雙聲道音頻功放的設(shè)計(jì)

1、雙聲道音頻功放的設(shè)計(jì)1 引 言音頻功率放大器是一個(gè)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人 們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無論從線路技術(shù)還是元器件方面，乃至于 思想認(rèn)識上都取得了長足的進(jìn)步?；仡櫼幌鹿β史糯笃鞯陌l(fā)展歷程。 1906 年美國人德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開創(chuàng)了人類電聲技術(shù) 的先河。1927 年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了負(fù)反饋技術(shù)后，使音響技術(shù)的發(fā) 展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，比較有代表性的如威廉遜放大器，較成 功地運(yùn)用了負(fù)反饋技術(shù)，使放大器的失真度大大降低，至50 年代電 子管放大器的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)高潮時(shí)期，各種電子管放大器層出不窮 音響技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場效應(yīng)管 四個(gè)階段

2、。音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻 信號，信號音量和功率級都要理想如實(shí)、有效且失真低。音頻范 圍為約20Hz20kHz，因此放大器在此范圍內(nèi)必須有良好的頻率響 應(yīng)（驅(qū)動(dòng)頻帶受限的揚(yáng)聲器時(shí)要小一些，如低音喇叭或（高音喇叭）。 根據(jù)應(yīng)用的不同，功率大小差異很大，從耳機(jī)的毫瓦級到TV或PC音 頻的數(shù)瓦，再到“迷你”家庭立體聲和汽車音響的幾十瓦，直到功率 更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上，大到能滿足整個(gè)電影院或 禮堂的聲音要求。音頻放大器的一種簡單模擬實(shí)現(xiàn)方案是采用線性模 式的晶體管，得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。正向電壓增益通常 很高(至少40dB)。如果反饋環(huán)包含正向增

3、益，則整個(gè)環(huán)增益也很高。 因?yàn)楦攮h(huán)路增益能改善性能，即能抑制由正向路徑的非線性引起的失 真，而且通過提高電源抑制能力(PSR )來降低電源噪音，所以經(jīng)常采 用反饋。高頻功率放大器用于發(fā)射級的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功 率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)將其輻射到空間，保證在一 定區(qū)域內(nèi)的接收級可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道 的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工 作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩 種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸 出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或；寬帶高頻功率放大器的輸出電 路則

4、是或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功 率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高 頻交流輸出。在課程中已知，放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將 其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為3600， 適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于1800； 丙類放大器電流的流通角則小于1800。乙類和丙類都適用于大功率 工作。丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高 頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大， 因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振 功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回

5、路電流與電壓仍然極近于 正弦波形，失真很小。除了以上幾種按電流流通角來分類的工作狀態(tài) 外，又有使電子器件工作于開關(guān)狀態(tài)的丁類放戊類放大。丁類放大器 的效率比丙類放大器的還高，理論上可達(dá)100%，但它的最高工作頻 率受到開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬間所產(chǎn)生的器件功耗（集電極耗散功率或陽極耗散 功率）的限制。選擇功率放大器的時(shí)候，首先要注意它的一些技術(shù)指標(biāo)：1、輸入阻 抗：通常表示功率放大器的抗干擾能力的大小，一般會在 5000-150000，數(shù)值越大表示抗干擾能力越強(qiáng)；2、失真度：指輸出 信號同輸入信號相比的失真程度，數(shù)值越小質(zhì)量越好，一般在0.05% 以下；3、信噪比：是指輸出信號當(dāng)中音樂信號和噪音信號之間的比

6、 例，數(shù)值越大代表聲音越干凈。另外，在選購功率放大器的時(shí)候還要明確自己的購買意愿， 如果您希望加裝低音炮，最好購買5聲道的功放，通常2聲道和4 聲道揚(yáng)聲器只能推動(dòng)前后揚(yáng)聲器，而低音炮只能再另配功放，5聲道 功放就可以解決這個(gè)問題，功率放大器的輸出功率也要盡量大于揚(yáng)聲 器的額定功率2 設(shè)計(jì)指標(biāo) 及 分析2.1 主要技術(shù)指標(biāo)Vi=50v。P0=2*15W, RL=80 。失真度小于 1%。具有完整的電源和保護(hù)電流。集成電路或分立元件設(shè)計(jì)。PCB 完成。2.2 性能指標(biāo)分析與說明放大電路：本設(shè)計(jì)中輸入信號較小，需進(jìn)行電壓放大，用共射極放大 電路實(shí)現(xiàn)。要達(dá)到功率P0需進(jìn)行功率放大，用甲乙類互補(bǔ)對稱功率

7、放 大電路。保護(hù)電路：選用三極管式正負(fù)向直流電壓檢測保護(hù)電路。電源：單相橋式整流、電容濾波電路。本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)：揚(yáng)聲器保護(hù)系統(tǒng)各模塊分析電源系統(tǒng)前級電壓放大系統(tǒng)待級功率放大系 統(tǒng)揚(yáng)聲器保護(hù)系統(tǒng)各模塊分析電源系統(tǒng)前級電壓放大系統(tǒng)待級功率放大系 統(tǒng)電源設(shè)計(jì)穩(wěn)定直流源在幾乎所以電路中不可缺少，主要給電子電路提供能 量。直流穩(wěn)壓電源最主要是能夠輸出恒定的電壓，設(shè)計(jì)的一般思路是 讓輸入電壓先通過電壓變壓器，再通過整流網(wǎng)絡(luò)，然后經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)， 最后經(jīng)過穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)輸出。電源采用橋式整流設(shè)計(jì)原理簡介：橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。橋式整流電路的工作?/p>

