立體聲功率放大器設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）立體聲功率放大器設(shè)計(jì) 院 系：傳媒技術(shù)學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：電子信息工程班 級(jí)：B1001班姓 名：肖 奇 峰學(xué) 號(hào)：10405010141指導(dǎo)教師：梁 楚 樵2014年5月4日 26立體聲功率放大器設(shè)計(jì)The Design of Stereo Power Amplifier摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的追求，現(xiàn)代人對(duì)聽(tīng)覺(jué)的水平要求越來(lái)越高，所以對(duì)音響的音質(zhì)真實(shí)性要求越來(lái)越多，并對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)加工修飾，使聲音音質(zhì)真實(shí)優(yōu)美動(dòng)聽(tīng)。因此，我們這次的主要研究對(duì)象是立體聲功率放大器，功率放大器是在音響系統(tǒng)中把微弱的音頻信號(hào)放大到足以驅(qū)動(dòng)喇叭單元工作，重放出人耳能聽(tīng)到的聲音的設(shè)備。本次設(shè)計(jì)主要是

2、采用功放芯片LM1875芯片設(shè)計(jì)的功率放大器，他在應(yīng)用場(chǎng)合能提供非常低的失真度和高質(zhì)量的音色，還具有高增益、快轉(zhuǎn)換速率、寬功率帶寬、大輸出電壓擺幅、大電流能力和非常寬的電源范圍等特性。功放部分的外圍結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，整個(gè)功放分為前級(jí)放大、音調(diào)控制、中級(jí)放大和后級(jí)放大。電源部分為對(duì)偶式整流電路，分別輸出兩個(gè)不同的電壓給功放供電。本次設(shè)計(jì)的功放可用于家庭音響，立體聲唱機(jī)等。 關(guān)鍵字：立體聲 集成功放 功率放大器 Abstract With the development of society, people's pursuit, the modern requirements for hear

3、ing level is getting higher and higher, so the sound quality requirements more and more authenticity, so the sound quality requirements more and more authenticity. And appropriate modification of audio signal, to make the sound quality real and beautiful. Therefore, the main research object is stere

4、o power amplifier; the power amplifier is the equipment that audio signal amplification to drive the loudspeaker unit work in sound system, reproducing the human ear can hear the sound. The design of power amplifier focused on using the power amplifier chip LM1875 to design, it was able to provide a

5、pplication with very low distortion and high-quality sound, but also has a high gain, fast conversion rate, wide bandwidth, large output voltage swing, large current capability and a very wide power rang of power and other characteristics. Peripheral structure of power amplifier is relatively simple

6、; the power amplifier is divided into a front amplifier, tone control, intermediate amplification and after amplification. The power part is the dual power rectifier circuit, respectively two different output voltages to the power amplifier power supply. The design of the power amplifier can be used

7、 for home audio, stereo record player etc.Keywords: Stereo Integrated power amplifier Amplifier 目 錄摘 要IAbstractII緒 論11 音響技術(shù)的發(fā)展21.1 音響21.2 音響發(fā)展歷史21.3 家庭組合音響的種類(lèi)32 功率放大器與集成運(yùn)放42.1 功率放大器42.2 集成運(yùn)放83 方案設(shè)計(jì)93.1 整體電路設(shè)計(jì)框圖93.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)93.3 方案選擇94 集成功放LM1875與NE5532簡(jiǎn)介114.1 集成功放LM1875114.2 集成功放NE5532135 電路設(shè)計(jì)與工作原理155.1

8、 電路設(shè)計(jì)155.2 電路工作原理176 功放制作與測(cè)試186.1 功放制作186.2 測(cè)試及分析19參考文獻(xiàn)21致 謝22附錄123附錄224緒 論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(lái)，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無(wú)論從線路技術(shù)還是元器件方面，乃至于思想認(rèn)識(shí)上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步?；仡櫼幌鹿β史糯笃鞯陌l(fā)展歷程，對(duì)我們廣大音響愛(ài)好者來(lái)說(shuō)也許是一件饒有趣味的事情。早期的放大器幾乎全用鍺管來(lái)制作，但由于鍺管工藝上的一些原因，使得放大器中所用的晶體管，尤其是功放管性能指標(biāo)不易做得很高，例如，共發(fā)射極截止頻率的典型值為4kHz，大電流管的耐壓值一般在30V一40V左右。這樣，放大器的頻率響

