音频功率放大器-电子类毕业设计

本科毕业论文（设计）题目：音频功率放大器设计学生姓名：指导教师：所在分院：专业：电子信息工程班级：音频功率放大器设计摘要：音频功放全称为音频功率放大器，它主要用于推动扬声器发声，从而重现声音的功放装置。本设计主要采用前置NE5532集成放大，功放模块选用LM1875放大芯片，电源部分采用自制的线性直流电源。该音频功率放大器能够很好的对低频小信号进行放大，它能够如实的反映出声音信号的音色，音高和音强等音质状况本来面貌的能力，并且对声音信号进行必要的修饰以及加工。本文主要介绍基于LM1875D类音频功率放大电路的设计，它在音频应用场合能够提供非常低的失真度和高质量的音色，还具有了高增益、快速转换速率、宽功率带宽、大输出电压摆幅、大电流能力和非常宽的电源范围等特性。在当今的社会中，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，用了一套比较完整的制作方法。通过对硬件数据进行测试，比较输出功率和输入功率，进一步了解了音频功率放大器。关键词：LM1875；高保真；功率放大AudiopoweramplifierdesignAbstract：Audioamplifiercalledtheaudiopoweramplifier,itismainlyusedtopromotethesoundfromthespeakerstoreproducesoundamplifierdevice.ThedesignfrontNE5532integratedenlarge,rearLM1875amplifierchip,canbeagoodlow-frequencysmall-signalamplification,itcantruthfullyreflectthetoneofthesoundsignal,pitchandtonestrongsoundqualitystatusandtheabilityoftheoriginalappearanceofandthesoundsignalnecessarymodificationandprocessingTherefore,theobjectofstudyisthesoundqualityofhigh-fidelitypoweramplifiertechnology,thispaperdescribestheLM1875classDaudiopoweramplifierdesign,audioapplicationscanprovideverylowdistortionandhigh-qualitysound,butalsohasahighgain,fastslewrate,widepowerbandwidth,largeoutputvoltageswing,highcurrentcapability,andaverywidepowerrangeandothercharacteristics.Today,theaudiopoweramplifierisstillanalogamplifierformainstreamproducts,analogamplifierhasexperienceddecadesofcontinuousimprovementandperfection,anditstechnologyhasbeendevelopedtoitspeak.Test,comparingtheoutputpowerandinputpower,hardwaredataLearnmoreabouttheaudiopoweramplifier.Keywords:LM1875；High-fidelity；poweramplifier目录1. 绪论 11.1音频功率放大器的设计背景 11.2国内外的研究现状 21.3设计的主要内容 32系统方案的论证 42.1设计的主要任务 42.2设计方案的选择 43硬件电路的设计 63.1前置放大器 63.2功放设计 73.2.1功率放大器的类别 73.2.2音频功率放大器的主要参数指标 103.2.3D类功率放大器的特点 123.2.4关于LM1875的电路特点以及资料 133.2.5Lm1875放大电路的设计 143.3电源电路的设计 154电路制作以及安装测试 184.1装配与测试数据 184.3实物展示 195.总结 20致谢 21参考文献 22PAGE5绪论功率放大器，可以称之为“功放”。在大多数的时候，额定的输出功率并不能让整个音频系统完全运作，这个时候就要在媒介间进行功率的增大，在这一系列的转换中，音频功率放大器起到了协调，组织，和呼应的作用，最后会提供良好的音质输出。由于科技的高速发展，人们生活水平的进一步提高，现代的音频技术已经进一步普及，每个人的文化信仰，教育水平，工作的领域都是存在千差万别的，这些不同也让大家有了自己对音频设备的一些看法。同时由于每个人的听感不同，每个人的选择也不一样，器材要做到的就是完成指标上的任务，达到理想的听感。