閆朝明_高保真功率放大器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電子線路綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目：高保真音頻功率放大器 系 部： 信息與通信學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級(jí)： 2011級(jí) 學(xué)生姓名： 閆朝明 學(xué) 號(hào)： 1100220429 指導(dǎo)老師： 韋照川 職 稱： 高級(jí)實(shí)驗(yàn)室 2013年11月13日11【摘 要】以NE5532和LM1875芯片為核心，NE5532芯片作為前置放大電路，LM1875作為功率放大后級(jí)。輔以必要的模擬電路，設(shè)計(jì)要求音量和功率水平在發(fā)聲輸出元件上重新產(chǎn)生真實(shí)、高效和低失真的輸入音頻信號(hào)。音頻范圍約為20HZ20KHZ。最終作品效率60%,帶寬18HZ270KHZ，大于音頻范圍，而且放大倍數(shù)也達(dá)到了比較高的倍數(shù)。電源采用橋式

2、整流電路，同時(shí)采用LM317和LM337芯片輸出穩(wěn)定可調(diào)電壓值，達(dá)到高保真音頻功率放大的目的?！娟P(guān)鍵詞】 橋式整流電路；高保真音頻功率放大器；NE5532；LM1875；LM317；LM337。Abstract ：with NE5532 and LM1875 chip as the core, NE5532 chip as the preamplifier circuit, LM1875 as a power amplifier stage. Supplemented by the necessary analog circuit, the design requirements and th

3、e power level of sound volume output element regenerate true, efficiency and low distortion of the input audio signal. Audio range is about 20HZ 20KHZ. Final work efficiency 60%, the bandwidth 18HZ 270KHZ, than the audio range, and the magnification is achieved a relatively high ratio. Power supply

4、using bridge rectifier circuit, while using LM317 and LM337 adjustable voltage chip output stability, achieve high fidelity audio power amplification purposes. Key word：bridge rectifier circuit; fidelity audio amplifier; NE5532; LM1875; LM317; LM337.目 錄1 方案設(shè)計(jì)與要求12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理介紹22.1 音頻功放的基本結(jié)構(gòu)22.2 音頻放大的設(shè)計(jì)指

5、標(biāo)22.3 方案確定23基于LM1875音頻功放的設(shè)計(jì)23.1 LM1875簡介33.2 LM1875工作原理33.3 LM1875典型應(yīng)用電路54 NE5532特點(diǎn)54.1 NE5532典型電路64.2 NE5532和LM1875組成的前后置放大原理圖與PCB75 電源模塊設(shè)計(jì)75.1電源原理圖95.2電源PCB圖96測試儀器107 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)108總結(jié)109參考文獻(xiàn)111 方案設(shè)計(jì)與要求任務(wù)要求設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并制作高保真音頻功率放大器。音頻功率放大器的主要作用是向負(fù)載提供功率，要求輸出功率盡可能大，效率盡可能高。非線性失真盡可能小。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。功率放大后級(jí)前置放大均衡電路 電源 （圖1

6、）1.1 音頻功率放大器的特點(diǎn)：1）輸出功率足夠大；為獲得足夠大的輸出功率，功放管的電壓和電流變化范圍應(yīng)很大。2）效率要高；功率放大器的效率是指負(fù)載上得到的信號(hào)功率與電源供給的直流功率之比。3）非線性失真要??；功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，電壓、電流擺動(dòng)幅度很大，極易超出管子特性曲線的線性范圍而進(jìn)入非線性區(qū)，造成輸出波形的非線性失真，因此，功率放大器比小信號(hào)的電壓放大器的非線性失真問題嚴(yán)重。1.2 設(shè)計(jì)要求1）要求了解集成功率放大器內(nèi)部電路工作原理，掌握其外圍電路的設(shè)計(jì)與主要性能參數(shù)的測試方法。2）要求掌握音頻功率放大器的設(shè)計(jì)方法與小型電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)。3）最終達(dá)到音頻放大的目的，輸出

7、音質(zhì)較為動(dòng)聽。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理介紹2.1 音頻功放的基本結(jié)構(gòu)功率放大器音調(diào)控制器前置放大器音 源 音頻放大器的基本組成框圖和基本作用如下圖所示 （圖2）前置放大器是指置于音源（如MP3等）與放大器后級(jí)之間的電路或電子設(shè)備。前置放大器是專門為接收來自信源的微弱電壓信號(hào)而設(shè)計(jì)的，已接收的信號(hào)先以較小的增益放大，另一個(gè)作用是在傳送到功率放大器之前便先行加以修正。 音調(diào)控制器是用來調(diào)節(jié)音頻信號(hào)中的高頻、中頻和低頻成分的比例，以改變前級(jí)放大器的頻率響應(yīng)特性，使信號(hào)中不同頻率成分產(chǎn)生不同程度的提升或衰減，以達(dá)到改變放大電路頻率響應(yīng)的目的。 后級(jí)功率放大器是把從前級(jí)來的信號(hào)放大給揚(yáng)聲器用，而后級(jí)必須有足夠的