9、應(yīng)也就很狹窄，其3dB截止頻率通常在10kHz左右，大大影響了音樂(lè)中高頻信號(hào)的重現(xiàn)。再加上功放管的耐壓、電流和功耗三個(gè)指標(biāo)相互制約，制作較大功率的 OTL或OCL放大器不易尋到三個(gè)指標(biāo)都滿(mǎn)足要求的管于，所以不得不采用變壓器耦合輸出。變壓器的相移又使電路中加深度負(fù)反饋?zhàn)兊煤芾щy，諧波失真得不到充分的抑制，因此這一時(shí)期的晶體管放大器音質(zhì)是很差的1。隨著半導(dǎo)體工藝的逐漸成熟，大電流、高耐壓的晶體管品種日益增加，越來(lái)越多的功率放大器采用了無(wú)輸出變壓器的OCL電路或OTL電路。最初的大功率 PNP管是鍺管，而NPN管是硅管，兩者的特性差別非常顯著，電路的對(duì)稱(chēng)性很差，人們更多采用的是準(zhǔn)互補(bǔ)電路，通過(guò)小功率

10、硅管與一只大功率的NPN硅管的復(fù)合，得到一只極性與PNP管類(lèi)似的大功率管，降低了電路因?qū)ΨQ(chēng)性差而招至的失真。到了六十年代末，大功率的PNP硅管商品化的時(shí)候，互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路才得到廣泛的應(yīng)用。元器件的進(jìn)步使晶體管功率放大器的技術(shù)指標(biāo)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，在主觀音質(zhì)評(píng)價(jià)方面，也改變了過(guò)去人們對(duì)晶體管功放的看法，無(wú)論是在廳堂擴(kuò)音、電臺(tái)節(jié)目制作還是家庭重放，晶體管功放都被大量地采用，首次在數(shù)量上以壓倒性的優(yōu)勢(shì)超過(guò)了電子管功放?，F(xiàn)在的科技發(fā)展迅速，新的技術(shù)飛躍往往是新材料、新理論、新方法的出現(xiàn)之后產(chǎn)生的，音頻放大器同樣也不會(huì)例外。在科技日新月異的時(shí)代，我們有理由期待更完美的功率放大器的出現(xiàn)2,3。 1 音響技術(shù)的

11、發(fā)展1.1 音響音響是指除了人的語(yǔ)言、音樂(lè)之外的其他聲響，包括自然環(huán)境的聲響、動(dòng)物的聲音、機(jī)器工具的音響、人的動(dòng)作發(fā)出的各種聲音等。音響大概包括功放、周遍設(shè)備（包括壓限器、效果器、均衡器、VCD、DVD等）、揚(yáng)聲器（音箱、喇叭）調(diào)音臺(tái)、麥克風(fēng)、顯示設(shè)備等等加起來(lái)一套。其中，音箱就是聲音輸出設(shè)備、喇叭、低音炮等等。一個(gè)音箱里包括高、低、中三種揚(yáng)聲器，三種但不一定就三個(gè)4。1.2 音響發(fā)展歷史音響技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場(chǎng)效應(yīng)管四個(gè)階段。1906年美國(guó)人德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)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)，使音響技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新

12、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。上世紀(jì)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。由于電子管放大器音色甜美、圓潤(rùn)，至今仍為發(fā)燒友所偏愛(ài)。上世紀(jì)60年代晶體管的出現(xiàn)，使廣大音響愛(ài)好者進(jìn)入了一個(gè)更為廣闊的音響天地。晶體管放大器具有細(xì)膩動(dòng)人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)。上世紀(jì)60年代初，美國(guó)首先推出音響技術(shù)中的新成員集成電路，到了70年代初，集成電路以其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、體積小、功能多等特點(diǎn)，逐步被音響界所認(rèn)識(shí)。發(fā)展至今，厚膜音響集成電路、運(yùn)算放大集成電路被廣泛用于音響電路。上世紀(jì)70年代中期，日本生產(chǎn)