其实音频功率放大器的发展已经到了瓶颈，它现在拥有完善的系统和制作方法，别广泛运用在各类场合中，各种品牌的电子产品充斥在电子市场，流动在每一个人的日常生活中，各类放大器已经呈现特征鲜明，系统稳定等特点。经过数十年人们的不懈努力，对于音频功率放大器的认识已经从思想上都取得了很大的进步，现在的线路技术以及元器件都有了很大的进步。1.1音频功率放大器的设计背景电子管、晶体管、场效应管以及集成电路，被称作音频功率放大器的技术的四个阶段。在1906年的时候，人类第一次创造除了真空三极管，创造者来自于德国的来德福斯特，当时间来到1927年的时候，贝尔实验室发明了负反馈NFB（负反馈）技术，这个时候音响技术的发展进入了一个新的时代，当时的威廉姆斯放大器轰动一时，在1947年是音频功率放大器的一个里程碑，在这一年伟大的科学家威廉姆森先生，在一篇文章里面成功描述了利用负反馈的高保真，在当时是具有划时代意义的，也在当时制造空前的效应。由于晶体管放大器能够制造出更加细腻的声音，所以时间到了二十世纪的时候，音频功率放大器已经进入到了一个非常宽广的世界，各种关于音频功率放大器的文章以及设计相继浮现在市场上，比如当时很出名的OTL输出放大器，名噪一时，它具有比较宽的频率响应，很低的失真，以及较宽的频率响应，音频功率放大器，几乎拥有一个世纪的历史，晶体管放大器的首次应用是音频​​放大器。然而，到现在为止，它在不断变化，发展壮大。这些都满足了人类日常的各种听感，是最基本的一种听觉方式的表达。音频功率放大器，在满足基本需求后，必须继续加以改进和不断的完善。当各种便携数码产品出现的时候，它的作用就更为重要了。很多音频制造商都会和各大品牌合作，将最好的音质带给大家。这已经成为几乎每个人都有便携式数码产品。一个又一个流行的便携式电视，便携VCD，平板电脑等等，所有便携式数码产品都一样，它们最突出的地方就是拥有信号源，而且拥有完善的音频功率放大器系统，体积相当小巧，单纯的电池供电就可以满足系统要求了。所以慢慢的一种新型的放大器就这样诞生了，D类放大器的发展得到了极大地壮大和提高。其最大的特点是它可以使放大器保持很高的效率以及很低的失真，工作高效率的音频放大器，需要的不仅是在便携式设备中同时也需要在高功率电子器件。由于功率越大，效率更重要。在日常生活中，人们的生活水品越来越高，购买力越来越高，对于功率放大器的要求也很高，高端的家庭影院，震撼的影城，这其中优良的音频放大器无疑起着重要的作用，在这些高端设备中，往往需要几十瓦甚至上百瓦的音频功率。在现代人们对功率放大器的要求下，低失真，高效率的音频放大器的关键部件之一。1.2国内外的研究现状近期意法推出24V功率放大器，为汽车带来最先进音频技术。横跨多重电子应用领域、全球领先的半导体供应商、全球最大的汽车音频功率放大器供应商意法半导体(STMicroelectronics，简称ST;纽约证券交易所代码：STM)这个产品其实很适合在一般中型客车上使用，具有很高的性能，而且工作电压只需要24v就可以了。这是全球第一款在工作电压满足24V的汽车内，不需要加装任何外部元器件直接可以直接驱动扬声器的音频功率放大器，证明了意法半导体长期以来对汽车市场的专注和研发投入。意法半导体的汽车产品部音频与功率行销总监LucaCelant表示：“数百万的货车司机和其它重型车辆驾驶员通常是孤身一人长途驾驶，高品质的音响系统有助于他们放松心情，集中注意力，然而直到现在，只能勉强使用现有重型车辆的音响系统。凭借本公司在全球汽车音频功率放大器市场的领导优势，意法半导体研发出这款业界独一无二的产品，让重型车辆驾驶员能够享受只有新型轿车才具备的高品质音响意法半导体还宣布扩大FDA全数字放大器产品系列的计划，从2013年初提供双声道产品开始用作汽车音频放大器，同时必须能够承受恶劣的汽车环境的影响，包括高强度的电噪声，而且必须针对潜在危险事故提供全面的保护功能，例如，短路、负载突降和芯片过热保护。12V汽车系统的音频放大器非常精密，在不增加外部元器件的条件下，汽车音响厂商仍然无法在24V汽车系统内复制12V系统的音频性能，增加外部元器件不仅使成本增加，甚至在某些条件下还存在安全隐患。TDA7576B音频放大器进一步扩大了意法半导体的24V汽车专用产品组合，包括近期已推出的外部照明芯片和内部照明芯片。TDA7576B的一些主要特征如下所示：·电源方面采用24V的交流电源;·它的最高输出功率是20w左右;·当大量减少元器件的数量的时候，比如说去除了耦合式的电容，无自举电容(bootstrapcapacitor)、无外部补偿器件(compensationcomponent);·它还具有了集成模块省电的功能;·用来诊断输出引脚的方法可以采用输出削波就会产生短路或者电路过热的警报;·保护功能：60V甩负载保护、芯片过热保护、静电放电(ESD)保护、输出GND或Vcc短路或负载短路保护。