音频功率放大器专业课程设计任务计划书

课程设计任务书学生姓名：李磊专业班级：电信1205班指导老师：刘运苟工作单位：信息工程学院题目：音频功率放大器初始条件： 含有模拟电子电路理论知识；含有模拟电路基础电路设计能力；含有模拟电路基础调试手段；自选相关电子器件；能够使用试验室仪器调试。要求完成关键任务：（包含课程设计工作量及其技术要求，和说明书撰写等具体要求）1、不失真输出功率≥1W，频率响应：20HZ～20KHZ2、输入阻抗≥50KΩ，输入电压≤5mv3、含有高音和低音音调控制功效4、效率>60%5、安装调试并完成符合学校要求设计说明书时间安排：一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导老师署名：年月日目录摘要 3Abstract 41概述 51.1音响介绍及音响历史 51.2音响作用意义 61.3名词解释 61.3.1频率响应 61.3.2信噪比 61.3.3动态范围 71.3.4失真 72电路方案比较和论证 82.1放大电路比较和论证 82.2音频功率放大电路比较和论证 83关键元器件介绍 103.1NE5532介绍 103.2LM1875介绍 124电路设计 134.1直流稳压电源电路设计 134.2话音放大器和前置放大器设计 144.3音量控制电路设计 144.4功率放大电路设计 145调试 205.1静态工作点测试 205.2最大输出功率测试 205.3频率特征测试 205.4音乐试听及仿真模拟 205.5话音放大器 20心得和体会 27参考文献 28附件1：元件清单 29附件2：电路原理图 30摘要本文介绍了音响组成、功效、及工作原理，它由LM1875芯片所组成功放电路，NE5532四运放大器为前置放大和音调放大组成，本身含有电源电压范围宽，双电源供电，价格低廉等优点。而LM1875是一款输出功率大，最大功率抵达35W左右，静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16Ω扬声器，电路简练，制作方便、性能可靠高保真功放，并含有内部保护电路。本设计功效是将输入音频信号进行放大，是一个可普遍用于家庭音响系统、立体声唱机等电子系统中，便于携带，适用性强。 关键词：LM1875NE5532输出功率效率AbstractThisarticledescribesthesoundofthecomposition,function,andprinciple,itisformedbytheLM1875chippoweramplifiercircuit,NE5532quadopampasthepreampandtonetoenlargeconstituteitselfwithsupplyvoltagerange,thestaticpowerconsumptionshouldbedoublepoweruseandlowcostadvantages.TheLM1875ahighoutputpower,maximumpowerreaches35Worso,thestaticcurrent,loadcapacity,dynamiccurrentcandrivelarge4-16Ωspeaker,circuitsimplicity,makingconvenientandreliablehigh-fidelitypoweramplifier,andaninternalprotectioncircuit.Thisdesignfeatureistheinputaudiosignalamplification,Isgenerallyavailableforhomeaudiosystems,stereoplayerandotherelectronicsystem,portableapplicability.Keywords:LM1875Outputpower NE5532Efficiency1概述1.1音响介绍及音响历史音响技术发展经历了电子管、晶体管、场效应管历史时期，在不一样历史时期全部各有其特点。经过音响放大器设计，使我们认识到一个简单模拟电路系统，应该包含信号源、输入级、中间级、输出级和实施机构。信号源作用是提供待放大电信号，假如信号是非电量，还须把非电量转换为电信号，然后进入输入级，中间级进行电流或电压放大，再进入输出级进行功率放大，最终去推进实施机构做某项工作。经过改革开放30年来高速发展，中国电子音响行业取得了长足发展，从单一收音机到现在CD、VCD、DVD、多媒体音响、GPS、车载多媒体终端等百花齐放，涌现出了一批优异企业。即便是在经历了自然灾难、人民币升值、原材料大幅涨价等不利原因，我们仍有一大批企业以加强自主创新、优化产品结构、开拓新市场、加强经营管理为手段，面对困难，保持了较高发展速度。19美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术先河。1927年贝尔试验室发明了负反馈技术，使音响技术发展进入了一个崭新时代，比较有代表性如威廉逊放大器，较成功地利用了负反馈技术，使放大器失真度大大降低。上世纪50年代，电子管放大器发展达成了一个高潮时期，多种电子管放大器层出不穷。因为电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。上世纪60年代晶体管出现，使广大音响爱好者进入了一个更为宽广音响天地。晶体管放大器含有细腻感人音色、较低失真、较宽频响及动态范围等特点。上世纪60年代初，美国首先推出音响技术中新组员——集成电路，到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功效多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。上世纪70年代中期，日本生产出第一只场效应功率管。因为场效应功率管同时含有电子管纯厚、甜美音色和动态范围达90dB、THD＜0.01％（100kHz时）特点，很快在音响界流行。现今很多放大器中全部采取了场效应管作为末级输出。1.2音响作用意义细心观察我身边，现在音响能够说是无处不在，做为一个现代人，我们已经离不开音响。它出现和使用，丰富了我们生活，而在实际生活中，它更是不可替换。娱乐、工作、学习……生活方方面面全部有它身影。音响将我们生活带入了一个全新世界。