13、出第一只場(chǎng)效應(yīng)功率管。由于場(chǎng)效應(yīng)功率管同時(shí)具有電子管純厚、甜美的音色以及動(dòng)態(tài)范圍達(dá)90dB、THD0.01（100kHz時(shí)）的特點(diǎn)，很快在音響界流行?，F(xiàn)今的許多放大器中都采用了場(chǎng)效應(yīng)管作為末級(jí)輸出5。1.3 家庭組合音響的種類(lèi)通常所講的組合音響有臺(tái)式組合音響和落地式組合音響兩大類(lèi)。由于要求組合音響有比較高的聲音質(zhì)量，所以它的兩只音箱一般體積都較大。按主機(jī)的結(jié)構(gòu)（層數(shù)）劃分，音響有一體的和分層的兩類(lèi)。在一體的組合音響中，它的各部分電路（包括電唱機(jī)）都在一個(gè)外殼之中，這種結(jié)構(gòu)一般用于低檔的組合音響中。在分層的組合音響中，根據(jù)機(jī)器的檔次不同所分的層數(shù)也不一樣。分層較多的組合音響中有：電唱機(jī)一層、CD

14、唱機(jī)一層、調(diào)諧器一層、雙卡錄放音座一層、音調(diào)控制器一層、主功率放大器一層。在分層較少的組合音響中，電唱機(jī)、CD唱機(jī)各分一層，其他為一層。微型化、數(shù)字化、專(zhuān)業(yè)化、影視化是家庭音響必然的發(fā)展趨勢(shì)4,5。2 功率放大器與集成運(yùn)放2.1 功率放大器2.1.1 功率放大器的定義利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l率的波，即交流信號(hào)電流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的倍，是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號(hào)注入基極，則集電極流過(guò)的電流會(huì)等于基極電流的倍，然后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來(lái)，就得到了電流(或電壓)是原

15、先的倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。功率放大器，簡(jiǎn)稱(chēng)“功放”。很多情況下主機(jī)的額定輸出功率不能勝任帶動(dòng)整個(gè)音響系統(tǒng)的任務(wù)，這時(shí)就要在主機(jī)和播放設(shè)備之間加裝功率放大器來(lái)補(bǔ)充所需的功率缺口，而功率放大器在整個(gè)音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個(gè)系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出。2.1.2 功率放大器的特點(diǎn)及要求 （1） 輸出功率P0盡可能的大 （2） 效率要高 （3） 非線性失真THD要小 （4） 功率管得散熱要好 2.1.3 功率放大器的種類(lèi) （1） A類(lèi)放大器 A類(lèi)放大器的主要特點(diǎn)是：放大器的工作點(diǎn)Q設(shè)定在負(fù)載線的中點(diǎn)附

16、近，晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。放大器可單管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲線的線性范圍內(nèi)，所以瞬態(tài)失真和交替失真較小。電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。但效率較低，晶體管功耗大，功率的理論最大值僅有25%，且有較大的非線性失真。由于效率比較低 現(xiàn)在設(shè)計(jì)基本上不在再使用。 （2） B類(lèi)放大器 B類(lèi)放大器的主要特點(diǎn)是：放大器的靜態(tài)點(diǎn)在(Vcc，0)處，當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內(nèi)，Q1導(dǎo)通Q2截止，輸出端正半周正弦波；同理，當(dāng)Vi為負(fù)半波正弦波，所以必須用兩管推挽工作。其特點(diǎn)是效率較高(78%)，但是因放大器有一段工作在非線性區(qū)域內(nèi)，故其缺點(diǎn)是“交越失真”較大

17、。即當(dāng)信號(hào)在-0.6V 0.6V之間時(shí)，Q1和Q2都無(wú)法導(dǎo)通而引起的。所以這類(lèi)放大器也逐漸被設(shè)計(jì)師摒棄。 （3） AB類(lèi)放大器 AB類(lèi)放大器的主要特點(diǎn)是：晶體管的導(dǎo)通時(shí)間稍大于半周期，必須用兩管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真較大，可以抵消偶次諧波失真。有效率較高，晶體管功耗較小的特點(diǎn)。 （4） D類(lèi)放大器 D類(lèi)(數(shù)字音頻功率)放大器是一種將輸入模擬音頻信號(hào)或PCM數(shù)字信息變換成PWM(脈沖寬度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號(hào)，然后用PWM或PDM的脈沖信號(hào)去控制大功率開(kāi)關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱(chēng)為開(kāi)關(guān)放大器。具有效率高的突出優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字音頻功率放大器也能看成是一個(gè)一比特的功率