TDA7576B现已上市，采用紧凑的Multiwatt15封装4x135W最大输出功率(FDA4100LV)或4x50W(FDA450LV)4x135W最大输出功率(FDA4100LV)或4x50W(FDA450LV)意大利和法国制作的半导体已经占据了大部分的市场份额，它们是采用的是数字的音频输入设备，而且能够兼容启停的前沿技术，可以经过测试EMI的一些测试数据，然后对EMI进行标准的测试，现如今FDA4100LV以及和它同场生产的兄弟芯片已经进入了大量量产，很多厂家对这种芯片都非常满意，而且他的集成稳压驱动相当的成熟。据市场调查和机构IHSiSuppli的一些数据显示，意法半导体占有大约50%的市场份额，成为无可争议的全球第一大汽车音频功率放大器供应商。1.3设计的主要内容本设计主要分为三个模块，主放大芯片是LM1875，LM1875最大功率可以达到60瓦，而本设计只需要10瓦。前置放大部分选择了NE5532集成放大芯片，能够很好的将微弱的信号进行前置放大。后置放大采用LM1875放大。在整个功放模板中，后置采用的是NE5532，其表现出了很好的噪声系数，而且信号带宽比较小，能够很好的将前置部分进行细微的放大，对于LM1875相信很多人已经耳熟能详了，它最早出现在美国，是一家专业的制作音频功率放大器的公司制造的。是一块非常老的集成块了，但是性能却很不错，声音也一直为人所称道，在现在一些很多的移动设备，以及音响系统中都大量采用此芯片。采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。该电路内置有多种保护电路。完成电路板的硬件焊接为首要任务，并进一步对数据进行整合分析。电源部分自己制作了一个稳压的17v电源电压。2系统方案的论证2.1设计的主要任务音频功率放大器的应用在日常生活的领域十分广泛，本次设计需要制作音频功率放大器，功率需要满足5W到10W可调，负载为1k欧姆，电源电压限制在20v以下。2.2设计方案的选择方案一：本设计方案主要采用单片机数字模块控制，运用FM62429为音量控制芯片，LM386作为音频功率放大芯片，LCD1602显示音量的大小，通过按键控制音量大小和通断。CD4053控制通断，其实这是一种用数字信号控制的音频功率放大器。系统框图如图2-1：单片机单片机按键显示FM62429音频输入LM386喇叭CD4053红外图2-1系统框图此方案设计的音频功率放大器具有显示音量和控制音频功率放大器的通断等功能，其中FM62429是音量控制芯片，通过单片机编写指令控制声音的大小，比普通电位器有以下几点优势：普通的电位器，不能直接看到音量的大小，而此方案可以利用程序设定不同等级，这种功能类似于手机的音量调节。本方案设计还可以通过红外控制音量的大小和通断，操作起来比较简单方便。首先音频信号进入FM62429，这个时候可以通过按键或是红外遥控进行控制，给单片机信号，单片机经过处理，然后再发指令给FM62429，来控制音量的大小。然后进入CD4053通过指令控制声音的通断。总结：本设计由于工作量比较大，而且LM386输出功率比较小，所以不予考虑。方案二：本设计主要运用的是TDA2030音频功率放大电路，通常会在汽车，影院，广场，等很多公共场合下看见它，它们都具有体积小，输出功率较大，失真度也比较小，等等非常鲜明的特点，并且这类电路都具有自我保护的特点，内置了很多保护电路的元器件，所以在一般设计中不会过于担心器件的损坏，或者因为自己的不细心操作，导致烧坏芯片，但是由于TDA2030的输出功率范围比较小，单电源模式下只能获取功率18w左右，在负载为4欧姆的情况下。电路主要以TDA2030为核心部分组成的音频功率放大器，特点有：失真小、所需要的元器件比较少、装配非常简单、功率十分大、保真度高等，很适合无线电爱好者和音响发烧友自制，学生的音频设计也会被经常采用。性能参数输入电压：AC≤18VDC≤24V输出功率：Po＝15W＋15W(RL=4Ω)输出阻抗：4—8Ω总结：由于此设计最终的输出功率比较小，主要用于广播等微弱信号的放大，所以也不予采用。虽然本方案很类似于方案二，但是本方案在实现难度上，以及高保真，大功率等方面逊色方案二不少，而且一般都是被一些信号微弱的器材所选用，应用范围比较狭隘，所以不予采用。方案三：1.此方案设计具体流程图如2-1所示：音频输入扬声器功率放大器前置放大器音频输入扬声器功率放大器前置放大器自制自制线性电源图2-1音频功率放大器设计流程图本方案设计主要制作一个音频功率放大器，输出功率为5W—10W，电源电压20V以下，前置部分采用NE5532集成放大器，对微弱信号进行放大后置放大采用LM1875放大，前置部分是一种集成放大电路芯片，拥有很好的放大性能，效率很高，失真很低，而且它的输出能力很不错。具有非常高的小信号带宽，电源电压的范围也比较宽广，而且噪声系数也控制的比较理想。总结：此方案能够对低频信号进行放大，具有高保真的放大特性，能够很好地实现此次音频功率放大器的要求，所以最终选择了此次方案。PAGE233硬件电路的设计3.1前置放大器由于手机提供的信号比较微弱，要在音调控制级前加一个前置放大器。经过很多方面的考虑，输出功率，工作效率，成本等因素的考虑考，前置放大部分采用集成运算放大器NE5532。