8、功率輸出才能推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音。2.2 音頻放大的設(shè)計(jì)指標(biāo) 音頻功放根據(jù)功能可分為很多類，單聲道、立體聲、多聲道。此次設(shè)計(jì)采用單身道。音頻功放的基本參數(shù)包括頻率響應(yīng)，額定功率，最大輸出功率，輸出阻抗，輸入信號(hào)電壓，失真度，信噪比等2.3方案確定為了達(dá)到要求，有較大的功率放大倍數(shù)，輸出得到比較理想的效果，決定采用兩級(jí)放大。 NE5532是一種雙運(yùn)放高性能低噪聲運(yùn)算放大器，有不錯(cuò)的噪聲性能，提高輸出驅(qū)動(dòng)能力和相當(dāng)高的小信號(hào)和電源帶寬。適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備，儀器和控制電路和電話通道。所以前級(jí)放大采用NE5532。LM1875是美國國家半導(dǎo)體公司九十年代初推出的一款音頻功放電集成電路，采用TO-

9、220封裝，外圍元件少，但是性能優(yōu)異，具有頻率響應(yīng)寬和速度快等特點(diǎn),從九十年代初一直到現(xiàn)在還被廣大音響愛好者推薦。最可貴的是其價(jià)格已從當(dāng)初的十幾元降至現(xiàn)在的八九元，最適合于不想花太多的錢又想過過發(fā)燒隱的愛好者業(yè)余制作。該IC最的優(yōu)點(diǎn)是在小功率輸出時(shí)的音質(zhì)能直逼中高檔音響的聽音效果。NE5532作為前級(jí)緩沖音調(diào)電路，LM1875作為電流反饋后級(jí)放大電路。所以后級(jí)放大采用LM1875。3基于LM1875音頻功放的設(shè)計(jì)3.1 LM1875簡介LM1875是美國（NSC）一款久負(fù)盛名的高性能音頻功率放大集成電路，最大輸出功率可達(dá)30W，音色醇厚、噪聲和失真都相當(dāng)?shù)?，而且保護(hù)功能比較完善，性能穩(wěn)定。LM

10、1875采用TO-220-5封裝結(jié)構(gòu)，形如一只中功率管，體積小巧，外圍電路簡單，且輸出功率較大。該集成電路內(nèi)部設(shè)有過載過熱及感性負(fù)載反向電勢安全工作保護(hù)。LM1875功放板由一個(gè)高低音分別控制的衰減式音調(diào)控制電路和LM1875放大電路以及電源供電電路三大部分組成，音調(diào)部分采用的是高低音分別控制的衰減式音調(diào)電路，其中的R02，R03，C02，C01，W02組成低音控制電路；C03，C04，W03組成高音控制電路；R04為隔離電阻，W01為音量控制器，調(diào)節(jié)放大器的音量大小，C05為隔直電容，防止后級(jí)的LM1875直流電位對(duì)前級(jí)音調(diào)電路的影響。放大電路主要采用LM1875，由1875，R08，R09

11、，C066等組成，電路的放大倍數(shù)由R08與R09的比值決定，C06用于穩(wěn)定LM1875的第4腳直流零電位的漂移，但是對(duì)音質(zhì)有一定的影響，C07，R10的作用是防止放大器產(chǎn)生低頻自激。本放大器的負(fù)載阻抗為416。 （圖3）3.2 LM1875工作原理 LM1875引腳封裝如下圖 （圖4）特點(diǎn)為：LM1875功率較TDA2030及TDA2009都為大，電壓范圍為1660V。不失真功率為20W（THD=0.08%），THD=1%時(shí)，功率可達(dá)40W（人耳對(duì)THD10%以下的失真沒什么明顯的感覺），保護(hù)功能完善。LM1875是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。 其接法同TDA2030相似，也有單雙電源兩種接法。LM187