18、數(shù)模變換器，放大器由輸入信號(hào)處理電路、開(kāi)關(guān)信號(hào)形成電路、大功率開(kāi)關(guān)電路(半橋式和全橋式)和低通濾波器(LC)等四部分組成。D類(lèi)放大或數(shù)字式放大器是利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路來(lái)放大音頻信號(hào)的。具有很高的效率，通常能夠達(dá)到85%以上。體積小，可以比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間。A類(lèi)、B類(lèi)和AB類(lèi)放大器是模擬放大器，D類(lèi)放大器是數(shù)字放大器。B類(lèi)和AB類(lèi)推挽放大器比A類(lèi)放大器效率高、失真較小，功放晶體管功耗較小，散熱好，但B類(lèi)放大器在晶體管導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)因其開(kāi)關(guān)特性不佳或因電路參數(shù)選擇不當(dāng)而產(chǎn)生交替失真。而D類(lèi)放大器具有效率高、低失真、頻率響應(yīng)曲線好，外圍元器件少的優(yōu)點(diǎn)。AB類(lèi)放大器和D

19、類(lèi)放大器是目前音頻功率放大器的基本電路形式。（5） T類(lèi)放大器 T類(lèi)功率放大器的功率輸出電路和脈寬調(diào)制與D類(lèi)功率放大器相同，功率晶體管也是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，效率和D類(lèi)功率放大器相當(dāng)。但它和普通D類(lèi)功率放大器不同的是：第一，它不是使用脈沖調(diào)寬的方法，Tippah公司發(fā)明了一種稱(chēng)作數(shù)碼功率放大器處理器“Digital Power Processing（DPP）”的數(shù)字功率技術(shù)，它是T類(lèi)功率放大器的核心。它把通信技術(shù)中處理小信號(hào)的適應(yīng)算法及預(yù)測(cè)算法用到這里。輸入的音頻信號(hào)和進(jìn)入揚(yáng)聲器的電流經(jīng)過(guò)DPP數(shù)字處理后，用于控制功率晶體管的導(dǎo)通關(guān)閉。從而使音質(zhì)達(dá)到高保真線性放大。第二，它的功率晶體管的切換頻率不

20、是固定的，無(wú)用分量的功率譜并不是集中在載頻兩側(cè)狹窄的頻帶內(nèi)，而是散布在很寬的頻帶上。使聲音的細(xì)節(jié)在整個(gè)頻帶上都清晰可“聞”。此外，T類(lèi)功率放大器的動(dòng)態(tài)范圍更寬，頻率響應(yīng)平坦。DDP的出現(xiàn)，把數(shù)字時(shí)代的功率放大器推到一個(gè)新的高度。在高保真方面，線性度與傳統(tǒng)AB類(lèi)功放相比有過(guò)之而無(wú)不及6。2.1.4 功率放大器兩大電路省去輸出變壓器的功率放大電路通常稱(chēng)為OTL電路。OTL電路為單端推挽式無(wú)輸出變壓器功率放大電路。通常采用電源供電，從兩組串聯(lián)的輸出中點(diǎn)通過(guò)電容耦合輸出信號(hào)。圖2-1 互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)OTL功率放大電路圖OTL電路是一種沒(méi)有輸出變壓器的功率放大電路。過(guò)去大功率的功率放大器多采用變壓器耦合方式，

21、以解決阻抗變換問(wèn)題，使電路得到最佳負(fù)載值。但是，這種電路有體積大、笨重、頻率特性不好等缺點(diǎn)，目前已較少使用。OTL電路不再用輸出變壓器，而采用輸出電容與負(fù)載連接的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路，使電路輕便、適于電路的集成化，只要輸出電容的容量足夠大，電路的頻率特性也能保證，是目前常見(jiàn)的一種功率放大電路，如圖2-1。它的特點(diǎn)是：采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路(NPN、PNP參數(shù)一致，互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)，均為射隨組態(tài)，串聯(lián)，中間兩管子的射極作為輸出)，有輸出電容，單電源供電，電路輕便可靠?！皟山M串聯(lián)的輸出中點(diǎn)”可理解為采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路(NPN、PNP參數(shù)一致，互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)，均為射隨組態(tài)，串聯(lián)，中間兩管子的射極作為輸出)。 優(yōu)點(diǎn)：效率高