NE5532具备了很多音频放大芯片的优点，拥有失真度小，高保真，输出功率大，噪声的性能也不错，而且电源的电压选择也很宽广，在电源选择方面就拥有很大的余地，这个芯片在上世纪90年代被很多公司广泛使用，一些相关器材的研究着也非常喜爱使用这个放大芯片，尤其是在自己制作音频功率放大器的时候带来了很大的便捷。实物图如图3-1所示：图3-1NE5532实物图封装图如图3-2所示：图3-2NE5532封装图主要特性如表3-1：表3-1主要特性主要的参数介绍测试数值静态的电流(mA)8毫安转换的速率(V/us)5(Max)增益的带宽(MHz)10兆赫兹功率的带宽(KHz)140千赫兹推荐的电源电压(V)9伏输入的失调电压(mV)±5-15毫瓦共模的抑制比(dB)5输入噪声的电压(nV/Hz)70(Min)通道数双通道3.2功放设计3.2.1功率放大器的类别音频功率放大器其实可以分为很多种类，大致可以归纳为晶体管音频功率放大器，也就是场效应管的放大器，还有一种是集成功率放大器，也可被称之为厚膜集成音频功率放大器，最后还有真空管的音频功率放大器，在这些放大器之间，电子管的音频功率放大器占据有很重要的一个模块。集成电路的功率放大器由于集成电路技术的飞速发展，集成电路功率放大器也有大量的流程和指标都达到了相当高的水平，其突出的特点是体积很小，电路较为简单，性能十分优越，功放齐全的保护。这种设计在本设计中得到了运动和实现。(2)电子管的功率放大器（通常也把它称作胆机）电子管的音频功率放大器大家一定不会陌生，它拥有很高的稳定性，而且机制相对来说很完善，当然它也拥有很多缺点，比如说功耗较大，拥有庞大的体型，所以在现实社会中很少有机会看到这类音频功率放大器，但是它一般音色醇厚，调试部分也相当简单。虽然使用的时候有很多限制，但是这类单片机依然拥有自己独特的特色，是一些特定需求用户必须采纳的方案。(3)晶体管功率放大器晶体管功率放大器是目前应用最宽泛，间谐波失真比较大，而且调谐比较繁琐的，它的电路比较复杂，在现如今的社会中，晶体管的放大器扮演者相当重要的角色，优质的音频输出，品种的繁杂，也很好购买到。(4)场效应管功率放大器场效应管功率放大器其实和电子管比较相同，在场效应管音频功率放大器日益成熟的今天，具有动态范围大，很低噪声系数的它，它的音色也非常的优秀，还具有负温度的特征。使人们具有更大的决心去克服它们，这种放大器将具有更强大的生命力。

除了输出级和扬声器连接：

日常生活中被广泛使用的功率放大器是OTL电路OCL电路BTL电路的形式。

OTL电路

它是一种无输出变压器推挽函数电路是电容耦合到输出级和扬声器，经常见于无线电。

OCL电路

此电路的变形例的电路的OTL，工作原理，相同的电路结构和OTL电路。但它的输出电极与扬声器之间的直接耦合的方式，可进一步提高低的频率响应和失真。这种设计是利用两个声道AC12〜18V双电源OTL电路。

BTL电路

此电路是一种比较容易被损坏的桥式电路，具有互补以及对称的特性，同时高功率，低失真，工作状态的变化。很长一段时间，高品质的音频功率放大器的工作类型一般分为（A类）以及AB类（A类和B）。其实这种音频功率放大器就算放在公共场合或者家里其实很难别接纳，伴随着市面上越来越多的半导体出现，人们的制作其实也变得相对自由了，具有高保真特性的放大器，这期间的音频功率放大器一直仅限于甲类（A组）和AB类（A类和B）。这种各个类型的放大器可以总结为以下几个方面，这里表明，对于目前的工作类型的音频功率放大器，A级（甲类），AB类（A类和B）和B类（乙类）这几种类型被广泛运用于半导体放大器中。关于A类(甲类)放大器A类放大器（甲类）是连续电流流过所有输出设备的放大器。其导通角等于180度，假如控制的合适，掌握好了分寸，就可以很好地避免非线性的失真，假如从某种失真的特定角度来衡量，那么得出的结果一定是它是一类具有很优秀线性放大的音频功率放大器。在A类放大器的结构模块中，它拥有两种不同的工作方式，其中一种类型是把两个发射极和跟随器相连工作，在有足够电流通过负载的时候不适用任何期间进行停止。如果采用这种办法的最大优点就是不会产生突然输出的电流，如果你的负载阻抗相对来说比较低，小于某些参数的要求，那么就会出现一些严重的后果，比如说失真比较严重，放大器的突然中止工作，虽然这种现象不会产生直觉上的错误，但是也会造成比较大的损失，还有一类方式可以叫做控制电流电源，如果是为了实现发射极的高效率发射极负载，那么它基本可以被看做是一个射极跟随器，所以在此类音频功率放大器设计的时候，就应该提前考虑这种缺陷，做好一定的准备或者防止工作，而且还要进行低阻抗的推动，这些内容都是必须要提前进行分析和顾虑的。关于B类(也就是通常所说的乙类)放大器B类（乙类）放大器，它的导通角一般等于90度，这种音频功率放大器十分受欢迎，而且它通过器材的导通时间大约是百分之五十，在现在的市场中，大部分的音频功率放大器是属于这一类的，所以大家很容易在日常生活中发现它。