音响放大器是将电信号还原成声音信号一个装置，还原真实性将作为评价音箱性能关键标准。满足家庭需要，因为社会压力大，所以家里需要更能释放压力，怡情养性Hi-Fi器材。尤其在中国，因为消费力提升，在Hi-Fi上投资会有一个较长增加期。而且中国人房子不大，车子少，旅游也不多，所以Hi-Fi和家庭影院会是一个很好娱乐方法。1.3名词解释音响系统整体技术指标性能优劣，取决于每一个单元本身性能好坏，假如系统中每一个单元技术指标全部较高，那么系统整体技术指标则很好。其技术指标关键有六项：频率响应、信噪比、动态范围、失真度、瞬态响应、立体声分离度、立体声平衡度。1.3.1频率响应所谓频率响应是指音响设备重放时频率范围和声波幅度随频率改变关系。通常检测此项指标以1000Hz频率幅度为参考，并用对数以分贝(dB)为单位表示频率幅度。音响系统总体频率响应理论上要求为20~0Hz。在实际使用中因为电路结构、元件质量等原因，往往不能够达成该要求，但通常最少要达成32~18000Hz。1.3.2信噪比所谓信噪比是指音响系统对音源软件重放声和整个系统产生新噪声比值，其噪声关键有热噪声、交流噪声、机械噪声等等。通常检测此项指标以重放信号额定输出功率和无信号输入时系统噪声输出功率对数比值分贝(dB)来表示。通常音响系统信噪比需在85dB以上。1.3.3动态范围动态范围是指音响系统重放时最大不失真输出功率和静态时系统噪声输出功率之比对数值，单位为分贝(dB)。通常性能很好音响系统动态范围在100(dB)以上。1.3.4失真失真是指音响系统对音源信号进行重放后，使原音源信号一些部分（波形、频率等等）发生了改变。音响系统失真关键有以下多个： a．谐波失真：所谓谐波失真是指音响系统重放后声音比原有信号源多出很多额外谐波成份。此额外谐波成份信号是信号源频率倍频或分频，它是由负反馈网络或放大器非线性特征引发。高保真音响系统谐波失真应小于1%。 b．互调失真：互调失真也是一个非线性失真，它是两个以上频率分量按一定百分比混合，各个频率信号之间相互调制，经过放音设备后产生新增加非线性信号，该信号包含各个信号之间和及差信号。c．瞬态失真：瞬态失真又称瞬态响应，它产生关键是当较大瞬态信号忽然加到放大器时因为放大器反应较慢，从而使信号产生失真。通常以输入方波信号经过放音设备后，观察放大器输出信号包络波形是否输入方波波形相同来表示放大器对瞬态信号跟随能力。d.立体声分离度：立体声分离度表示立体声音响系统中左、右两个声道之间隔离度，它实际上反应了左、右两个声道相互串扰程度。假如两个声道之间串扰较大，那么重放声音立体感将减弱。e.立体声平衡度：立体声平衡度表示立体放音系统中左、右声道增益差异，假如不平衡度过大，重放立体声声像定位将产生偏移。通常高品质音响系统立体声平衡度应小于1dB。2电路方案比较和论证2.1放大电路比较和论证方案一：采取uA741运算放大器设计电路，uA741通用高增益运算通用放大器，早些年最常见运放之一，应用很广泛，为双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22V，差分电压±30V，输入电压±18V，许可功耗500mW。方案二：采取NE5532通用两运算放大器，双列直插8脚封装，内部包含两个形式完全相同运算放大器，除电源共用外，两个运放相互独立。它有8个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo信号和该输入端位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo信号和该输入端相位相同。方案选择：uA741是通用放大器，性能不是很好，满足通常需求，而NE5532运放大器含有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源或双电源使用，价格低廉等优点。本设计放大倍数不高，而NE5532素有"运放之皇"称呼,性能十分优良,能远远达成频响要求，故选择NE5532运放大器。2.2音频功率放大电路比较和论证方案一：采取SL34集成功率放大器，SL34是低电压集成音频功放，功耗低、失真小，工作电压为6V，8负载时，输出功率在300mW以上。关键用于收音机及其它功放。方案二：LM386是一个音频集成功放，含有本身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386电源电压4--12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造，它电源电压范围很宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆负载情况下，可提供几百mW功率。它经典输入阻抗为50K。方案三：LM1875芯片所组成功放电路，它是一款输出功率大，最大功率抵达35W左右，静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16Ω扬声器，电路简练，制作方便、性能可靠高保真功放，并含有内部保护电路。方案选择：本课题要求音响放大器输出功率在5W以上，然而LM386达不到这功率，故选择LM1875。频率响应fL～fH＝50Hz～20kHz；而单电源供电音频功率放大器已经达成所需要目标。而且它较少元件组成单声道音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等特点。而BTL电路即使也有以上功效，但制作复杂，不利于维修。3关键元器件介绍3.1NE5532介绍NE5523引脚图介绍：NE5532系列器件是带有真差动输入两运算放大器。和单电源应用场所标准运算放大器相比，它们有部分显著优点。该放大器能够工作在正负22V，共模输入范围包含负电源，所以消除了在很多应用场所中采取外部偏置元件必需性。每一组运算放大器可用图1所表示符号来表示，，其中“1IN+,2IN+”、“1IN-,2IN-”为两个信号输入端，“Vcc+”、“Vcc-”为正、负电源端，“1OUT,2OUT”为输出端。两个信号输入端中，IN-为反相输入端，表示运放输出端Vo信号和该输入端位相反；IN+为同相输入端，表示运放输出端Vo信号和该输入端相位相同。NE5532引脚排列见图3-1。图3-1NE5532引脚排列NE5532特点：1.小信号带宽：10MHZ