22、，可以使用單電源供電，是電池供電的首選電路 缺點(diǎn)：會(huì)出現(xiàn)交越失真，需要通過(guò)體積較大的電解電容作為輸出耦合省去輸出端大電容的功率放大電路通常稱(chēng)為OCL電路。OCL電路稱(chēng)為無(wú)輸出電容直接耦合的功放電路，如圖2-2。圖中V1為NPN型晶體管，V2為PNP型晶體管，當(dāng)輸入正弦信號(hào)Ui為正半周時(shí)，V1的發(fā)射結(jié)為正向偏置，V2的發(fā)射結(jié)為反向偏置，于是V1管導(dǎo)通，V2管截止。此時(shí)的ic1ie1流過(guò)負(fù)載RL。當(dāng)輸入信號(hào)Ui為負(fù)半周時(shí)，V1管為反向偏置，V2為正向偏置，V1管截止，V2管導(dǎo)通，此時(shí)有電流ic2通過(guò)負(fù)載RL。由此可見(jiàn)，V1、V2在輸入信號(hào)的作用下交替導(dǎo)通，使負(fù)載上得到隨輸入信號(hào)變化的電流。此外電路

23、連成射極輸出器的形式，因而放大器的輸入電阻高，而輸出電阻很低，解決了負(fù)載電阻和放大電路輸出電阻之間的配合問(wèn)題3。優(yōu)點(diǎn)：電路省掉大容量，頻率特性好，改善了低頻響應(yīng)，有利于實(shí)現(xiàn)集成化缺點(diǎn)：三極管發(fā)射極直接連到負(fù)載電阻上，若靜態(tài)工作點(diǎn)失調(diào)或電路內(nèi)元器件損壞，將造成一個(gè)較大的電流長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)負(fù)載，造成電路損壞，需要雙電源供電，對(duì)電源的要求稍高。圖2-2 OCL功率放大電路圖2.2 集成運(yùn)放2.2.1 集成運(yùn)放的介紹集成運(yùn)放實(shí)際上是一種高增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大器。它之所以被稱(chēng)為運(yùn)算放大器，是因?yàn)樵撈骷畛踔饕糜谀M計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)數(shù)值運(yùn)算的緣故。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，集成運(yùn)放的性能

24、越來(lái)越好。目前集成運(yùn)放的發(fā)展方向是更低的漂移、噪聲和功耗，更高的速度、增益和輸入電壓，以及更大的輸出功率7。2.2.2 組成部分它主要由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)組成。輸入級(jí)主要由差動(dòng)放大器構(gòu)成，以減小運(yùn)放的零漂和滿(mǎn)足其它方面的性能，它的兩個(gè)輸入端分別構(gòu)成整個(gè)電路的同相輸入端和反相輸入端。中間級(jí)的主要作用是獲得高的電壓增益，一般由一級(jí)或多級(jí)放大器構(gòu)成。輸出級(jí)一般是電壓跟隨器（電壓緩沖放大器）或互補(bǔ)電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高運(yùn)放的帶負(fù)載能力。偏置電路則是為各級(jí)提供合適的工作點(diǎn)和能源的，此外為獲得電路性能的優(yōu)化，集成運(yùn)放內(nèi)部還增加了一些輔助的環(huán)節(jié)，如電平移動(dòng)電路、過(guò)載保護(hù)電路、頻率補(bǔ)償電路等

25、。其內(nèi)部組成框圖如下:圖2-3 集成運(yùn)放組成框圖2.2.3 集成運(yùn)放的基本性能特點(diǎn)集成運(yùn)放均采用了直接耦合放大電路：所謂直接耦合，是指電路的前級(jí)輸出端和后級(jí)的輸入端之間直接連接的一種耦合方式。集成運(yùn)放具有良好的低頻頻率特性，可以緩慢變化甚至接近于零頻的信號(hào)。集成運(yùn)放具有良好的抑制零漂的性能：集成運(yùn)放利用差動(dòng)放大器的良好的對(duì)稱(chēng)性，并且在內(nèi)部引入了直流負(fù)反饋，因此具有良好的抑制零漂的性能。集成運(yùn)放實(shí)際上是一種高增益的電壓放大器，其電壓增益可達(dá)100dB。另外其輸出阻抗阻抗很高，BJT型運(yùn)放可達(dá)幾百千兆歐以上，MOS型運(yùn)放則更高；而輸出電阻較小，一般在幾十歐左右，并有一定的輸出電流驅(qū)動(dòng)能力，最大可達(dá)

