大學(xué)設(shè)計(jì)作用于高保真音響設(shè)備音頻放大器

1、畢業(yè)論文 作者學(xué)號(hào) 系部 電子信息工程 專業(yè)電子信息工程 題目 作用于高保真音響設(shè)備地音頻放大器 指導(dǎo)教師丁文秋 評(píng)閱教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 題目：作用于高保真音響設(shè)備地音頻放大器 摘要:音頻功率放大器簡(jiǎn)稱功放，可以說(shuō)是各類音響器材中最大地一個(gè)家族了 音頻 功率放大器地地設(shè)計(jì)是有很多意義地：它可將音源器材輸入地較微弱信號(hào)進(jìn)行放 大,產(chǎn)生足夠大地電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音地重放目前音頻功率放大由分立元 件組成,或集電極輸出完成，由分立元件組成地功放，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由集電極輸出 地功放,可減少信號(hào)失真 關(guān)鍵詞：功率芯片音頻功率放大器 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 Title : Role in

2、high-fidelity audio equipment audio amplifier Abstract : PA short amplifier can be said that the various types of audio equipment in one of the biggest of the family. Practical low-frequency power amplifier design is a lot of significanee: it can be imported audio equipme nt for a weak sig nal ampli

3、ficati on, to gen erate eno ugh curre nt to drive the speakers to voice playback. At present power amplification by discrete components, or complete collector output from the amplifier composed of discrete comp onen ts, circuit structure is simple, from the collector output amplifier can reduce the

4、sig nal distorti on. keywords： power chip Low-frequency power amplifier 目錄 緒論 6 二放大器地程序設(shè)計(jì) 6 （一）電路選型 7 （二）參數(shù)計(jì)算 7 （三）元器件選擇 8 （四）驗(yàn)證定型 8 三晶體管前置放大器 9 （一）基本單元電路 9 （二）負(fù)反饋放大器 9 （三）直流放大器 11 四、功率放大器 13 （一）功率放大器設(shè)計(jì)要點(diǎn) 13 （二）功率放大器地類型 15 （三）音頻放大器地設(shè)計(jì) 16 五、 LM1875 地簡(jiǎn)介 24 （一）LM1875 地參數(shù)簡(jiǎn)介 24 （三） LM1875 地電路特點(diǎn) 25 六、電路設(shè)計(jì)

5、 25 （一）典型應(yīng)用電路 25 （三）雙電源音頻功率放大器PCB圖27 七、電路制作與調(diào)試 28 （一）利用PCB制作電路板28 （二）裝配與調(diào)試： 29 八、電路圖地繪制與制板中應(yīng)注意地問(wèn)題30 （一）SCH原理圖應(yīng)注意常見(jiàn)問(wèn)題30 （二）PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)注意地問(wèn)題 31 （三）焊盤應(yīng)注意地常見(jiàn)問(wèn)題32 九、總結(jié) 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 37 緒論 音頻放大器已經(jīng)有快要一個(gè)世紀(jì)地歷史了 , 最早地電子管放大器地第一個(gè) 應(yīng)用就是音頻放大器 . 然而直到現(xiàn)在為止 , 它還在不斷地更新、發(fā)展、前進(jìn) . 主 要因?yàn)槿祟惖芈犛X(jué)是各種感覺(jué)中地相當(dāng)重要地一種 , 也是最基本地一種 . 為了 滿足它地需

6、要 , 有關(guān)地音頻放大器就要不斷地加以改進(jìn) . 進(jìn)入 21 世紀(jì)以后 , 各種便攜式地電子設(shè)備成為了電子設(shè)備地一種重要地 發(fā)展趨勢(shì)從作為通信工具地手機(jī)，到作為娛樂(lè)設(shè)備地 MP3播放器，已經(jīng)成為差 不多人人具備地便攜式電子設(shè)備 . 陸續(xù)將要普及地還有便攜式電視機(jī) , 便攜式 DVD等等.所有這些便攜式地電子設(shè)備地一個(gè)共同點(diǎn) ，就是都有音頻輸出，也就 是都需要有一個(gè)音頻放大器；另一個(gè)特點(diǎn)就是它們都是電池供電地 . 都希望能 夠有較長(zhǎng)地使用壽命 . 就是在這種需求地背景下 ,D 類放大器被開發(fā)出來(lái)了 .它 地最大特點(diǎn)就是它能夠在保持最低地失真情況下得到最高地效率 . 高效率地音頻放大器不只是在便攜式

7、地設(shè)備中需要 , 在大功率地電子設(shè)備 中也需要 . 因?yàn)?, 功率越大 , 效率也就越重要 . 而隨著人們地居住條件地改善 , 高 保真音響設(shè)備和更高檔地家庭影院也逐漸開始興起 . 在這些設(shè)備中 , 往往需要 幾十瓦甚至幾百瓦地音頻功率 . 這時(shí) , 低失真、高效率地音頻放大器就成為其 中地關(guān)鍵部件 . 放大器地程序設(shè)計(jì) 一個(gè)實(shí)用音頻放大器地設(shè)計(jì)過(guò)程大體可按電路選型參數(shù)計(jì)算元器件 選擇驗(yàn)證定型地順序進(jìn)行 一）電路選型 1. 確定電路形式及結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)音頻放大器一般先根據(jù)給定地技術(shù)指標(biāo)（如頻響、失真度、信噪比、轉(zhuǎn) 換速率等）、技術(shù)特色（如采用全直流、全對(duì)稱、失真伺服、超線性等）以及性 價(jià)比等要求選

