音頻功率放大器論文

1、四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)目錄目錄 . - 1 -摘要 . 1第一章 緒論 . 21.1課題的意義、目的 . 21.2 主要研究內(nèi)容、范圍 . 21.3 應(yīng)解決的問題 . 2第二章 電路的選擇 . 32.1集成電路和分立元件的電路區(qū)別 . 32.2 OTL和OCL電路的區(qū)別 . 3第三章 單元電路的設(shè)計(jì) . 43.1設(shè)計(jì)方案分析 . 43.2直流穩(wěn)壓電源 . 43.3 直流穩(wěn)壓電源各部分功能分析 . 6電源變壓器的作用是為整個電路提供電源支持。 . 63.3.2整流電路 . 63.3.3濾波電路 . 63.3.4穩(wěn)壓電路 . 73.4前置放大器 . 73.4.1 前置放大電路工作

2、原理的分析 . 83.5音調(diào)控制電路 . 9第四章 電路工作原理第五章 電路仿真 . 13第六章 總 結(jié) . 18附錄一 . 19四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)附錄二 . 20參考文獻(xiàn) . 22四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)摘要本次課程設(shè)計(jì)的題目為音頻功率放大器，簡稱音頻功放。音頻功率放大器主要用來推動揚(yáng)聲器發(fā)聲。設(shè)計(jì)中的音頻功率放大器主要由直流穩(wěn)壓電源、前置放大電路、音調(diào)控制電路、二階帶通濾波電路、功率放大電路。直流電源采用橋式電路進(jìn)行整流，輸出采用LM78XX和LM79XX系列三端集成穩(wěn)壓器。設(shè)計(jì)中用Multisim11.0對電路進(jìn)行仿真。對直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行了輸出電壓驗(yàn)

3、證。對功率放大電路進(jìn)行了輸入和輸出功率分析。對吼對總電路進(jìn)行分析總結(jié)并得出結(jié)論。關(guān)鍵詞： 音頻功放；音調(diào)電路；帶通濾波；第 1 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1課題的意義、目的研究音頻功率放大器的意義在于，音頻功率放大電路設(shè)計(jì)的領(lǐng)域十分廣泛，在我們身邊的許多電子產(chǎn)品中都會有它的身影，小到我們平時聽歌的mp3，大到城防警報(bào)系統(tǒng)，還有許多需要放大音頻信號的地方都要用到音頻功率放大電路，身為電子工程系一名學(xué)生我有必要仔細(xì)研究一下它的工作原理以及構(gòu)成，通過細(xì)致的研究希望能在今后的工作以及相關(guān)類似產(chǎn)品的研究維修方面給我提供經(jīng)驗(yàn)。1.2 主要研究內(nèi)容、范圍對于音頻

4、功率放大電路設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容由硬件和軟件兩大部分組成，硬件部分由前級放大電路、功率放大電路、音調(diào)電路、帶通濾波電路組成，軟件部分由鍵盤掃描、部分構(gòu)成。研究的范圍是在音頻信號在人耳接受的2020000Hz的頻率范圍內(nèi)對麥克風(fēng)出入進(jìn)來的聲音信號進(jìn)行相應(yīng)放大倍數(shù)的放大最后由喇叭輸出。1.3 應(yīng)解決的問題本次研究的課題和我以往研究的課題有很大的不同，原來研究的課題都是對軟件的程序上要就比較高，這次的音頻功率放大電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于硬件電路各個元器件的選取上，因?yàn)楣Ψ诺募夹g(shù)指標(biāo)要求相對較為細(xì)致，輸入電壓輸入阻抗，失真度，負(fù)載能力等一系列指標(biāo)的要求下對硬件電路的設(shè)計(jì)尤其是元器件的選擇就要多下功夫進(jìn)行一些列的計(jì)

