该集成电路内部设有过

5、载过热及感性负载反向电势安全工作保护。LM1875功放板由一个高低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部分组成，音调部分采用的是高低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，C066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

6、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激。本放大器的负载阻抗为416。 2.2 LM1875工作原理 LM1875引脚封装如下图特点为：LM1875功率较TDA2030及TDA2009都为大，电压范围为1660V。不失真功率为20W（THD=0.08%），THD=1%时，功率可达40W（人耳对THD10%以下的失真没什么明显的感觉），保护功能完善。LM1875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。LM1875是美国国家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结构。如图1所示，该集成电路在25V电源电压RL=4时可

7、获得20W的输出功率，在30V电源8负载获得30W的功率，内置有多种保护电路。LM1875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、LM1875输出功率大、失真小等特点.LM1875电路特点：1.LM1875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.极宽的工作电压范围（16-60V）。8.LM1875内置输出保护二极管。9.LM1875外接元件非常少，TO-220封装。10.LM1875输出功率大，Po=20W(RL=4)。2.3

8、LM1875典型应用电路3 系统设计原理介绍 用LM1875+NE5532制作的功放电路 (适合于多媒体有源音箱升级）LM1875T是美国国家半导体公司九十年代初推出的一款音频功放电集成电路，采用TO-220封装，外围元件少，但是性能优异，具有频率响应宽和速度快等特点,从九十年代初一直到现在还被广大音响爱好者推荐。最可贵的是其价格已从当初的十几元降至现在的八九元，最适合于不想花太多的钱又想过过发烧隐的爱好者业余制作。该IC最的优点是在小功率输出时的音质能直逼中高档音响的听音效果。图（2）电源原理图以上原理图为单声道，双声道原理相同。NE5532作为前级缓冲音调电路，LM1875作为电流反馈后级

9、放大电路。因为考虑到现在的音源CD ，VCD ，DVD，TURN，电脑声卡等，基本上输出级都有隔直电容，U2 和前面的电位器作为调节音量大小单元，U1为前级线性放大部分，设为2倍的放大倍数。后级功放电路：该电路还采用电流负反馈电路，该电路也是近年来报刊推荐较多的电路，电压负反馈电路相比，其增益随着末级输出电流的增大而增大，这样能使低频重放力度增强，需要指出的是，采用该电路时，电源的功率储备要有余量，建议用150W的环变。否则不但达不到预期效果，反而使失真加大。图（3）功放原理图图中PCB顺序左上为NE5532组成的前置放大器，右上为LM1875组成的后级功率放大器电路，下面为采用桥式整流的双1

10、2V电源。3.1 音频功放的基本结构功率放大器音调控制器前置放大器音 源 音频放大器的基本组成框图和基本作用如下图所示 前置放大器是指置于音源（如MP3等）与放大器后级之间的电路或电子设备。前置放大器是专门为接收来自信源的微弱电压信号而设计的，已接收的信号先以较小的增益放大，另一个作用是在传送到功率放大器之前便先行加以修正。 音调控制器是用来调节音频信号中的高频、中频和低频成分的比例，以改变前级放大器的频率响应特性，使信号中不同频率成分产生不同程度的提升或衰减，以达到改变放大电路频率响应的目的。 后级功率放大器是把从前级来的信号放大给扬声器用，而后级必须有足够的功率输出才能推动扬声器发音。3.

11、2 音频放大的设计指标 音频功放根据功能可分为很多类，单声道、立体声、多声道。此次设计采用单身道。音频功放的基本参数包括频率响应，额定功率，最大输出功率，输出阻抗，输入信号电压，失真度，信噪比等。 4 NE5532特点 NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。NE5532特点：小信号带宽：10MHZ输出驱动能力：600，10V有效值输入噪声电压：5nV/Hz(典型值)直流 电压增益：50000交流电压

12、增益：2200-10KHZ功率带宽： 140KHZ转换速率： 9V/s大的电源电压范围：3V-20VNE5532引脚图4.1 NE5532典型电路4.2 NE5532组成的前置放大原理图与PCB图（1）前级放大原理图5 电源模块设计 电源采取LM7812和LM7912进行稳压。LM7812是指三段稳压集成电路IC芯片元器件，适用于各种电源稳压电路，输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。配合LM7912用做电源稳压取得较好的稳压效果。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2200UF/25V电解电容并联，正负电源共用2个2200UF

13、/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。本电源采用桥式全波整流、大电容滤波、三端稳压器件的方法，产生各种直流电压，满足系统涉及的24、12V 、+5V电压需求，如图3所示。5.1电源原理图 图3：电源电路5.2电源PCB图6测试仪器测试仪器仪器名称型号规格数字万用表DT-9208A+RIGOL双踪示波器DS1062C 60MHz 400Msa/sRIGOL函数信号发生器20MHz 100Msa/s直流稳压器DF1731SLL3A直流电阻器ZX367 测量数据8总结从测试结果看，本设计基本完成了题目的要求，阻值测量精度高，线性度好，频率的测量也达到系统要求的精度和分辨率，频率的稳定度不是很好，当系统运行时轻微的杂音，导致低音音质效果不是很理想。系统主要的误差来自测试环境与元件选择过程中出现匹配问题最终影响了音质的输出效果与品质效果，系统要求自制电源和传输