集成運放音頻放大電路設計分析

集成運放音頻放大電路設計分析第1頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月總述音頻功率放大電路的設計不僅要求對音頻信號進行功率放大以有足夠的功率驅動揚聲器發(fā)聲，同時要求音質效果良好。要實現功率放大，不僅要求對電流進行放大，而且要求有足夠的電壓放大倍數。利用集成運放對電壓信號進行放大，不僅可減小元器件的數量，而且會使電路更加穩(wěn)定。第2頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月根據設計要求，在輸入電壓幅度為（5~10）mV、等效負載電阻RL為8Ω時，放大通道應滿足額定輸出功率Po≥2W。設輸出電壓有效值為Ursm，輸出功率為Po，則所以，總體電路要求的電壓放大倍數為預期的輸出電壓有效值除以輸出電壓有效值再加上一定的設計余量，電壓放大倍數約為400~1000倍。單級電路不易實現如此大的放大倍數同時保持電路性能，所以需要采用多級放大電路。考慮到多級放大電路雖然可以提高電路的增益，但級數太多也會使通頻帶變窄，所以，下面采用三級放大設計。第3頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月三級放大設計基本思路：一級、二級電路組合以實現電壓放大（各提供約20倍的放大倍數），同時加入改善音質的設計（濾波器）；第三級功放放大電流，同時對電壓倍數進行調節(jié)。三級放大設計基本思路：第4頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月所以，最大輸出電壓VOM應根據最大輸出功率POM來計算：考慮晶體管飽和壓降等因素，放大器VOM總是小于電源電壓。令電源電壓利用率：一般為：為了保證電路安全可靠，通常使電路最大輸出功率POM比額定輸出功率Po要大一些，則一般取考慮功放的供電電源大小，最后選擇電源VCC為15V。第5頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月前置放大電路的作用是對微弱輸入信號進行放大，如圖所示電路，為一個反相比例放大器，其電壓放大倍數為20。前置放大電路設計電路的輸入信號約為10mV、20Hz~30kHz的交流信號。音頻功率放大器的設計要求電路有足夠的帶寬，噪聲足夠小，以及諧波失真足夠小，這就要求選擇各級電路中合適的運算放大器。1、如何選合適的運算放大器？問題：2、電路中的R1和R3電阻如何選擇？第6頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓放大倍數為20的前置放大器電路第7頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電路性能分析要求：3、交流分析，即頻率響應分析，測量截止頻率，以及截止頻率處的相位差；1、瞬態(tài)分析，即輸入輸出響應分析；2、電路穩(wěn)定性分析，即電路的零極點分析；4、分析電路的直流小信號增益和輸入、輸出阻抗；第8頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月二級放大電路的作用是進一步提供放大倍數，同時加入音色處理電路，并可對輸出的幅度進行調節(jié)，如圖所示電路，為一個電壓放大倍數約為20倍的反相比例放大器。二級放大電路設計要求二級放大電路的輸入信號約為200mV、通帶為30Hz~130kHz。第9頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓放大倍數為20的二級放大器電路第10頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電路性能分析要求：3、交流分析，即頻率響應分析，測量截止頻率，以及截止頻率處的相位差；1、瞬態(tài)分析，即輸入輸出響應分析；2、電路穩(wěn)定性分析，即電路的零極點分析；4、分析電路的直流小信號增益和輸入、輸出阻抗；第11頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月選擇甲乙類（OCL）電路為輸出功率放大器，其前端接一同相運算放大器作為推動電路。功率放大電路設計同相運算放大器的電壓放大倍數為可控制輸出電壓的大小，電阻RV2連接到輸出端，引入了負反饋，穩(wěn)定電路系統。為了不使電阻上消耗太大的功率，R12和R13的阻值應小于0.5Ω。輸出端的揚聲器阻值為8Ω。，調節(jié)R3的阻值，問題：1、選擇合適的運算放大器，說明選擇的理由；2、同相運算放大器的放大倍數如何選擇？說明理由。第12頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月功率放大器電路第13頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電路性能分析要求：3、交流分析，即頻率響應分析，測量截止頻率，以及截止頻率處的相位差；1、瞬態(tài)分析，即輸入輸出響應分析；2、電路穩(wěn)定性分析，即電路的零極點分析；4、分析電路的直流小信號增益和輸入、輸出阻抗；第14頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月綜合電路分析集成運放功率放大器綜合電路第15頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電路性能分析要求：3、交流分析，即頻率響應分析，測量截止頻率，以及截止頻率處的相位差；1、瞬態(tài)分析，即輸入輸出響應分析；5、噪聲分析；2、電路穩(wěn)定性分析，即電路的零極點分析；4、靜態(tài)工作點分析；6、失真分析；第16頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗報告要求2、要求打印出仿真分析曲線，并要有分