8、擇合適地電路形式和結(jié)構(gòu) . 在選擇電路時(shí) , 國(guó)內(nèi)外音響界普遍推崇一種“簡(jiǎn)為佳”地說(shuō)法 , 即簡(jiǎn)單地就是 最好地.多一個(gè)元器件就多一個(gè)失真源 , 因而在能滿足給定技術(shù)指標(biāo)要求地前提下 應(yīng)盡量避免電路復(fù)雜化 . 2. 確定放大級(jí)數(shù) 一般單級(jí)放大器地放大倍數(shù)只有幾十倍 ,若電路需要很大地放大倍數(shù) , 可采用 多級(jí)放大器 , 這時(shí)總地增益等于各級(jí)增益地乘積 . 在確定放大級(jí)數(shù)時(shí) , 每一級(jí)地增 益不用定地太高 ,因?yàn)樵鲆孢^(guò)高時(shí) ,放大器地穩(wěn)定性變差 ,容易產(chǎn)生自激 .通常還需 在放大器中引入適量地負(fù)反饋 ,將電路增益限制在一定地范圍 , 這樣既可提高放大 器地穩(wěn)定性 ,又可展寬工作頻帶降低波形失真

9、. 此外電路地總增益地設(shè)定還應(yīng)留有 一定地余量 . （二）參數(shù)計(jì)算 1. 確定工作點(diǎn) 晶體管地靜態(tài)工作點(diǎn) ,是影響放大器性能地主要因素 .通常前置放大器均工作 在甲類狀態(tài) ,故選擇工作點(diǎn)時(shí) ,應(yīng)使放大器件工作于輸出特性曲線地線性放大區(qū) ,并 保證在額定工作狀態(tài)地任何瞬間都不超越這一區(qū)域 . 靜態(tài)工作點(diǎn)一般應(yīng)選在器件輸出特性曲線線性區(qū)相對(duì)地小電流及低電壓區(qū)域 這對(duì)保護(hù)器件有利 .但為了增大動(dòng)態(tài)范圍 ,減小失真 ,靜態(tài)工作點(diǎn)又不能選地過(guò)低 .通 常,輸入級(jí)地輸入信號(hào)較小（毫伏或微伏級(jí)） ,工作點(diǎn)可選地低些 如晶體管地 ICQ 可在（0.10.5） mA之間選取，UCEQ也可選地低些,這樣對(duì)提高信噪

10、比有利；而 后面地放大級(jí)，由于信號(hào)幅度較大，工作點(diǎn)則應(yīng)取高些ICQ可在（0.55mA）間選 取,UCEQ也可取高些.此外,為保證工作點(diǎn)地穩(wěn)定，晶體管地基極偏置電阻不能選 地過(guò)大.而功率放大器地工作點(diǎn)則應(yīng)根據(jù)電路地類型來(lái)確定. 2.計(jì)算元件數(shù)值 確定了電路結(jié)構(gòu)及工作點(diǎn)，便可根據(jù)給定地技術(shù)參數(shù)要求，計(jì)算出電路中各元件地?cái)?shù)值和 必須掌握地交直流參數(shù),并標(biāo)注在原理圖上，作為制作和調(diào)整地依據(jù). （三）元器件選擇 有了合適地電路，其技術(shù)指標(biāo)地實(shí)現(xiàn)還有賴于正確選用元器件地質(zhì)量.即便是 質(zhì)量可靠地同類元器件，若品牌不同，其損耗、噪聲系數(shù)、穩(wěn)定性或失真度及失真 成分也可能不同.這也是同樣地電路，采用不同品牌地元

11、器件時(shí)會(huì)導(dǎo)致音質(zhì)方面地 差異地原因所在.從圖2-1和2-2地有關(guān)曲線中，我們可以很直觀地看出這種差異. 30 rtv 三彈OS For Audk 電IT- A 100LkOk100k i（Hr） Lb同品牌電解端的頻谿世 6 3 / 2SK 盤 A / / SK69(V-FET) k / / / 7 7 / 2SC1M1 / / 01 1241020*0100 繼岀電圧(力 E-2不耀W酣苣跟筆罷的瘦度 （四）驗(yàn)證定型 按設(shè)計(jì)要求制作地放大器 ,還應(yīng)進(jìn)行性能指標(biāo)測(cè)試和客觀聽音評(píng)價(jià) ,驗(yàn)證其是 否達(dá)到預(yù)定地技術(shù)指標(biāo)和音質(zhì)水準(zhǔn) .若不能達(dá)標(biāo) ,應(yīng)分析其原因 ,有目地地反復(fù)修改 設(shè)計(jì)方案,使之趨于完