12、5是美國國家半導(dǎo)體器件公司生產(chǎn)的音頻功放電路，采用V型5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。如圖1所示，該集成電路在25V電源電壓RL=4時(shí)可獲得20W的輸出功率，在30V電源8負(fù)載獲得30W的功率，內(nèi)置有多種保護(hù)電路。LM1875廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機(jī)、中功率音響設(shè)備，具有體積小、LM1875輸出功率大、失真小等特點(diǎn).LM1875電路特點(diǎn)：1）LM1875單列5腳直插塑料封裝，僅5只引腳。2）開環(huán)增益可達(dá)90dB。3）極低的失真，1kHz，20W時(shí)失真僅為0.015%。4）AC和DC短路保護(hù)電路。5）超溫保護(hù)電路。6）峰值電流高達(dá)4A。 7）極寬的工作電壓范圍（16-60V）。8）LM1875

13、內(nèi)置輸出保護(hù)二極管。9）LM1875外接元件非常少，TO-220封裝。10）LM1875輸出功率大，Po=20W(RL=4)。3.3 LM1875典型應(yīng)用電路 （圖5） 4 NE5532特點(diǎn) （圖6） NE5532是一種雙運(yùn)放高性能低噪聲運(yùn)算放大器。 相比較大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器，如1458，它顯示出更好的噪聲性能，提高輸出驅(qū)動(dòng)能力和相當(dāng)高的小信號(hào)和電源帶寬。這使該器件特別適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備，儀器和控制電路和電話通道放大器。NE5532特點(diǎn)：小信號(hào)帶寬：10MHZ輸出驅(qū)動(dòng)能力：600，10V有效值輸入噪聲電壓：5nV/Hz(典型值)直流 電壓增益：50000交流電壓增益：2200-1

14、0KHZ功率帶寬： 140KHZ轉(zhuǎn)換速率： 9V/s大的電源電壓范圍：3V-20VNE5532引腳圖 （圖7）4.1 NE5532典型電路 （圖8）4.2 NE5532和LM1875組成的前后置放大原理圖與PCB圖（9）前級(jí)放大原理圖（圖10）5 電源模塊設(shè)計(jì) 電源采取LM317和LM337進(jìn)行穩(wěn)壓。LM317是應(yīng)用最為廣泛的電源集成電路之一，它不僅具有固定式三端穩(wěn)壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)。此外，還具有調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優(yōu)點(diǎn)。lm317是可調(diào)節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時(shí)能夠提供超過1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用.LM

15、337是比較常見的降壓型線性穩(wěn)壓器,目前市面上有很多家有提供同型號(hào)性能相近的產(chǎn)品。意法半（ST）、安森美（Onsemi，老牌子是摩托羅拉），國半（NS）、德州儀器（TI）、凌特（Linear）以及其它國內(nèi)產(chǎn)品，同一品牌可能有不同的外觀和品質(zhì)，這點(diǎn)需要注意。如果要構(gòu)成對(duì)稱雙電源輸出，最好挑選同品牌同一生產(chǎn)批號(hào)的產(chǎn)品。LM337 的輸出電壓范圍是 -1.2V 至 -37V，負(fù)載電流最大為 0.42.2A。它的使用非常簡單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM337 內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM337 不需要外接電容，除非

16、輸入濾波電容到 LM337 輸入端的連線超過 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比為了保證功放板的音質(zhì)，電源變壓器的輸出功率不得低于80W，輸出電壓為2*25V，濾波電容采用2200UF/25V電解電容并聯(lián)，正負(fù)電源共用2個(gè)2200UF/25V的電容，兩個(gè)104的獨(dú)石電容是高頻濾波電容，有利于放大器的音質(zhì)。本電源采用橋式全波整流、大電容濾波、三端穩(wěn)壓器件的方法，產(chǎn)生各種直流電壓，滿足系統(tǒng)涉及的24、12V 、+5V電壓需求，如圖11所示。5.1電源原理圖 (圖11) 5.2電源PCB圖（圖12）6測試儀器測試儀器儀器名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)字萬用表DT-9208A+RIGOL雙蹤示波器DS1062C 60MHz 400Msa/sRIGOL函數(shù)信號(hào)發(fā)生器20MHz 100Msa/s直流穩(wěn)壓器DF1731SLL3A直流電阻器ZX367.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在放大通道的正弦信號(hào)輸入電壓幅度范圍為（1100）mV，等效負(fù)載電阻RL為8下，放大通道數(shù)據(jù)：最大不失真電壓（此時(shí)輸入電壓為0.088vpp）V=20.35vpp放大倍數(shù)20/0.088=231.25帶寬BW為18HZ200KHZ最大輸出功率POR25.88W效率61.2%性噪比90db8總結(jié)經(jīng)過努力，我終于把本次課程設(shè)計(jì)完成了！在此首先