26、幾十到幾百毫安8,9。3 方案設(shè)計(jì)3.1 整體電路設(shè)計(jì)框圖圖3-1 整體電路設(shè)計(jì)框圖整體的功放電路分為四個(gè)部分：前級(jí)放大，音調(diào)控制，中級(jí)放大和后級(jí)放大。電源部分分別為整個(gè)電路中的放大電路供電。3.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)（1） 采用集成功放器件設(shè)計(jì)音響功率放大器。（2） 具有送話器，線路兩路輸入，具有音響電路要求的音調(diào)電路，功放電路可由TDA2030等IC組成。（3） 具體要求參數(shù)P0 =40W以上（THD<3%）RL =8 fBW=50HZ-20KHZ。（4） 輸入阻抗R>20K，音調(diào)控制 1KHZ：0dB，125HZ和8KHZ處±12dB，Au>=20dB(選做)。3.3

27、方案選擇（1） OTL(Output transformer less)電路，稱(chēng)為無(wú)輸出變壓器功放電路。是一種輸出級(jí)與揚(yáng)聲器之間采用電容耦合而無(wú)輸出變壓器的功放電路，它是高保真功率放大器的基本電路之一，但輸出端的耦合電容對(duì)頻響也有一定影響。OTL電路的主要特點(diǎn)有：采用單電源供電方式，輸出端直流電位為電源電壓的一半；輸出端與負(fù)載之間采用大容量電容耦合，揚(yáng)聲器一端接地；具有恒壓輸出特性，允許揚(yáng)聲器阻抗在4、8、16之中選擇，最大輸出電壓的振幅為電源電壓的一半，即1/2 Vcc，額定輸出功率約為 /(8RL)。（2） OCL(Output condensert less)電路，稱(chēng)為無(wú)輸出電容功放電路

28、，是在OTL電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。OCL電路的主要特點(diǎn)有：采用雙電源供電方式，輸出端直流電位為零；由于沒(méi)有輸出電容，低頻特性很好；揚(yáng)聲器一端接地，一端直接與放大器輸出端連接，因此須設(shè)置保護(hù)電路；具有恒壓輸出特性；允許選擇4、8或16的負(fù)載；最大輸出電壓振幅為正負(fù)電源值，額定輸出功率約為/(2RL)。需要指出，若正負(fù)電源值取OTL電路單電源值的一半，則兩種電路的額定輸出功率相同，都是 /(8RL)。（3） BTL（Balanced transformer less）電路，稱(chēng)為平衡橋式功放電路。它由兩組對(duì)稱(chēng)的OTL或OCL電路組成，揚(yáng)聲器接在兩組OTL或OCL電路輸出端之間，即揚(yáng)聲器兩端都不接地

29、。BTL電路的主要特點(diǎn)有：可采用單電源供電，兩個(gè)輸出端直流電位相等，無(wú)直流電流通過(guò)揚(yáng)聲器，與OTL、OCL電路相比，在相同電源電壓、相同負(fù)載情況下，BTL電路輸出電壓可增大一倍，輸出功率可增大四倍，這意味著在較低的電源電壓時(shí)也可獲得較大的輸出功率，但是，揚(yáng)聲器沒(méi)有接地端，給檢修工作帶來(lái)不便3。在網(wǎng)上查閱相關(guān)功放芯片的資料，發(fā)現(xiàn)集成功放LM1875和NE5532在許多音響電路中都有應(yīng)用，相比其它同類(lèi)芯片它們的性?xún)r(jià)比比較高，而且功率能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)。所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及制作成本的考慮最終方案確定如下：本次設(shè)計(jì)選用集成功放NE5532作為前級(jí)放大和中級(jí)放大的芯片，集成功放LM1975作為后級(jí)功放部分的