12、善 ,直至符合技術(shù)指標(biāo)要求 ,方可予以定型 . 三晶體管前置放大器 前置放大器依其用途地不同可分為話筒放大器、線路放大器、唱頭和磁頭均 衡放大器等幾種類型 . 前置放大器可以由單管放大器和多級(jí)放大器構(gòu)成 .它們之中若加入負(fù)反饋 ,又 可稱為負(fù)反饋放大器 ,并且還有電容耦合和直接耦合之分 . （一）基本單元電路 形形色色地放大器 , 不管它們地電路怎么復(fù)雜 , 都是由一些最基本地放大單元 電路組合而成 . 最基本地放大單元電路是用一只晶體管構(gòu)成地共發(fā)射極放大電 路、共基極放大電路和共集電極放大電路 . 這三種基本單元電路既可單獨(dú)構(gòu)成一 個(gè)放大器,又可互相組合起來(lái) ,構(gòu)成共射-共射、共射 -共基、

13、和共射 -共集等常用 復(fù)合放大單元電路或多級(jí)放大器 , 因而它們是放大器地基礎(chǔ) . （二）負(fù)反饋放大器 1. 負(fù)反饋放大器地特點(diǎn) 施加了負(fù)反饋地放大器稱為負(fù)反饋放大器 . 過(guò)高地增益對(duì)電路有害無(wú)益 , 它可 能導(dǎo)致信噪比劣化或影響電路地穩(wěn)定 , 如產(chǎn)生自激等 , 應(yīng)設(shè)法使之降低 .降低電路 增益除了修改電路參數(shù)之外，最有效地是給電路加負(fù)反饋，它不僅可以使電路增益 達(dá)到期望值，還可以降低失真、拓寬頻響提高信噪比和電路穩(wěn)定性等許多好處. 負(fù)反饋放大器電路之意圖如圖 3-1.它通過(guò)一定地耦合方式把放大器輸出信 號(hào)地一部分回送到輸入端當(dāng)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)反相便成為負(fù)反饋其結(jié)果使輸 入信號(hào)被削弱 如果輸

14、出信號(hào)電壓為U0反饋信號(hào)電壓為UF,UF/UO就稱為反饋系數(shù)F,即： F=UF/UO 在施加深度負(fù)反饋時(shí)，負(fù)反饋放大器地增益 KF （閉環(huán)增益）約為反饋系數(shù)地 倒數(shù),即；KF=1/F. 加有深度負(fù)反饋地放大器，其增益幾乎與晶體管參數(shù)無(wú)關(guān)，而僅取決于反饋系 數(shù)F,這就顯著提高了放大器增益地穩(wěn)定性，且大大地簡(jiǎn)化了放大器增益地計(jì)算過(guò) 程 引入負(fù)反饋后，放大器地頻響也被展寬了 其原理可以借助圖3-2地頻響曲線 來(lái)加以說(shuō)明. 由于放大器高頻和低頻地輸出電壓是逐漸下降地 ，施加負(fù)反饋后，高頻和低頻 段地反饋電壓也隨之逐漸減小，中頻段地反饋電壓則相對(duì)地較高且穩(wěn)定不變，從而 使電路中頻段地增益下降幅度較大，高

15、、低頻段地增益下降幅度逐漸變小，反映在 頻響曲線上，就是中頻段地平坦部分變寬了 出信號(hào)產(chǎn)生波形失真 , 如正半周幅度大 , 負(fù)半周幅度小 . 施加負(fù)反饋后 , 由于反饋信 號(hào)取自輸出端 ,也是正半周幅度大負(fù)半周幅度小 , 與輸入信號(hào)相加后 ,輸入信號(hào)變 地負(fù)半周小正半周大了 ,被放大后 ,輸出信號(hào)地波形就可以得到修正 .施加負(fù)反饋 地這種凈輸入信號(hào)失真 , 正好補(bǔ)償了放大器地非線性失真 . 3-1反饋放大器電路示意 無(wú)反憤的頓叱 3-2負(fù)反饋展寬了通頻帶 輪人信號(hào) 反鍛AI號(hào) 負(fù)反饋放大器降低 失真地原理可以用圖3-3 來(lái)說(shuō)明.當(dāng)給無(wú)負(fù)反饋地 放大器輸入一個(gè)正弦波時(shí) 3-3負(fù)反饋改善非線性夷真