8、理如下： e2為正半周時(shí)，對DI、D3加正向電壓，Dl、D3導(dǎo)通；對D2、D4加 反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、DI、Rfz、D3通電回路， 在Rfz上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對D2、D4 加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對DI、D3加反向電壓，DI、D3截止。電 路中構(gòu)成e2、D2、Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負(fù) 的另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz上便得到全波 整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖 5-6 中還不難 看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的 最大值，比全波整流電路小一半。Protel作

9、圖係統(tǒng)電源1本系統(tǒng)需要電壓穩(wěn)定的直流電源提供24V電壓，因此采用單相橋T1?Protel作圖係統(tǒng)電源1本系統(tǒng)需要電壓穩(wěn)定的直流電源提供24V電壓，因此采用單相橋T1?3IB1Lc1J1(式整流電路,它分別由電源變壓器，整流電路-lOOOuF 電源變壓：將交流電網(wǎng)電壓變?yōu)殡娐芬蟮慕涣麟妷?整流電路:4 只整流二極管接成電橋形式，將交流變直流,滿足負(fù)載電路需要。 濾波電路：用于濾除整流輸出電壓中的紋波，并有儲能 功能，保證負(fù)載電流比較平滑，不會產(chǎn)生較大波動(dòng)。放大電路的設(shè)計(jì)1.電壓放大分析：對于單聲道信號，P0=15W, RL=8Q時(shí)的直流電流 i J二 尼 1 37 A ，直流電壓 V 二IR

10、= 10.96VI 1 . 37 AR8，故電源電壓取值要大于11V,而BJT中Vce的耐壓值為 30V40V,綜上，Vcc 取 24V。增益 Av12V/50mV=240.增益 Av 的設(shè)計(jì)：（1 ）晶體管的選擇。（2）靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇。在信號足夠小時(shí)，為了降低管子的噪聲，集電極靜態(tài)電流不宜過大，常選 Ic二13mA，本設(shè)計(jì)中選 Ic = 2mAo在給定交流負(fù)載線的條件下，當(dāng)輸入是雙極性波形時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選擇在交流負(fù)載線的中央位置。計(jì)算元件參數(shù)。功率放大用甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路對功率放大，當(dāng) Vi 大于一定值時(shí)T1導(dǎo)通，當(dāng)Vi小于一定值時(shí)T2導(dǎo)通，該電路帶負(fù)載能力強(qiáng)，工作 效率高，還具有

11、克服交越失真功能。1.R9， R10 的計(jì)算：設(shè)流過Tl, T2管的電流為2A,則對于 T1 管4對于 T2 管 I B = 丁 =2 10 om 0 A 2 0O 0 卩 AR10R1024V-1. 2 KQ20mA巳 410 .6R9 二0卩二 67 K2 0A，取 Rl0 為 lK o，取 R9 為 l00K ，可用一個(gè)50K的定值電阻與一個(gè)50K的滑動(dòng)變阻器代替R9o電容的選取:C6,C7 取 470uF,C12 取 1000uF，其他電容取 10uFo甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路簡介二極管偏置& ） /擴(kuò)大電路偏置比I + N =+ KbE2卩CS* =忌4 （氏1 + 盡），&甲乙類雙

12、電源互補(bǔ)對稱電路如圖5.8所示。其中圖5.8 （a）所示的偏置電路是克服交越失真的一種方法。由圖可見，T組成前3置放大級（注意，圖中末畫出T的偏置電路），T和T組成互補(bǔ)輸出級。 TOC o 1-5 h z 312靜態(tài)時(shí)，在D、D上產(chǎn)生的壓降為T、T提供了一個(gè)適當(dāng)?shù)钠珘?，? 2 1 2之處于微導(dǎo)通狀態(tài)。由于電路對稱，靜態(tài)時(shí)i =i ,i =0, v =0。有信cl c2 Lo號時(shí)，由于電路工作在甲乙類，即使v很?。―和D的交流電阻也?。?I12基本上可線性地進(jìn)行放大。上述偏置方法的缺點(diǎn)是，其偏置電壓不易調(diào)整。而在圖5.8 （b）中，流人T的基極電流遠(yuǎn)小于流過R、R的電流，則由圖可求出412V

13、=V （R+R）/R，因此，利用T管的V基本為一固定值（硅管約為CE4 BE4 1224BE40.60.7V），只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R、R的比值，就可改變T、T的偏壓值。1 2 1 2這種方法，在集成電路中經(jīng)常用到。揚(yáng)聲器保護(hù)電路點(diǎn)不動(dòng)。當(dāng)Q8基極電位大于等于0.7V時(shí)，Q10飽和導(dǎo)通,K2 吸合，斷開揚(yáng)聲器起到保護(hù)作用。以下為本設(shè)計(jì)中的各種設(shè)計(jì)圖稿p2JSC4MM右KC2 j2K3SC4LaOpFQiKQ*K 2X3S-24=i CTL._1C12|-qp2JSC4MM右KC2 j2K3SC4LaOpFQiKQ*K 2X3S-24=i CTL._1C12|-q弓 r=i2 laoa-jj習(xí)一：弓JeH icacurct4g LMFr%CL3HHisij;ry Q= LOiljF 233*24盂h2口系統(tǒng)總設(shè)計(jì)電路圖 1.4KU.4KU系統(tǒng) PCB 制圖 1課題總結(jié)本次課題設(shè)計(jì)，我小組共有4 人，分別是肖磊，李花花，尹輝， 汪潤南，肖磊為組長。我組經(jīng)過通力合作，互相幫助，