5、算，需要不斷地調(diào)試硬件電路才達(dá)到了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。軟件方面需要解決的問題是熟練掌握C語言對單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行編程，編寫程序時加強(qiáng)對程序?qū)哟位O(shè)計(jì)的能力以及程序的可讀性，不斷地修改程序最終實(shí)現(xiàn)功能。第 2 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)第二章 電路的選擇2.1集成電路和分立元件的電路區(qū)別集成電路的優(yōu)點(diǎn)(1)體積小、質(zhì)量輕、功能全。(2)可靠性高、壽命長、安裝方便。(3)頻率特性好、速度快。（4)專用性強(qiáng)。(5)集成電路需要外接一些輔助元件才能正常工作。立元件最大的優(yōu)點(diǎn)就是：可以任意匹配，一個元件可能無法滿足要求，但可以用多個元件來組合，變通。 這一點(diǎn)集成電路是不可能達(dá)到的而

6、從集成電路的方便，容易集成的特性，并根據(jù)我們的能力范圍，所以選擇的集成電路。2.2 OTL和OCL電路的區(qū)別電路的機(jī)構(gòu)基本相同，只是OTL使用單電源供電，輸出時使用大容量的電容隔離直流，只適合交流放大；OCL電路使用對稱的正負(fù)電源供電，因?yàn)橛兄悬c(diǎn)電壓0V，故而可以直接輸出，適合于交流和直流的放大。由于我們的電路只需要放大交流信號，故我們決定選擇OTL電路第 3 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)第三章 單元電路的設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)方案分析根據(jù)設(shè)計(jì)課題的要求，音頻功率放大器可由圖1所示方框圖實(shí)現(xiàn)，下面介紹各部分電路的特點(diǎn)及要求。圖13.2直流穩(wěn)壓電源由于本次設(shè)計(jì)全部采用

7、7;12v直流電源，則必須設(shè)計(jì)一個直流穩(wěn)壓電源，將220v的交流電源經(jīng)過降壓和穩(wěn)壓之后成為穩(wěn)定的±12v直流電源。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)需要對稱的雙電源，因此必須選擇次級有三端抽頭的變壓器，經(jīng)過橋式整流電路之后，輸出對稱的正負(fù)電源。要構(gòu)成線性直流穩(wěn)壓電源，最簡單的方法就是采用三端集成穩(wěn)壓器。這種集成電路塊內(nèi)部完整地集成了采樣電路、比較放大、調(diào)整電路、保護(hù)電路和啟動電路等功能，但是外部引腳只有三個端口，分別接輸入電源、地，另一個端口輸出，其使用十分簡單，只要將三個端口按規(guī)定接入電路就可以使用。由于需要±12V直流電源，則集成三端穩(wěn)壓電源模采用7812 和 7912為負(fù)三端穩(wěn)壓，7812

8、為正三端穩(wěn)壓。 第 4 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)12V直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)如下：圖2 7912直流穩(wěn)壓電源這里采用的三段式穩(wěn)壓器W7812和W7912。由于集成電路工藝迅速發(fā)展，集成穩(wěn)壓電路的制成也具有集成電路的共同特點(diǎn)：體積小、外圍元件少、性能穩(wěn)定可靠、使用調(diào)整方便和價廉。因此這里也采用三段式穩(wěn)壓器。圖3 LM7812直流穩(wěn)壓電源第 5 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)3.3 直流穩(wěn)壓電源各部分功能分析電源變壓器的作用是為整個電路提供電源支持。3.3.2整流電路整流電路一般是具有單向?qū)щ娦缘亩O管構(gòu)成，經(jīng)常采用單向半波，單相全波，單向橋式整

9、流電路。我們常采用的是4個二極管，組成單向橋式整流。在整流過程中4個二極管輪流導(dǎo)通，無論是正半周還是負(fù)半軸，流過負(fù)載電流的方向是一致的，形成全波整流。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。3.3.3濾波電路在整流電路的輸出端并聯(lián)電容即可形成濾波電路，加入電容濾波電容后，由于電容式儲能元件，利用其充放電的特性，是輸出平滑電流，減少脈動成分，以達(dá)到濾波的目的。為了是濾波效果好，選用大電容作為濾波電容。因?yàn)殡娙莸某浞烹姇r間常數(shù)越大，充放電的過程就越慢，脈動成分越少，同時使得電壓越高。第 6 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)3.3.4穩(wěn)壓電路常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式