30、芯片，均選用OCL電路，電源部分采用對(duì)耦式整流電路。4 集成功放LM1875與NE5532簡(jiǎn)介4.1 集成功放LM18754.1.1 集成功放LM1875實(shí)物圖圖4-1 LM1875實(shí)物圖4.1.2 集成功放LM1875的參數(shù)簡(jiǎn)介集成功放LM1875采用TO-220封裝結(jié)構(gòu)，形如一只中功率管，體積小巧，外圍電路簡(jiǎn)單，且輸出功率較大。該集成電路內(nèi)部設(shè)有過(guò)載過(guò)熱及感性負(fù)載反向電勢(shì)安全工作保護(hù)。 （1） 集成功放LM1875主要參數(shù)：電壓范圍： 1660V 靜態(tài)電流： 50mA輸出功率： 25W諧波失真： 0.02%，（當(dāng)f=1kHz，RL =8，P0=20W時(shí)）額定增益： 26dB，（當(dāng)f=1kH

31、z時(shí)）工作電壓： ±25V轉(zhuǎn)換速率： 18V/S （2） 集成功放 LM1875極限參數(shù)： 電源電壓(Vs) 60 V 輸入電壓(Vin) -VEE-Vcc V 工作結(jié)溫(Tj) +150 存儲(chǔ)結(jié)溫(Tstg) -65-+150 4.1.3 集成功放LM1875的電路特點(diǎn)集成功放LM1875功率較TDA2030及TDA2009都為大，電壓范圍為1660V。不失真功率為20W（THD=0.08%），THD=1%時(shí)，功率可達(dá)40W（人耳對(duì)THD<10%以下的失真沒(méi)什么明顯的感覺(jué)），保護(hù)功能完善。其接法同TDA2030相似，也有單雙電源兩種接法。集成功放LM1875是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體器

32、件公司生產(chǎn)的音頻功放電路，采用V型5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。該集成電路在±25V電源電壓RL=4可獲得20W的輸出功率，在±30V電源8負(fù)載獲得30W的功率，內(nèi)置有多種保護(hù)電路。廣泛應(yīng)用于汽車(chē)立體聲收錄音機(jī)、中功率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點(diǎn)。電路特點(diǎn)：1.單列5腳直插塑料封裝，僅5只引腳。2.開(kāi)環(huán)增益可達(dá)90dB。3.極低的失真，1kHz，20W時(shí)失真僅為0.015%。4.AC和DC短路保護(hù)電路。5.超溫保護(hù)電路。6.峰值電流高達(dá)4A7.極寬的工作電壓范圍（16-60V）。8.內(nèi)置輸出保護(hù)二極管。 9.外接元件非常少，TO-220封裝。10.輸出功率

33、大，Po=20W(RL =4)。4.2 集成功放NE55324.2.1 集成功放NE5532實(shí)物和引腳圖圖4-2 集成功放NE5532實(shí)物和引腳圖4.2.2 集成功放NE5532介紹集成功放NE5532是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器（雙運(yùn)放）集成電路。與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)帶寬，電源電壓范圍大等特點(diǎn)。因此很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專(zhuān)業(yè)音響設(shè)備、儀器、控制電路及電話通道放大器。用作音頻放大時(shí)音色溫暖，保真度高，在上世紀(jì)九十年代初的音響界被發(fā)燒友們譽(yù)為“運(yùn)放之皇”，至今仍是很多音響發(fā)燒友手中必備的運(yùn)放之一。4.2.3 主要特性表4-1 集成功放NE55

34、32特性參數(shù)參數(shù)數(shù)值通道數(shù)2推薦電源電壓 (V)±5-15增益帶寬(MHz)10功率帶寬(KHz)140轉(zhuǎn)換速率(V/us)9輸入失調(diào)電壓(mV)5 (Max)輸入噪聲電壓(nV/Hz)5共模抑制比(dB)70 (Min)靜態(tài)電流(mA)85 電路設(shè)計(jì)與工作原理5.1 電路設(shè)計(jì)5.1.1 前級(jí)放大圖5-1 前級(jí)放大電路圖功放的前級(jí)放大用的IC為NE5532，R3和R5構(gòu)成反饋電路，C7隔直通交，C9為濾波電容。5.1.2 音調(diào)部分圖5-2 音調(diào)控制電路圖圖5-2為左聲道的音調(diào)部分， SW-1為高音調(diào)節(jié)，SW2-1為低音調(diào)節(jié)，SW3-1為總的音量調(diào)節(jié)，C23為耦合電容。5.1.3 中級(jí)