16、示意 由于晶體管地非線性使輸 2. 負(fù)反饋放大器類型 由于取得反饋信號(hào)地方法 ,以及反饋信號(hào)與輸入信號(hào)地連接關(guān)系不同 , 負(fù)反饋 可以分為電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋和電流并聯(lián)負(fù)反饋 四種基本類型 . （特點(diǎn)見(jiàn)表 1） 3. 負(fù)反饋地應(yīng)用 負(fù)反饋有時(shí)在本級(jí)應(yīng)用 ,有時(shí)則是跨即應(yīng)用 .在一個(gè)電路中 ,可能只用一種負(fù) 反饋, 也可能綜合應(yīng)用幾種負(fù)反饋 . （1）在要求輸入電阻高、輸出阻抗低地電路中 , 應(yīng)用電壓串聯(lián)負(fù)反饋 . （2）多級(jí)前置放大器地輸出端增設(shè)一級(jí)設(shè)計(jì)輸出器可使電路增益穩(wěn)定且有 較低地輸出阻抗 . （3）如只需提高輸入阻抗 , 可在第一級(jí)增設(shè)射級(jí)輸出器或采用多級(jí)串聯(lián)

17、負(fù) 反饋. （4）若希望減小電路地輸入、輸出電阻 , 又要求電路盡可能簡(jiǎn)單 , 可采用單 級(jí)或多級(jí)電壓并聯(lián)負(fù)反饋 . （三）直流放大器 1. 直流放大器 通常指放大直流電壓或電流地放大器 . 其主要特點(diǎn)是級(jí)間采用直接耦合 , 低頻 響應(yīng)很好 , 工作頻率可達(dá)到零 , 或接近零. 由于避免了耦合電容寄生電感地影響 ,其 高頻響應(yīng)也很好 . 現(xiàn)代高保真放大器為擴(kuò)展高低頻響應(yīng)或避免耦合電容對(duì)電路其 他性能地不良影響 , 也普遍采用了直流放大器 . 由于級(jí)間摒棄了耦合電容 , 放大器中任何一點(diǎn)直流電位地變化都將引起輸出 端直流電位地變化 . 因而直流放大器輸出端點(diǎn)位對(duì)溫度變化和元器件參數(shù)地變化和電源地

18、波動(dòng)反映十分敏感，即便在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，也會(huì)受各種不穩(wěn)定因素地影響 而發(fā)生緩慢變動(dòng)，這就是“電位漂移” 若發(fā)生在輸出端為零電位地放大器，則稱 為“零點(diǎn)漂移” 用于音頻功率放大地DC放大器,零點(diǎn)漂移應(yīng)設(shè)法限制在土 150mV 之內(nèi)，以免影響電路性能或損壞元器件 直流放大器地零點(diǎn)漂移可由以下兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量： （1）在指定時(shí)間內(nèi)折合到輸入端地最大漂移電壓值. （2）溫度每變化一度，輸出端地漂移電壓折合到輸入端地漂移電壓值. 在音頻DC放大器中，通常采用差分電路和具有正或負(fù)溫度系數(shù)地?zé)崦綦娮杌?二極管構(gòu)成地偏置電路以及施加直流負(fù)反饋等措施來(lái)抑制電位漂移. 2. 單端直流放大器 與單端交流放大器一樣，單端

19、直流放大器通常也采用一組電源，有時(shí)因偏置電 路地需要，會(huì)再增加一組輔助電源.單端直流放大器用于音頻放大時(shí)，均工作于甲 類狀態(tài).由于電路為直接耦合，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意前后級(jí)之間直流電位地配合 ，滿足前 后級(jí)工作點(diǎn)地要求 3. 差分放大器 差分放大器也 屬于直流放大器 它不僅具有良好地 抑制零點(diǎn)漂移和共 模信號(hào)地能力，而 且具有比一般放大- i-L V1 - 器更為優(yōu)良地線性.在多級(jí)音頻放大器地第一級(jí)和集成電路中，差分放大器幾乎是 不可缺少地. 典型電路與基本特征 1）典型電路 差分放大電路地典型電路如圖3-4所示,其結(jié)構(gòu)呈對(duì)稱性，兩邊三極管地特性 及偏置電路均相同，發(fā)射極電阻則是兩管共用地.電路有正、

20、負(fù)兩個(gè)輸入端，信號(hào) 可從兩個(gè)輸入端平衡輸入，也可采用不平衡輸入，這時(shí)，信號(hào)從其中一個(gè)輸入端輸 入，另一個(gè)輸入端接地.放大后地信號(hào)從兩管地集電極輸出.其輸出電壓與兩個(gè)輸 入端信號(hào)之差成正比，故稱為差分放大器. 2）抑制零點(diǎn)漂移 由于兩邊地電路對(duì)成 ,無(wú)論是電源電壓地波動(dòng)還是溫度地變化 , 對(duì)兩管地影響必然 相同.而厶Use為Usc1和Usc2之差,故這一相同地影響可以在 Use中被互相抵 消. 3）共模增益與共模抑制比 對(duì)于差分放大器 , 總是希望對(duì)有用地差模信號(hào)具有較大地放大能力 , 對(duì)無(wú)用地 共模信號(hào)地放大作用為零 , 即具有抑制作用 . 差分放大器對(duì)共模信號(hào)地抑制能力 , 用“共模抑制比”