10、：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。二者的工作原理有所不同。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路器工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起器電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。它一般適用于負(fù)載電流變化較小的場合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負(fù)反饋的原理來調(diào)節(jié)輸出電壓的。集成穩(wěn)壓電源事實(shí)上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。本次設(shè)計(jì)中我們需要的是±12V的電源，所以我們用LM7812輸出+12v的電壓，LM7912輸出12v的電壓。3.4前置放大器音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號進(jìn)行前置放大，經(jīng)過音的調(diào)制，在經(jīng)過功率放大，把聲音輸出給揚(yáng)聲器。聲音源

11、的種類很多，如（傳聲器）、錄音機(jī)（放音磁頭）、CD唱機(jī)及線路傳輸?shù)?。這些聲音源的輸出信號電壓差別很大，從零點(diǎn)幾毫伏到幾百毫伏。一般功率放大器的輸出靈敏度是一定的，這些不同的聲音源信號如果直接輸入到功率放大器的話。對于輸入過低的信號，功率放大器的輸出功率不足，不能充分發(fā)揮功放的作用。假如輸入信號的幅值過大，功率放大器的輸出信號將嚴(yán)重過載失真。這樣就失去了音頻放大的意義。所以一個音頻功率放大的放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器。以便放大器適用不同的輸入信號，或放大，或衰減，或進(jìn)行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。前置放大器的功能有兩個：一是選擇所需要的音源信號，并放大到額定電平；二是要進(jìn)行各種

12、音質(zhì)控制。以美化聲音。另外在各種聲源中，除了信號幅度 第 7 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)差別外，它們的頻率特性有的也不同，如電唱機(jī)的輸出信號和磁帶放音的輸出信號的頻率特性曲線上呈翹形，即低音被衰減，高音被提升。對于這樣的輸入信號，在進(jìn)行功率放大器之前，需要進(jìn)行頻率補(bǔ)償，使其頻率特性曲線恢復(fù)到接近平坦的狀態(tài)。即加入頻率均衡網(wǎng)絡(luò)放大器。 對于話筒和線路的輸入信號，一般只需要將輸入信號進(jìn)行放大和衰減，不需要進(jìn)行頻率均衡。前置放大器的主要功能一是使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入阻抗相匹配。二是使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。由于話筒輸出信號非常

13、微弱，一般只有100Uv-幾毫伏，所以前置放大器輸入級的噪聲對整個放大器的信噪比影響非常大，前置放大器的輸入級首先采用低噪聲電路，對于由晶體管分立元件組成的前置放大器，首先要選擇低噪聲的晶體管，另外要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，由于場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)一般比晶體管小，而且它幾乎與靜態(tài)工作點(diǎn)無關(guān)，在要求高輸入阻抗的前置放大器的情況下，采用低噪聲場效應(yīng)管組成的放大器是合理的選擇，如果采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的前置放大器，一定要選擇低噪聲、低漂移的集成運(yùn)算放大器。對于前置放大器的另一要求是要有足夠?qū)挼念l帶，以保證音頻信號進(jìn)行不是真的放大。圖4 前置級放大電路3.4.1 前置放大電路工作原理的分析本次設(shè)計(jì)的前置