关于AB类[甲乙类)放大器AB类(甲乙类)放大器，其实上就是甲类和乙类放大器的二合一，其导通角大于90度小于180度，其中通过元器件的导通时间都在百分之五十到百分之百之间，这类型的放大器十分依靠偏置电流的输出电平以及偏置电流的大小。这种放大器是按照B类放大器设计，紧接着增加偏置电流，最后是放大器进入AB类放大器。AB类（也就是经常大家叫的甲乙类）音频功率放大器表示的是当进入低电平的时候，它的输出期间会被全部打开，进行工作，它有很多方面都类似于前文提到的甲类音频功率放大器，假设它的电平持续增长，这种器材会发生一种很奇怪的现象，截止现象，在这期间其实只需要一个器件能够产生比较多的电流输出，这种失真的现象就会被很好的控制，甚至会产生几乎不是真的现象，这也是大家所希望看到的。就像AB类音频功率放大器在刚开始工作的时候，会产生比较严重的失真，但是它的线性特征方面会很大程度上小于A类以及B类，但是经过无数次的实验表明，它之所以能够正常工作是因为它对A类音频功率放大器的补充作用，而且在负载比较低的时候能够很好地进行工作。C类(一般情况下被称作丙类)放大器C类音频功率放大器，其导通角一般小于90度，是一类器件通过时间低于百分之五十的工作类型。这一种放大器，在日常生活中很难找到类似的实例做解释说明。D类(丁类)放大器这种类型的音频功率放大器，可以断续的进行转换器件的关闭和开通，大家可以采用对信号占空比的控制使它能够表示出音频信号的一瞬间电平特点，这一类现象被叫做（PWM）俗称脉宽调制，虽然在现实生活中很难去实现它，但是它的工作效率非常高，达到了基本完美的理论值。因为在200khz的功率输出环境下，输出方波是无法了解清楚的，换个角度看，也就是从失真的一方面来看，如果选择了一个比较尖锐频率截止频率的低通滤波器，就让制作必须要满足拥有四个电感的要求，这样就增加了音频功率放大器的设计成本，还有在频率响应这个部分，采取的这些措施只能让它能够保持在一个比较狭隘的频率响应范围内。3.2.2音频功率放大器的主要参数指标（1）灵敏度灵敏度表示的是音频功率放大器达到额定的输出功率之后，经过测试出来的输入端信号的电压。因此对于一般的器材来说是表示给音响推送一万的输出功率，然后停留在在喇叭正前方90公分左右的地方，测试出能产生多少分贝的声压值。输出功率输出功率所表示的就是功放电路输送给负载的功率，如今大家对于输出功率的计算方法以及测量方法很不统一，必须要注意：额定功率（RMS）额定功率指的就是在一定谐波范围内功放很长时间工作能够输出的最大功率，也可以被叫做正弦波的信号，经常把谐波失真度为百分之一的平均功率成为最大有用功率，不失真功率以及持续功率和额定输出功率表等等名称，所以显然规定的失真度前提不同的时候，额定功率的数值也会有所不同、最大输出功率如果不计较失真大小的时候，功放电路的输出功率可以比额定功率高出很多，放大器输出的最大功率就被叫做最大输出功率，前面讲到的额定输出功率和最大输出功率是两类不同前提条件的输出功率。音乐输出功率Musicpoweroutputer是音乐输出功率的英文简称，其缩写为MPO，它指的是音频功率放大器作用于音乐信号时的输出功率，如果音频输出失真度没有超过规定值得最低标准，这个时候功放对音乐信号的瞬时最大输出功率，就被称之为音乐输出功率。音乐输出功率的好与坏可以用来评价功放的动态听音效果，比如说安静的音乐过后出现刺激的打击乐声响，如果功放电路可在瞬时间提供很大的输出功率力度使它有使不完的力量，就是合格的。其中有的功放却显得爱莫能助，为了反映这些瞬时间输出功率的力量可以用MPO，也就是音乐输出功率来衡量输出功率是否合格。峰值音乐输出功率（PMPO）峰值音乐输出功率是功放电路的另一个很重要的指标，如果不考虑失真度，其实功放的峰值音乐输出功率就是功放电路可输出的最大音乐功率。一般情况下峰值音乐输出功率是额定输出功率的五到八倍，而且峰值音乐输出的功率一般肯定大于音乐输出功率，最大输出功率也会大于额定输出功率。经过无数次的测试，得出了以上的结论。（3）频率响应其实频率响应这个指标是在衡量一个音频功率放大器是否合格，具有很重要的因素，它能够很好的反映器材对中低频信号的表达能力。这就促使本设计的器材必须拥有如下特点，具有很宽的范围，换句话说就是尽可能降低频率的下限，相反拉高它的上限，而且为了防止会出现很多不必要的波动，要求频率范围每个点的响应保持很工整的要求。关于瞬态响应的介绍：瞬间响应是指器材对音乐中的紧贴以及它的追踪能力，瞬态响应比较好的设备，如果发现有信号刚刚传输过来就会即时响应，当信号离去的时候就会戛然而止，绝对不会有太多的延时。（4）失真失真一般是重放音频信号波形发生改变的一种现象，现在比较常见的失真有谐波失真，瞬态失真以及互调失真等等。（5）动态范围在人们的日常生活中，各种噪声形成周围的背景噪声，而四周的背景噪声和演奏出现的声音强度相差非常大，一般情况下，这个强度差称为动态范围。很棒的音响系统在输入强信号时不会产生过载失真，而在输入弱信号的时候，这其中会有不应被自身产生的噪声所淹没，所以来说好的音响系统应当必须具备较大的动态范围，噪声一定要尽量减少，同时还要满足不可能不产生噪声。