21、 （CMRR來(lái)表示,其值為差模信號(hào)放大倍數(shù) KD與共模信號(hào)放大 倍數(shù) KC之比 ,即 CMRR=KD/KC. 對(duì)圖 3-4 所示地雙端輸出差分電路來(lái)說(shuō) , 只要電路完全對(duì)稱 , 即可做到 KC=0, 即CMR無(wú)窮大.由于電路不可能做到完全對(duì)稱,所以CMR常為一有限值，CMRR越 大, 放大器對(duì)共模信號(hào)地抑制能力越強(qiáng) , 共模干擾信號(hào)對(duì)電路影響越小 . 四、功率放大器 功率放大器在電路形式上與前置放大器基本相同 , 但由于它工作魚高電壓、 大電流狀態(tài),要驅(qū)動(dòng)地是低值負(fù)載 ,所以分析和選擇上與前置放大器有所不同 . （一）功率放大器設(shè)計(jì)要點(diǎn) 功率放大器地基本設(shè)計(jì)目標(biāo)是 , 在晶體管安全工作前提下

22、, 所輸出地不是真功 率盡可能大.因而,設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意： 1. 保證晶體管地安全使用 一般情況下 , 希望功率放大器能給出盡可能大地不失真功率 , 這就意味著晶體 管地工作狀態(tài)已接近極限 , 處于危險(xiǎn)地邊緣 , 因而設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)明確所用地晶體管地極 限參數(shù),將晶體管地工作狀態(tài)嚴(yán)格控制在安全區(qū)之內(nèi) ,不允許超出極限參數(shù)范圍 . 晶體管極限參數(shù)有三個(gè)： （ 1） 集電極最大允許耗散功率 Pcm Pc能使管子發(fā)熱,故PC要有一個(gè)最大允許值Pcm超過(guò)此值時(shí),管子易 燒壞. （ 2） 集電極最高允許電壓 VCM VCM值主要受晶體管反向擊穿電壓 Bvceo地限制.當(dāng)管子地集射電壓超 過(guò)此值時(shí)管子將有擊穿地

23、危險(xiǎn).故VCM必須小于Bvceo. （3）集電極最大允許電流 Icm 從晶體管輸出特性曲線可以看出 , 當(dāng)集電極電流增大到一定程度時(shí) ,管 子地B值將明顯變小.一般規(guī)定當(dāng)降為1/2或2/3時(shí)地Ic為Icm,當(dāng)Ic過(guò) 大時(shí).輸出波形地前半周會(huì)出現(xiàn)平頂失真.故Ic不能超過(guò)Icm值. 2. 影響最大不失真功率地因素： （1） 集電極電壓和電流地變動(dòng)范圍進(jìn)入飽和或截止區(qū) 當(dāng)Vce與Ic地變動(dòng)范圍進(jìn)入晶體管地飽和區(qū)或截止區(qū)后，將產(chǎn)生飽和失真或 截止失真 , 因而必須注意正確地選擇工作點(diǎn) . 對(duì)甲類放大而言 , 工作點(diǎn)應(yīng)選在負(fù)載 線地中點(diǎn),使輸入信號(hào)達(dá)一定值時(shí) ,輸出信號(hào)地正、負(fù)半周正好同時(shí)進(jìn)入飽和區(qū)和

24、截止區(qū) , 即可獲得最大不是真功率 . （2）晶體管工作于大信號(hào)狀態(tài)時(shí)，B值非線性地影響比較嚴(yán)重 當(dāng)其工作狀態(tài)接近飽和區(qū)和截止區(qū)或 Ic大于Icm時(shí),失真將明顯增大.為避 免這種影響，不少功放設(shè)計(jì)采用了 Pcm相對(duì)較小地多只晶體管并聯(lián)工作，使每只管 子均工作于線性較好（工作電流較小）地狀態(tài) , 拓寬了整體地線性范圍 , 收到良好 地效果.選用地Pcm和Icm值余量大許多地晶體管或線性有兩地晶體管,也不失為 一種簡(jiǎn)單有效地方法 . （ 3） 輸入、輸出變壓器地非線性失真 采用輸入、輸出變壓器作耦合或阻抗變換時(shí) ,雖然可避免阻抗不匹配造成地 失真,但變壓器本身地非線性失真卻無(wú)法避免 ,改善非線性失

25、真地效果有限 .因而 作為高保真放大器 , 應(yīng)避免使用輸入、輸出變壓器 . 3. 保證充足地電源功率儲(chǔ)備 保證供電電源具有足夠地功率儲(chǔ)備 , 是滿足放大器最大不失真輸出功率要求 地必備條件,否則,當(dāng)放大器輸出功率尚未達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí) ,電源電壓已大幅度跌落 ,致使波形削頂，最大不失真功率自然達(dá)不到額定位因而,現(xiàn)代高保真功放電源不 僅具有充足地功率儲(chǔ)備，而且留有一定地余量，既使放大器短時(shí)間超負(fù)荷工作，也 能應(yīng)付自如，不致于產(chǎn)生過(guò)大地失真 （二）功率放大器地類型 為適應(yīng)各種不同地要求，人們?cè)O(shè)計(jì)出形形色色地功率放大器電路器按其工 作狀態(tài)來(lái)分，主要有下面三類： 1甲類（A類）功率放大器 甲類放大器地靜態(tài)工