2．输出驱动能力：600Ω，10V（有效值）3．输入噪声电压：5nV/√Hz(经典值)

4．直流电压增益：500005．交流电压增益：2200-10KH器。

6.功率带宽：140KHZ

7，转换速率：9V/μs

8.电源电压范围：±3V-±20V9.输入端含有静电保护功效。NE5532内部结构图3-2：图3-2 经典原理图NE5532系列采取两个内部赔偿，二级运算放大器，每个运放第一级由带输入缓冲晶体管差动输入器件，和差动到单端转换器。第一级不仅完成第一级增益功效，而且要完成电平移动和减小跨导功效。因为跨导减小，仅需使用一个较小赔偿电容（仅0.5pF），从而就能够减小芯片尺寸。该输入级另一特征是，在单电源工作模式下，输入共模范围包含负输入和地，不管是输入器件或差动到单端变换器全部不会饱和，第二级含标准电流源负载放大器级。3.2LM1875介绍 LM1875是美国国家半导体企业推出一款高性能功放芯片。。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，含有体积小、输出功率大、失真小等特点。并含有内部保护电路。其它有些企业也生产，如TI企业，即使其内部电路略有差异，但引出脚位置及功效均相同，能够交换。电路特点：

1.输出功率大，Po=20W(RL=6-8Ω)。

2.采取超小型封装（TO-220）,可提升组装密度。

3.内含多种保护电路，所以工作安全可靠。关键保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）和负载泄放电压反冲等。

4.LM1875能在最低±6V最高±22V电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W有效功率，THD≤0.1%。引脚情况(图3-4):1脚是正相输入端