35、放大圖5-3 中級(jí)放大電路圖中級(jí)放大使用IC為NE5532，R17和R19組成反饋電路，C27和R19并聯(lián)防止高頻振蕩，C25為濾波電容。5.1.4 后級(jí)功放圖5-4 后級(jí)功放電路圖后級(jí)放大電路使用的IC為L(zhǎng)M1875。C31為耦合電容，R21和C33構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)，R23和R25構(gòu)成反饋電路，C35為濾波電容，C37和R27構(gòu)成RC相移網(wǎng)絡(luò)，吸收高頻尖峰，避免高頻自激，起穩(wěn)定作用。5.1.5 電源電路圖5-5 電源電路原理圖電源電路為對(duì)耦式電路，220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器降壓到25V之后經(jīng)過(guò)整流橋轉(zhuǎn)換為25V(有效值為18V）直流電，經(jīng)過(guò)后面兩個(gè)大電容和兩個(gè)小電容濾波后得到平緩的±18

36、V直流電給LM1875供電，之后的R1和R2為限流電阻，D5與D6為15V的穩(wěn)壓二極管，C5和C6濾波之后此時(shí)得到±15V（有效值為10V）的電壓給NE5532供電。5.2 電路工作原理整體的功放電路見(jiàn)附錄1，上面的部分為左聲道，下面的部分為右聲道，輸入的音頻信號(hào)首先經(jīng)過(guò)前級(jí)放大，之后進(jìn)入音調(diào)電路，然后經(jīng)過(guò)耦合電容之后進(jìn)行中級(jí)放大，經(jīng)過(guò)中級(jí)放大的信號(hào)再次通過(guò)后級(jí)放大的耦合電容，然后經(jīng)過(guò)RC選頻網(wǎng)絡(luò)選頻后進(jìn)行后級(jí)放大，經(jīng)過(guò)后級(jí)放大的音頻信號(hào)進(jìn)入揚(yáng)聲器。電源部分分別輸出±15V（有效值為±10V）和有±25V（效值為±18V）的電壓給NE5532和

37、LM1875供電以推動(dòng)整個(gè)功放發(fā)聲。6 功放制作與測(cè)試6.1 功放制作本次功放制作實(shí)際制作的是后級(jí)功放部分以及電源部分，首先按原件清單購(gòu)買(mǎi)所需原件和電路板，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行焊接安裝。完成安裝后的功放實(shí)物圖如圖6-1。圖6-1 后級(jí)功放實(shí)物圖表6-1 功放制作原件清單電解電容4700u2個(gè)220u2個(gè)22u2個(gè)瓷片電容1042個(gè)1u4個(gè)100p2個(gè)電阻33K2個(gè)22K2個(gè)1K2個(gè)6802個(gè)續(xù)上表電阻22個(gè)整流橋KBL4101個(gè)集成芯片LM18752個(gè)穩(wěn)壓二極管15V2個(gè)變壓器25V*21個(gè)6.2 測(cè)試及分析測(cè)試條件：電源電壓為25V（有效值為18V），RL =8。測(cè)試采用的是定制變量法，分別對(duì)兩

38、個(gè)聲道進(jìn)行幅度定值和頻率定值，觀察輸出信號(hào)。測(cè)試結(jié)果如下：表6-2 左聲道定幅值輸入信號(hào)輸出信號(hào)頻率(HZ)幅度(V)輸出幅度(V)周期(ms)200.13.248500.13.3205000.13.421K0.13.515K0.13.50.210K0.13.50.120K0.13.50.0530K0.13.50.032表6-3 左聲道定頻率輸入信號(hào)輸出信號(hào)頻率(HZ)幅度(V)輸出幅度(V)周期(ms)10.13.5110.27110.310.8110.413110.517.5110.621110.7241表6-4 右聲道定幅值輸入信號(hào)輸出信號(hào)頻率(HZ)幅度(V)輸出幅度(V)周期(ms)200.1348500.13.2205000.13.521K0.13.515K0.13.50.210K0.13.50.120K0.13.50.05030K0.13.50.036表6-5 右聲