26、作點(diǎn)一般選在負(fù)載線地中點(diǎn)即圖4 1Q點(diǎn)，晶體管在 輸入信號(hào)地整個(gè)周期內(nèi)均有集電極電流，處于線性工作狀態(tài)常見(jiàn)地單管功率放大 器都工作于甲類，采用雙管 互補(bǔ)或準(zhǔn)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)地功率放 大器,也可以工作于甲類狀 態(tài). 器須采用兩只晶體管并使它們?cè)趦蓚€(gè)半周內(nèi)輪流工作 4-1晶體管的工作點(diǎn) 2 乙類（B類）功率放大器 乙類放大器地靜態(tài)工作 點(diǎn)選在晶體管基極電流接近 于零處,即圖4 1Q點(diǎn),只 有在輸入信號(hào)地半個(gè)周期內(nèi) 有集電極電流，而在另半個(gè) 周期內(nèi)截止因此，乙類放大 ,才可在輸出端獲得完整 地交流信號(hào)波形. 3甲乙類（AB類）功率放大器 甲乙類放大器地靜態(tài)工作狀態(tài)介于甲類、乙類之間，工作點(diǎn)選在臨近截止區(qū)、即

27、 圖4 1地Q點(diǎn).晶體管有一定地靜態(tài)電流，即在輸入信號(hào)地半個(gè)多周期內(nèi)有集 電極電流,可基本避免純乙類狀態(tài)地交越失真，但仍須雙管推挽工作才能獲得正常 地輸出波形 . ,如 上述三種類型地功率放大器、每種類型還可按電路結(jié)構(gòu)分成若干種形式 變壓器耦合型、滑動(dòng)甲類、超甲類、數(shù)碼甲類、OTC OCL及 BTL型等. 此外,功率放大器還有丙（c）類或乙十丙（BC）類及?。―,脈沖型）類等.它們地 共同特點(diǎn)是效率很高，其中尤以D類放大器為最，效率可高達(dá)95%以上,是人們正 致力研究開發(fā)地綠色”放大器 . （三）音頻放大器地設(shè)計(jì) 功率放大器不僅僅是消費(fèi)產(chǎn)品（音響）中不可缺少地設(shè)備 , 還廣泛應(yīng)用于控 制系統(tǒng)和

28、測(cè)量系統(tǒng)中 . 設(shè)計(jì)要求 1輸出功率： 20W. 2.負(fù)載阻抗：8Q . 3 .通頻帶 fs:為 20HZ- 20KHZ. 4. 音調(diào)控制要求： 1KHZ（0dB）,10KHZ（12dB）,100HZ（12dB） 5. 靈敏度：話筒輸入： 5mV. 線路輸入： 0.775V. 設(shè)計(jì)過(guò)程 1. 擬定總體方案： 甲類功放地主要優(yōu)點(diǎn)就是電路簡(jiǎn)單易行 , 非線性失真小 , 適用于小功率地 線性音頻放大器 ,現(xiàn)在甲類功放主要用在高檔功放產(chǎn)品中 .而乙類功放與甲類 功放最主要地不同點(diǎn)就是靜態(tài)電流小 , 因此無(wú)信號(hào)時(shí)消耗功率小 , 可獲得較高 地效率；但是 , 乙類功放在工作時(shí) , 由于兩只晶體管交替導(dǎo)通與

29、截止 , 因而, 在 兩管輸出信號(hào)波形地銜接處 , 會(huì)產(chǎn)生交越失真；而且功放管在從反偏到零偏 再轉(zhuǎn)為正偏轉(zhuǎn)換時(shí) , 隨著信號(hào)頻率升高 , 輸出信號(hào)就會(huì)在時(shí)間上延遲 , 出現(xiàn)所 謂地開關(guān)轉(zhuǎn)換失真 . 因此, 在實(shí)際 Hi-Fi 高保真放音系統(tǒng)中 , 一般不采用乙類 功放,而采用線性失真小地甲類功放或甲乙類功放 .甲乙類功放是通過(guò)改變偏 置地方法來(lái)減少交越失真 , 它將甲類功放地高保真度與乙類功放折衷 , 從而在 一定程度上解決了上述效率高與失真大之間地矛盾而且甲乙類功放地效率 可達(dá)到78.5% ,故本次設(shè)計(jì)采用甲乙類功放. 通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案地分析,本課題覺(jué)得采用LM1875(乍為功率放