动态范围其实指的就是放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值。在家实际运用中，该比值使用dB来表示两信号之间的电平差，高保真放大器的动态范围一般情况下大于90dB。（6）信噪比(s/n)信噪比一般又被叫做讯噪比，它用来表示信号的有效部分和无用部分也就是杂音部分的一些明显对比，它主要用分贝来表现，当你的设备信噪比越高就表明它的噪音越少，而且声音越纯。获得的听感就越好。（7）输出阻抗和阻尼系数输出阻抗：输出阻抗是指功放输出端与负载（喇叭）所产生出的等效内阻抗叫做功放的输出阻抗。阻尼系数：阻尼系其实是指功放电路给负载进行电阻尼的一种能力。（8）反馈反馈其实就是一种部分循环的过程，它是将输出信号的全部，或者只有一部分送回到输入的部分进行再次放大，这样做就可以进行改变电路放大倍数。（9）屏蔽屏蔽是在电子装置或者导线的外面覆盖并且很容易用于传导电磁波的一种材料，一般用来防止外来信号被干扰，可以滤去电磁波等杂波的干扰。3.2.3D类功率放大器的特点D类功率放大器被广泛用于日常生活中，它具有功耗很低，效率高等鲜明的特点，而且这类放大器可以延长器材的寿命，提高电池的寿命，一般都会运用在手持通讯设备比如说手机，平板电脑，等通讯设备中，因为较大输出音频设备会产生很大的功耗，因此在相对来说较大输出的音频设备中使用低功耗的D类音频功率放大器是必不可少的，尤其是在继承了高质量的音频性能和扩展等混合能力的同时实现了低功耗的效果。（1）它具有效率高的特性。在理想情况下，其实D类音频功率放大器的效率在理想状态下是十分惊人的，它的效率接近为百分之百，就算在实际状态下也可以满足百分之九十左右，经过测试可以知道，这次设计的工作效率基本达到了百分之九十，A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。由于D类音频功率放大器元件处在一种放大模式的环境下，当没有信号输入的时候放大器处于截止状态，晶体管把电源和负载直接接通，相当于一个接通的开关，相对耗电方面来说很低，这期间会消耗一部分的电能，是因为晶体管具有比较小的压降饱和度。（2）它具有功率大的特性。在D类功率放大器中，功率管的电子特性和耗电有很大关系，与信号输出的大小无关，因此比较适合于有比较大的功率场合，这样下来输出功率可以到达数百瓦甚至更高。（3）它具有失真低的特性。D类功放管其实没有太大的线性意义，其中也没有B类功放的交换失真度，这样做并不需要加载负反馈来防止线性的失真，同时也让安装和调试的工作变得容易，同时也不会存在音频功率放大器的线性问题，并且不需要负反馈来改善线性。（4）它具有很好的便携性，体积非常小的特征。D类音频功率放大器的消耗也非常小，这种功放管一般情况下是不需要假装大体积的散热片，即便是在比较大的功率放大时候也会比同等条件下的功放散热片小很多，一般情况下D类音频功率放大器拥有很多专业的芯片，让整个功放电路的布局看起来比较紧凑，所需要的外围元器件也很少，成本相对来说很低。3.2.4关于LM1875的电路特点以及资料LM1875在输出功率的表现非常抢眼，相对于一些常用的放大器都具有明显的优势，而且它的电压范围比较大，在16v到60v之间，输出功率可以达到40w，而且具备了相当完善的内部自我保护电路，而且失真度上表现依然很优异，所以这种方案的确是一个非常优秀的方案，它的连接方式和常用的TDA2030极其相似，就是输出功率上高于前者，而且在失真度上也领先不少，电源方面采用的是双电源的连接方式。输出功率大，Po=20W(RL=4Ω)。内置输出保护二极管。它的失真度接近为千分之15，在输入信号为1khz功率为20w的时候，同时它的内部自我保护电路相当完善，具备高温保护系统，AC以及DC的保护电路。经过测试它的峰值电流保持在4安左右。极宽的工作电压范围（16-60V）。开环增益可达90dB。外接元件非常少，TO-220封装。单列5脚直插塑料封装，仅5只引脚。LM1875，它的原产地是美国的一家公司，最早是专门做半导体的，它的引脚是V性引脚，具体引脚图如图3-3所示：图3-3LM1875引脚图及封装图LM1875在±25V电源电压RL=4Ω时可获得20W的输出功率，在±30V电源8Ω负载获得30W的功率，电路图中内置有很多种保护电路。主要广泛用于音响设备，汽车的的内置音箱，以及很多便携的通讯设备中，具有输出功率大，失真比较小，体积还很小，LM1875采用TO-220封装结构，形如一只中功率管，体积小巧，外围电路简单，并且输出功率较大。这个集成电路中设有过载很热的保护，以及感性负载方向的安全过热保护。关于LM1875的一些主要参数：电压的范围：16～60伏转换的速率：18V/μS静态的电流：50毫安

输出的功率：25瓦谐波的失真：＜0.02%，当f=1kHz，RL=8Ω，P0=20W时，给定额定增益：26dB当f=1kHz时LM1875的极限参数：电源的电压工作的电压：±25V(Vs)60伏存储的结温(Tstg)-65-+150摄氏度输入时候的电压(Vin)-VEE-VccV