2脚是反向输入端3脚是负电源输入端

4脚是功率输出端图3-3

5脚是正电源输入端图3-4LM1875经典电路接法（双电源供电）4电路设计图4电路整体设计4.1直流稳压电源电路设计多种电器设备内部均是由不一样种类电子电路组成，电子电路正常工作需要直流电源，为电器设备提供直流电设备称为直流稳压电源。直流稳压电源能够将220V交流输入电压转变成稳定不变直流电压，直流稳压电源组成框图图4-1-1所表示图4-1-1电源组成框图4.2话音放大器和前置放大器设计因为话筒输出信号通常只有5mV左右，而输出阻抗达成20kΩ(亦有低输出阻抗话筒如20Ω，200Ω等)，所以话音放大器作用是不失真地放大声音信号(最高频率达成10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒输出阻抗，。话筒放大器也是使用NE5532进行对人声放大，一个同相百分比放大器，图4-3，其放大倍数Av=1+R2/R3=34倍。（不过输出接有滑动变阻器能够调整输出电压大小）图4-2-1图4-4中混合前置放大器电路中，用NE5532作反相放大器。电路中电容C1、C2、C3是用作噪声去耦合，能够用小体积大容量钽电容或一般电解电容，通常选为0.1μF。耦合电容作用是阻止前后两级电路信号相互干扰影响，而且不会影响信号传输。然后前级使用正负12V供电，放大倍数Av=-R3/R2=-2.1倍。图4-2-24.3音量控制电路设计音调控制电路关键功效是经过对放音频带内放大器频率响应曲线形状进行控制，从而达成控制放音音色目标。本试验电路采取是负反馈式音调控制电路，和衰减式音调控制电路相比，它含有噪音和失真较小，而且在调整音调时，其转折频率保持固定不变，而特征曲线斜率却随之改变特点。图4-3-1音调控制电路（理想电路）（1）对于低音信号来说，因为C3容抗很大，相当于开路，此时高音调整电位器Rp1在任何位置对低音全部不会影响。当低音调整电位器Rp2滑动端调到最左端时，C1被短路，此时电路图2可简化为图3(a)。因为电容C2对于低音信号容抗大，所以相对地提升了低音信号放大倍数，起到了对低音提升作用。该电路电压放大倍数表示式为：，其转折频率为：，。可见当频率时，；当频率时，。从定性角度来说，就是在中、高音域，增益仅取决于R2和R1比值，即等于1；在低音域，增益能够得到衰减，最小增益为。（2）电路对于高音信号来说，电容C1、C2容抗很小，能够认为短路。调整高音调整电位器Rp1，即可实现对高音信号提升或衰减。该电路电压放大倍数表示式为：。其转折频率为：，。当频率时，；当频率时，。可见该电路对于高音频信号起到衰减作用。（3）设计电路图图4-3-2所表示图4-3-2音量控制电路4.4功率放大电路设计功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机额定输出功率不能胜任带动整个音响系统任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好音质输出。当负载一定时，期望其输出功率尽可能大，其输出信号非线性失真尽可能地小，效率尽可能高，功放常见电路有OTL(OutputTransformerless)电路和OCL(OutputCapacitorless)电路。有用集成运算放大器和晶体管组成功放，也有专用集成电路功放。LM1875是美国国家半导体企业生产双声道功放IC，该IC体积小巧，输出功率大，最大功率抵达40W左右；并含有静态电流小（50mA以下），动态电流大（能承受3.5A电流）；负载能力强，既可带动4-16Ω扬声器，一些场所又可带动2Ω甚至1.6Ω低阻负载；音色中规中举，无显著个性，尤其适合制作输出功率中等高保真功放。