30、大器. 圖4-2系統(tǒng)組成框圖 確定各級(jí)地增益分配 放大倍數(shù)Vs. dB數(shù)OdB: 般將信號(hào)電平(OdB)即0.775V作為衡量放 大器靈敏度地參考標(biāo)準(zhǔn). 5mV地 dB數(shù)為：20lg(0.005/.775)MdB. 因?yàn)椴捎玫丶尚酒琇M1875其輸出功率為20W則負(fù)載上地電壓：為 Ul=拒巨= 126切3/ 又話筒輸入為5mV則整個(gè)電路地增益為20lg (13/0.005 ) =68dB.考慮到音 調(diào)級(jí)必要地衰減,增益為-2dB左右.所以取整個(gè)電路地增益為 70dB.則各級(jí)地增 益如下： *功放級(jí)：26dB (廠家給定地) *音調(diào)控制級(jí)：-2dB. *前置放大級(jí)：44dB. 2. 單元電路地

31、設(shè)計(jì) (1)前置放大級(jí) 電路形式地選擇 由于信號(hào)遠(yuǎn)輸入地信號(hào)幅度較小.不足以推動(dòng)以后地功放電路.因此要 用電壓放大電路對(duì)信號(hào)輸入地音頻信號(hào)電壓進(jìn)行放大，對(duì)于信號(hào)源，其負(fù)載 約為47KQ ,所以選用電壓串聯(lián)負(fù)反饋方式地同相比例放大器,它可以使輸入 電阻增大，輸出電阻減小，且輸入輸出電壓同相.又因?yàn)榍爸梅糯蠹?jí)地增益為 44dB,即158倍，取160倍,前置放大級(jí)電路采用二級(jí),第一級(jí)與第二級(jí)采用 電容耦合方式，總地電壓放大倍數(shù)為 Auf=160,設(shè)計(jì)中選用Auf仁1,Auf2=160. 其中第一級(jí)實(shí)際上是一個(gè)電壓跟隨器，它提高了帶負(fù)載地能力. 圖4-3前置放大器電路圖 電路中二極管D1作用是：當(dāng)線路

32、輸入是0.775V時(shí),D1導(dǎo)通，此時(shí)LF353(2)也為 一個(gè)電壓跟隨器，信號(hào)不經(jīng)過(guò)放大直接到音調(diào)控制級(jí)地輸入端.當(dāng)輸入為5mV 時(shí)，不足以讓二極管導(dǎo)通，此時(shí)LF353 ( 2)為放大器，信號(hào)將放大160倍后到 音調(diào)控制級(jí)地輸入端. 集成運(yùn)放地選擇 因?yàn)锳uf2=160,根據(jù)通頻帶 20HZ- 20KHZ其上線頻率為 20KHZ則集成運(yùn)放地 放大倍數(shù)帶寬積應(yīng)滿足下列關(guān)系： GB Auf2fh = 180*20KHZ = 3.2MHZ 從運(yùn)放地資料手冊(cè)中可查出 LF353地單位放大倍數(shù)帶寬 GB=4MHZg足要 求. 各元件地參數(shù)選擇和計(jì)算 電路中電容C11是用作噪聲去耦合地,可以用小體積大容量

33、地鉭電容 或普通電解電容,一般選為10卩F,R11可選用較大地電阻,取1MQ ,電阻R12 取10K,LF353 (2)構(gòu)成地是放大倍數(shù)為160地電壓放大電路,同相交流放大 電路地平衡電阻可盡量選得大一些，一般為10K以上,這樣有利于提高放大電 路地輸入電阻,由于輸入電阻為47K,故選RP2地阻值為47K,R21取1K,耦合 電容 C12 為 10 卩 F.由 Auf2 = 1+R23/R22 及 R2仁R23/R22,Auf2=180 可得 R2仁R22=1K,R23=160K.C21,C22,C23,C24主要用 于電源旁路濾波,一般 C21,C23用電解電容,其值為220卩F,C22,C

34、24用普通地電容,一般取值為22 卩F丄F353地電源為土 15V地直流穩(wěn)壓電源. (2)音調(diào)控制級(jí) 音調(diào)控制器主要是控制，調(diào)節(jié)音響放大器地幅頻特性，他只對(duì)低頻與高頻 地增益進(jìn)行提升與衰減，中音頻地增益保持0dB不變.因此，音調(diào)控制器地電 路可以由低通濾波器和高通濾波器構(gòu)成由運(yùn)算放大器構(gòu)成地音調(diào)控制器，電 路調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，元器件少，因此，我們選用這種電路形式 圖4-4 音調(diào)控制級(jí)電路圖 圖中，電位器RP3用來(lái)調(diào)節(jié)音量地大小，即為音量控制電路 設(shè)電容C31=C32 C33,在中,底音頻區(qū),C33可視為開路,在中,高音頻 區(qū),C31,C32可視為短路. 工作狀態(tài)及元件參數(shù)計(jì)算： 第一：低頻時(shí)地情況：

35、低頻提升與衰減,電路圖如下圖4-5 (a)和圖4-5 (b)所示： Vi Vo 圖4-5低頻提升與衰減電路 Title Size A4 Number Revisi on 增益為：A(j co)=-(RP31+R32)eeR31：FBj3?t?Daes曲/1+(fDhaw渤 u 1 式中：3 1=1/ ( RP31*C32 , 3 2= (RP31+R323/ (RP31*R32*C324 當(dāng)fvfL1時(shí),C32可視為開路,運(yùn)算放大器地反向輸入端視為虛地,R34地 影響可以忽略，此時(shí)電壓增益 AVL=(RP31+R32)/R31 在f=fL1時(shí)，因?yàn)閒L2=10fL1,故可得 AV仁(RP31+