工作的结温度(Tj)+150摄氏度本设计功放模块采用的是LM1875T,它的外围元件很少，同时效率很高，价格低廉，频率响应的范围比较宽，此芯片被广泛运用在音频功率放大领域，并且在一般电子市场上很容易买到。此设计最大的优点是能够在小功率输出的时候，获得很好的音响效果，声音很细腻真实，它的平均功率能达到一个比较稳定的数据，经过测试通常会在30瓦左右，其实一般日常使用已经足够，选择使用NE5532集成芯片作为前置放大是一种非常好的选择方式，一般来说，这种性价比很高的集成电路很少运用在市面上销售的音响中，即便是它拥有比较好看和精致的电路设计，当拆解的时候，会发现其实很少有音响运用这种电路，大多出于对制作成本的考虑。所以市面上看到的TDA2030会广泛被大家所采纳，大家都知道2030这种很便宜的电路连接框架图，由于它的很多方面和TDA2030极为相像，因此可以被替换掉，同时可以产生很理想的声音。因为LM1875的连接方式，以及放大效率和TDA2030极为相似，所以大多数制作者会选用TDA2030，但是LM1875芯片相比于TDA2030来说具有更小的失真，更好的输出功率。当使用NE5532做前级放大，后置功放采用LM1875。其中一部分的运放担任负反馈的音调调节，然后另外一个为线性缓冲放大部分，这样的做法使得音响音质的交流噪声彻底消除，还有一个最大的好处就是能够完全百分之百的发挥此电路的良好性能。只需要把变压器连接上，有了电源就可以开始进行正常的工作。3.2.5Lm1875放大电路的设计本设计功放模块采用的就是LM1875，其主要依靠C5，R8，以及R7来组成。在这个放大电路中，其放大倍数由R7与R8的比值决定，其中C6、R9表示的是输出匹配电阻。LM1875功放电路图如图3-4：图3-4lm1875放大电路图低音以及高音的设计图如图3-5：图3-5高低音设计图在本设计的功放模块中，主要是由高音模块以及低音模块共同组成的，它是一种衰减式的电路模块，再加上电源部分，共同组建成了整个功放模块。其中C1，C13，RT3开关，构成了高音的控制电路，其中R3是一种隔离电阻，接下里R2，R12，RT2，C3，C2,共同构成了低音的控制模块，RT用来调节音量的大小，还有一个很关键的电容，也就是C4,它的作用就是防止后级电路LM1875的点位对其产生的影响，所以此电容扮演着缺一不可的角色。3.3电源电路的设计一般电源可以分为线性电源，可控硅电源以及开关电源，因为运用场合的不同，选择的电源类型也不相同。可控硅电源，拥有强大的输出功率，而线性电源具有精度高，性能好等特点，所以被广泛使用。开关电源由于省去了笨重的工频变压器而让体积和重量都有很大程度的缩小，所以也被广泛地应用在一些输出电压、输出电流较为稳定的场合。本设计采用的就是线性直流电源。音频功率放大器的电源一般分为两种类型，第一种是单电源的连接方式，第二种是双电源的连接方式，它们的具体连接方式如下图3-6,图3-7所示：图3-6单电源连接方法图3-7双电源连接方法本设计功放模块LM1875采用双电源连接的方式，是一种直流线性电源，单电源和双电源的工作原理基本一致，它们的区别在于，当电路采用单电源供电的时候，R1，R2起到了分压的作用，选取1／2VCC用作偏置电压，当它经过R3加载在1引脚上，让输出电压保持在1／2VCC为基准的上下浮动，这样做可以获得最大的动态范围。可是在本设计中，要求可以调节音频功率放大器的音量，为了得到更理想的设计，最终选择了双电源的供电方法。直流稳压电源可以将220v的交流电转换成电压值比较稳定的直流电压，其中通过变压，整流，滤波，稳压等四个步骤完成。具体步骤如下图3-8所示：图3-8直流电源的工作原理图首先进入变压模块，是指将220v的交流电转换成所需的直流电，然后送给整流部分，其中变压器的比值是由变压器的副边所决定。然后利用二极管的单向导通性，进行整流，将50hz的正弦交流电变为直流电，每一个二极管都只是在半个周期内导电，本电源设计中每个二极管所能承受的最大反向电压应该等于反向击穿电压的三分之一左右。一般情况下音频的输入都存在干扰信号，而且输出的信号包含有一些无用信号，会对输出信号产生干扰，所以紧接着要进行滤波，在大容量的电解电容进行滤波，一般情况下，电容越大滤波的效果越好，在电路工作的频率比较高的时候，比较大的电容因为感抗很大所以出于开路的状态，在这种情况下高频的干扰部分通过小电容流到了底线，这样就把高频的干扰部分滤除。最后进入稳压部分，本设计电源采用的是三端集成的直流稳压器，能够稳定的输出额定的电压。本设计电源部分设计如图3-9所示：图3-9电源部分设计功率放大模块供电为正负17V，变压器采用的是12V、10瓦交流带中线变压器，所以说最终得到的最大功率只能是10瓦，12V交流经过整流桥变成直流给后续电路供电，根据交流变成直流的原理，最终得到的是17，公式是12*1.414=17。经过整流的交流电，并不是严格的直流，要就滤波电路，先是经过C10、C11、C8、C7滤掉电路中的谐波，在经过C9、C12滤掉纹波，这样得到就是比较纯净直流电。