14、放大電路采用的是共基極放大電路。共基極放大電路的電流放大倍數(shù)小于1而接近于1，但是具有較大的電壓放大倍數(shù)，仍具有功率放大的作用，輸出電壓與輸入電壓相位相同，輸入電阻小，輸出電阻較大。共基極放大電路允許的工作頻率較高，高頻特性好。第 8 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)3.5音調(diào)控制電路音調(diào)控制是指人為地調(diào)節(jié)輸入信號的低頻、中頻、高頻成分的比例，改變音響系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，以補(bǔ)償音響系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的頻率失真，或用來滿足聆聽者對音色的不同愛好。反饋式音調(diào)控制電路只改變電路頻率響應(yīng)特性曲線的轉(zhuǎn)折頻率，而不改變其斜率。反饋式音調(diào)控制電路可以很好地補(bǔ)償音響系統(tǒng)的頻率失真，而且適應(yīng)于人

15、耳的聽覺特性。例如100Hz左右、100kHz左右，并且要求在進(jìn)行高低音調(diào)節(jié)時，中心頻率（一般指1kHz）附近頻率特性應(yīng)保持基本不變，以保持音量。4第 9 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)圖5 音調(diào)電路電路的頻率響應(yīng)分析如下：Rp2dB2010L1L2(a) 低音提升等效電路圖 (b) 低音提升等效電路幅頻響應(yīng)波特圖3.5帶通濾波器帶通濾波器的功能是讓范圍內(nèi)的有用頻率信號通過，而高于或低于此頻段的信號將被抑制或衰減。帶通濾波器按設(shè)計(jì)要求由低通濾波器和高通濾波器組成。帶通濾波器可由RC元件組成有源濾波器，也可由RC元件與運(yùn)算放大器組成有源濾波器。帶通濾波器可由一階濾波器組

16、成，也可由二階濾波器組成。要求低通截止頻率fH大于高通截止頻率fL。第 10 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)圖6 帶通濾波器（1）fH=fN=1/2rc=100HZ 設(shè)C=0.1uf，R=1/2CfH=1/2*0.1*10-6*50=162RC=100Khz （2）fl=fh=1/2R=1/2CfH=1/2*0.1*10-6*50=16K第 11 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)第 12 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)第四章 電路工作原理第 13 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)第五章 電路仿真

17、圖1 7912直流穩(wěn)壓電源仿真波形圖圖2 LM7812直流穩(wěn)壓電源電路仿真波形圖第 14 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)圖3 前置放大的波形圖圖4 帶通濾波器的通頻帶第 15 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)圖5 音調(diào)電路高音輸出波形第 16 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)圖6 音調(diào)電路低音輸出波形第 17 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)第六章 總 結(jié)本學(xué)期我們學(xué)習(xí)了模擬電子技術(shù)，這門學(xué)科屬于電子電路范疇，與我們的專業(yè)有密切聯(lián)系，且都是理論方面的知識。但是學(xué)習(xí)任何知識，僅從理論上去求知，而不去

18、實(shí)踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期模電學(xué)習(xí)即將結(jié)束的時候，老師為我們安排了課程設(shè)計(jì) 。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)、提出和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。不僅能加深我們對電子電路的認(rèn)知，而且還及時、真正的做到了學(xué)以致用。在設(shè)計(jì)過程中，我們在模擬仿真過程中遇到了許多問題，我發(fā)現(xiàn)電路的連接要小心，一不注意就會沒連上，只有當(dāng)示波器上沒有波形顯示的時候才會發(fā)現(xiàn)。而在這之前我不知道總是出錯。后來我查閱了一些書籍，上網(wǎng)查資料，加上同學(xué)的幫助，最后終于使理論與仿真結(jié)果相符合。 回顧起此課程設(shè)計(jì)，感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這個星期里，可以說苦多甘甜，但是我從中學(xué)到了許多東西，這不僅鞏固了書本上所學(xué)的知識，而且還學(xué)到了許多書上沒有的東西，在這次的課程設(shè)計(jì)過程中，也在與同學(xué)分工設(shè)計(jì)、相互討論、相互學(xué)習(xí)中我們學(xué)會了合作、寬容、理解、也學(xué)會了為人處世。第 18 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)附錄一第 19 頁 共 24 頁四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)附錄二音調(diào)