36、R32)/2 R31 此時(shí),電壓增益AV1相對(duì)于AVL下降了 3dB. 在 f=fL1 時(shí),可得 AV1=(RP31+R32)/R31* ( 2/10 ) =0.14 AVL 此時(shí),電壓增益AV2相對(duì)于AVL下降了 17dB. 同理可得低頻衰減地相應(yīng)表達(dá)式. 第二：高頻提升與衰減： 高頻等效電路如圖4-6所示： R1 R2 Rc Vi Vo Title ? gge Dg ?_ a? (ie? ?_ b? 圖4-6高頻等效電路 電阻關(guān)系式為: Size B Date: File: 23 Number Revision 13-May-2003 F:D? _?t?DMyDesign.ddb 4 Sh

37、eet of Drawn By: 5 Ra=R31+R31 + R31R31/R32 Rb=R34+R32( R34R32/R31 Rc=R31+R32( R32R31/R34 若取 R31=R32=R34則上式為：Ra=Rb=Rc=3R32=3R34 123 高頻提升與衰減地等效電路如下圖 4-7所示： 圖4-7高頻提升與衰減電路 Size R3 Vi Ra C3 Rb -Vee A1 Vo Number i ? b? GND +VCC Revisi on (3)功率放大級(jí) B Date: File: 2 13-May-2003 F:D?t?DMyDesign.ddb 3 Sheet of

38、Draw n By: 電路形式地選擇： 芯片選用LM1875而一個(gè) LM1875地輸出功率最大只能達(dá)到 20W,已能 滿足本課題地設(shè)計(jì)要求，故本設(shè)計(jì)采用單片LM1875如果要把輸出功率提高到 50W可選擇BTL電路,按照如下方法進(jìn)行設(shè)計(jì)： BTL電路它是在OTL電路和OCL電路地基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)地新型功率放大 電路,其工作原理如下: 圖4-8雙端推挽放大電路 BTL電路屬于雙端推挽放大電路，它由四管組成電橋電路，圖中對(duì)角管 同時(shí)導(dǎo)通，互為推挽.負(fù)載上輸出正負(fù)半周波形. BTL電路可以采用單電源供電，且不需要輸出電容，這不僅克服了輸出 電容地影響，也免除了兩組電壓對(duì)稱性地苛刻要求.BTL地兩組對(duì)角

39、管輪流 導(dǎo)通,互為推挽，在每個(gè)信號(hào)半周內(nèi)能利用全部電源電壓（除去飽和壓降） 同單端電路相比，在相同電源電壓和相同負(fù)載時(shí)，前者地輸出功率為后者地 4倍；換言之，如果負(fù)載和輸出功率相同,BTL電路對(duì)所用地晶體管 地耐壓要求可比單端電路降低一半，因此，它有易于輸出大功率而不損壞輸 出管地優(yōu)點(diǎn) 目前常見(jiàn)地BTL電路大多是由兩個(gè)獨(dú)立地單端推挽電路拼合而成（多 Title Revisi on 見(jiàn)于集成電路）,其信號(hào)分相是先將信號(hào)送入第一個(gè)單端電路er，放大后經(jīng)電 B Sheet of Drawn By : 6 阻分壓再送到第二個(gè)單端電路,這樣不僅會(huì)把單端電路地缺陷帶入放大器： File:E:Clie nt

40、98Sch98Sheet_0001.Sch 而且還會(huì)將第一個(gè)單端電路地畸變信號(hào)經(jīng)過(guò)第二個(gè)單端電路放大而進(jìn)一步 加重,因此其特性必然不好. 由BTL地工作原理及特點(diǎn)可知，要滿足輸出功率為50W地要求,可用兩 個(gè)LM1875組成BTL電路,要想獲得好地輸出特性,關(guān)鍵是要獲得BTL電路 所需地兩個(gè)大小相等，相位相反地音頻信號(hào).通過(guò)查詢資料（3）,可知,可 以用一個(gè)倒相電路來(lái)提供此信號(hào).如下圖所示: 圖4-9倒相電路 圖中VT組成地單管放大電路沒(méi)有電壓放大作用，它采用分壓式偏置供 給VT關(guān)靜態(tài)工作電流,從集電極和發(fā)射極輸出地音頻信號(hào)大小分別為IcRc 和leRe,由于Icle,Rc=Re,所以兩路地信號(hào)大小相等而極性相反,可將它 們分別通過(guò)電容耦合到BTL電路地兩個(gè)同鄉(xiāng)相輸入端.則功率放大電路如 下圖所示： 1 2 3 4 Title D C B 圖4-10 BTL 功率放大電路 A SizeNumber Revision Date:16-May-2003Sheet of File:F:D?？t?DMyDesign