（其中）在该电路由TDA2030组成串联电流负反馈负反馈电路，其交流电压放大倍数（倍）因为集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，含有过流保护、过热保护、过压保护及自开启、消噪等功效，所以使用很广泛。TDA2030/2030A集成功放，含有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护，外围电路简单，但在实际使用过程中一定要注意，加上散热片，不然，TDA2030很快就会因为温度过高而停止工作！其交流电压放大倍数（倍）功放放大电路图图4-4：图4-4功率放大电路4.4总电路图图4-5总电路图5调试6.1静态工作点测试接上电源(次级为12伏)，不带负载情况下接通电源，按下电路板上电源开关，测试滤波电容两端输出电压应为14v左右。若出现异常应该立即断电。6.2最大输出功率测试将8Ω负载接入功率输出端。再将信号源调至频率f=1000hz，输出电压为1V，接到音频放大器声道输入端。将音调调整电位器调到最大。功率输出端接上示波器、毫伏表。图6-1测试接法调整音量电位器，使输出信号失真度THD=3%时，测出功率放大器输出电压Vo值，由公式P=Vo2/16计算放大器最大输出功率。6.3频率特征测试调整1000hz输入信号幅度（或调音量电位器），使输出信号为1V。测出电路输入信号大小Vi值。调整输入信号频率，保持输入信号Vi大小不变，测量输出信号大小。找出上下限频率fL和fH，求出通频带BW=FH-f。6.4音乐试听因为底噪，性能未达成先前期盼，声音有显著放大，不过音质不高。6.5仿真模拟6.5.1话音放大器因为话筒输出信号通常只有5mV左右，而输出阻抗达成20K亦有低输出阻抗话筒如（20欧，200欧等），所以话筒放大器作用是不失真地放大声音信号（最高频率达成10KHz）。其输入阻抗应远大于话筒输出阻抗。图6-5-1-1话筒放大仿真电路图图6-5-2-2话筒放大仿真波形图最大放大倍数：33/1=33倍。（能够经过改变R5阻值来改变放大倍数），电路图中A1组成同向放大器，含有很高输出阻抗，能和高阻话筒配接作为话音放大器电路，其最大放大倍数Av=1+R2/R3=33倍，和仿真结果相同。运放NE5532性能很好所以放大三十多倍还能有较大带宽，故能达成fH=20kHz频响要求。6.5.2图6-5-2-1前级放大仿真电路图图6-5-2-1前级放大电路仿真波形由上图可得，输出前置端电压和输入端电压反向。其放大倍数为2倍，且为反相。达成了预期设计要求。6.5.3图6-5-3-1音量控制电路仿真电路图图6-5-3-2由上图可得，输出端电压和音频信号进入端是同相。其放大倍数仍未两倍，条件，达成了预期设计要求。其中两个电位器能够分别调整从而来控制其中高低音衰减。图6-5-3-3低音放大仿真效果图6-5-3-4低音衰减图6-5-3-5图6-5-3-6以上各图分别为音调控制电路仿真效果图，由图可知经过对两个电位器控制能够控制高音，低音放大倍数，进而控制和调整高低音输出。6.5.4功率放大器图6-5-4-1图6-5-4-2功率放大输入有效电压图6-5-4-3由上图可得，输入峰峰值为5mv正弦波。其放大倍约为30倍，还伴随电位器改变而改变。远远满足要求。且波形没有失真情况。仿真效果很好。图6-5-4-4图6-5-4-2由上图可得，输出功率为5.875W，大于所要求2.4W，基础满足设计要求。6.5.5总仿真电路图图6-5-4-2心得和体会这次模电课设论文和设计是我这大学期间干最有意义事之一。从最初选题，开题到写论文直到完成论文。其间，查找资料，老师指导，和同学交流，反复修改论文，每一个过程全部是对自己能力一次检验和充实