音頻功率放大器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、杭州電子科技大學(xué)音頻功率放大器設(shè)計(jì)報(bào)告 一. 設(shè)計(jì)要求o 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)音頻功率放大電路（電路形式不限），負(fù)載為揚(yáng)聲器，阻抗8。要求直流穩(wěn)壓電源供電，多級(jí)電壓、功率放大。輸入音頻線自備。 o 基本指標(biāo)： o 頻帶寬度50Hz20kHz，輸出波形基本不失真；o 電路輸出功率大于8W；o 輸入阻抗：10k；o 放大倍數(shù)：40dB；o 具有音調(diào)控制功能：低音100Hz處有12dB的調(diào)節(jié)范圍，高音10kHz處有12dB的調(diào)節(jié)范圍；o 所設(shè)計(jì)的電路具有一定的抗干擾能力；o 具有合適頻響寬度、保真度要好、動(dòng)態(tài)特性好。 二. 實(shí)驗(yàn)原理 音頻功率放大器是一種應(yīng)用廣泛、實(shí)用性強(qiáng)的電子音響設(shè)備，它主要應(yīng)用于對(duì)弱音

2、頻信號(hào)的放大以及音頻信號(hào)的傳輸增強(qiáng)和處理。按其構(gòu)成可分為前置放大級(jí)、音調(diào)控制級(jí)和功率放大級(jí)三部分，組成框圖如圖1-1所示。 圖1-1三. 設(shè)計(jì)思路及方案論證 設(shè)計(jì)思路：首先根據(jù)輸出功率的確定電源大小和整個(gè)系統(tǒng)的增益。 音頻功率放大器的輸出功率POM8W。 音頻功率放大器的輸出幅值 若輸入信號(hào)為5mV時(shí)，整個(gè)放大系統(tǒng)的電壓增益為： ，即67dB。根據(jù)整個(gè)放大系統(tǒng)的電壓增益，合理分配各級(jí)單元電路的增益。功率放大器級(jí)（采用集成功放）電壓放大倍數(shù)取30倍；音調(diào)控制器放大器在中頻（1KHz）處的電壓放倍數(shù)取1；前置放大器的電壓放大倍數(shù)取80（考慮到實(shí)際電路中有衰減）。方案選擇：1. 前置放大器：實(shí)驗(yàn)室可

3、為我們提供NE5532運(yùn)放，所以前置放大器將使用NE5532搭建電路。為了保證輸入電阻足夠大，我們選擇同相組態(tài)，由于同相組態(tài)中Av=1+R2/R1,根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取R1=910， R2=22K。具體電路圖參見(jiàn)4-12. 音調(diào)控制電路：Rp1：高音調(diào)節(jié)電位器 Rp2：低音調(diào)節(jié)電位器 電容C：音頻信號(hào)輸入耦合電容 電容C1、C2：低音提升和衰減電容，一般選擇C1=C2電容C3：高音提升和衰減作用，要求C3的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于C1。 各元件一般要滿(mǎn)足的關(guān)系為：Rp1=Rp2，R1=R2=R3，C1=C2，Rp1=9R1。 通過(guò)仿真調(diào)試，選擇合適的參數(shù)，參數(shù)見(jiàn)圖4-53. 功率放大器：實(shí)驗(yàn)室可提供tda203

4、0運(yùn)放，通過(guò)網(wǎng)上查詢(xún)資料，tda做成的運(yùn)放電路形式一般有OTL、OCL、BTL三種?？紤]到需要雙電源供電，且第一次進(jìn)行功放設(shè)計(jì)電路難度不宜過(guò)高，我們選擇了OCL功放。 圖3-1圖3-1為T(mén)DA2030的器件手冊(cè)中的OCL功放電路，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改，實(shí)際電路圖如圖4-14四. 電路模擬仿真前置放大器仿真部分 圖4-1前置放大器電路圖 輸入幅值為5mV 頻率為1kHZ的信號(hào)時(shí)，前置放大器的輸出信號(hào)為 圖4-2增益為AV1=83.3v/v用波特測(cè)試儀測(cè)出的前置放大器的幅頻特性和相頻特性 圖4-3 圖4-4 測(cè)出前置放大器的fH=118.581kHZ BW=118.581kHZ音調(diào)控制電路仿真部分

5、 電路圖 圖4-5輸入頻率等于1kHZ 幅值為1V的正弦信號(hào)，輸出波形為 圖4-6測(cè)得增益Av=0.998V/V幅頻特性RP1最左端 RP2在中間 圖4-7RP1最右端，RP2在中間： 圖4-8RP1在中間，RP2在最左端 圖4-9RP1在中間，RP2在最右端 圖4-10功率放大器仿真部分電路圖： 圖4-11以1kHZ的信號(hào)輸入 調(diào)節(jié)輸入信號(hào)幅值，最大不失真的輸出電壓為9.53V可得最大輸出不失真功率P=11.35w 但是當(dāng)輸入為20kHZ時(shí)，最大不失真的輸出電壓為2.3V，使得輸出功率達(dá)不到8w，且輸入信號(hào)最大約為350mV,超過(guò)的話輸出信號(hào)將會(huì)出現(xiàn)失真的情況。解決方法：在第一級(jí)串聯(lián)一個(gè)20

6、0k電位器減小輸入電壓，使得第三級(jí)功率放大器的輸入信號(hào)幅值小于350mV， 以犧牲增益（輸出功率）為代價(jià)確保信號(hào)在高頻段不產(chǎn)生失真。 整機(jī)聯(lián)調(diào)： 圖4-12當(dāng)圖中第一級(jí)的電位器位于50%時(shí)，可確保20kHZ的輸入信號(hào)在5mV時(shí)不發(fā)生失真，此時(shí)用波特測(cè)試儀測(cè)出音頻功率放大器的波特圖 圖4-13fL=23.6Hz fH=23kHz BW=23kHz相頻圖： 圖4-14在仿真時(shí)出現(xiàn)了問(wèn)題： 如果輸入信號(hào)為20kHz,5mV的輸入信號(hào)，在不調(diào)整第二級(jí)放大器時(shí)并不會(huì)出現(xiàn)失真，但是當(dāng)把高音控制調(diào)到最大12dB的增量時(shí)，輸出波形出現(xiàn)失真。這是由于第三級(jí)的輸入信號(hào)過(guò)大導(dǎo)致飽和失真引起的，解決的方法是繼續(xù)降低放大器增益，此時(shí)可在第三級(jí)增加一個(gè)分壓電阻達(dá)到減小第三級(jí)的輸入信號(hào)幅值的目的。但同時(shí)這樣將會(huì)犧牲更多增益，通過(guò)仿真測(cè)出此時(shí)的增益大概只有50dB,且最大輸出功率約為0.567w 無(wú)法達(dá)到8w的額定功率。更好的解決方法：前兩級(jí)的放大器都沒(méi)有問(wèn)題，但是第三級(jí)會(huì)出現(xiàn)飽和失真，在仿真中通過(guò)調(diào)整參數(shù)并不能解決，可以改變電路結(jié)構(gòu)或者使用其它功放。但是我并不會(huì)。五. 實(shí)際制作根據(jù)仿真電路圖可畫(huà)出PCB版圖由于實(shí)驗(yàn)室提