保证集成放大电路工作在最稳定的状态下，这样的出来的音质也比较好。4电路制作以及安装测试4.1装配与测试数据装配：焊接时候时先要通过对电路图的观察，在大脑里大致勾勒出元器件的位置，因为这样会使线路看起来比较工整，交叉线也会少很多。然后可以开始焊接部分电阻，到最后一部分再焊接电容以及焊接整流管。其中功放模块的焊接比较复杂，首先要熟悉NE5532，LM1875的引脚图，提前为线路的布局做准备，难度最大的部分在于LM1875的焊接，因为它工作时候散热很大，为了考虑散热问题，会给它固定一个散热片，而且涂上少量的散热油脂，以利于散热。电源部分变压器的位置也要提前做好选择，不然放在电路板上会显得十分拥挤。测量仪器：（1）信号发生器：MFG-3040（2）示波器：MOS-640FG（3）万用表测量结果：输入电压1V，频率：1KHZ输出电压最大值为12V波形如下图所示：图4-1输入波形SEQ输入波形\*ARABIC1图4-2输出波形SEQ输出波形\*ARABIC1根据公式4-1可以得出输出功率为9w。（4-1）根据理论值推算，以MP3为例，MP3的输出的最大功率是30mW,本设计先经过NE5532进行前级放大，前级放大的倍数是8倍，这样30Mw*8=240Mw。前级就变成240mW。这样进入功放模块的功率就是240mw，LM1875的放大倍为47倍，总的功率是240*47=11280mw，说明一下为什么不是10瓦，而是多一点，音频功率放大器在工作的时候，会产生一些损耗为，了保证能到10瓦，一般会有一定的余量，根据芯片的资料和测试数据的结果功耗为1280mw。4.3实物展示图4-3实物展示5.总结此次毕业设计让本人从中获得了很多课本上学习不到的东西，同时也看到了设计的一些不足以及需要改进的地方。在刘颖老师的耐心指导以及查阅相关资料的帮助下，顺利完成了设计的全部内容。通过对理论的学习，以及亲手的焊接试验，让我的大学生活向前迈出了重要的一步。从最初的方案选择，到开题报告，然后到硬件的设计以及数据的测试，这期间的设计在经过了几个月的准备，方案的论证后得到了很多新鲜的知识，包括从国内外的一些期刊，以及对一些论坛的了解都让我对音频功率放大器产生了很大的兴趣，每天总是想象着把这些理论的东西转换成现实，前期的制作，必须要查看很多芯片的详细参数，比如说它的工作最高温度，最大输出功率等等，确保在硬件焊接中的一些细节方面掌握，比如说本次设计的对于LM1875芯片的散热片选择上就有一些失误，应该选择比较大的散热片，这样才能更好的保护电路，防止烧坏元器件或者烧伤的危险。几个很简单的元器件，它的布局以及焊接都是有很多小技巧的，如果没有提前掌握，焊接的过程实际上是很缓慢的，同时通过对本次音频功率放大器的设计，也让我更加了解了自己的缺点，首先是对理论性的知识掌握和理解的不够透彻，比如说关于一些音频功率放大器的专业名词解释，以及一些元器件在电路上面的选择，具体参数的一些计算以及测量，通过了这段时间的设计，我对模拟电子技术产生了浓厚的兴趣，希望以后有更多的这种机会去实践。其实音频功率放大器设计最后的一个步骤就是进行论文的撰写，期间进行了很多初期的定稿修改，也掌握了一些以前没有掌握的office技巧，这对以后的工作都有很大的帮助，总体来说这次音频功率放大器的设计让我受益匪浅，锻炼了自己的动手能力，提高了的焊接本领，更重要的是学会了一些小细节方面的掌控能力，三人行必有我师，感谢在此次设计中帮助过我的同学以及老师。这是在学校迈出的一大步，为以后的工作也带来了不少的收获，我会谨记这次毕业设计中学校到的东西，为以后的工作和生活吸取了不少经验。致谢这次关于音频功率放大器的设计已经接近尾声，这期间非常感谢刘颖老师的指导，她每次总能在百忙之中抽出时间与我联系沟通，向我讲述毕业设计的一些思想以及需要注意的东西，让我少走了很多弯路，刘老师为人很和蔼可亲，而且拥有很广博的知识和见闻，这是我需要用一生去学习的。经过几个月的焊接调试工作，我已经基本掌握了普通的焊接技巧，以及一些关于音频功率放大器的测试以及计算能力，记得在方案初选的时候，她总是很仔细的给我指出每个问题，还在开题报告和方案设计上给我做了很多标示和批改，让我在很短的时间内把错误的东西纠正过来，不仅没有影响校外的工作，而且对音频功率放大器有了进一步的认识和了解，学习的过程是快乐的，在焊接的途中，也经常向老师寻求一些硬件上面的帮助以及指导，也节省了硬件成本带来的资金消耗。在此，谨向刘老师表示发自内心的感谢！感谢在这次设计中一起讨论的老师以及同学，有了你们的帮助，我才能顺利完成设计的任务。我们学院拥有一流的硬件设施，雄厚的师资力量，这和学院领导有着很大的关系，感谢你们给我一个学习知识，运用知识的平台。参考文献［1］曾广兴，现代音响技术应用[M]，广东科技出版社，1997(03)［2］张平，关于音频功率放大器的应用[J]，安阳大学学报，2002(02)［3］吴振平，实用声电技术中国铁道出版社[M]，1984(02)［4］龚伟，音频放大器控制方式综述[J]，重庆大学报，2003(02)［5］黎明，电子质量[M]，2002(0