作用于高保真音響設(shè)備的音頻放大器論文

1、 . . 37/37畢業(yè)論文作者 學(xué)號系部 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)備的音頻放大器指導(dǎo)教師 丁文秋 評閱教師完成時間： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(論文)中文摘要題目:作用于高保真音響設(shè)備的音頻放大器摘要:音頻功率放大器簡稱功放，可以說是各類音響器材中最大的一個家族了。音頻功率放大器的的設(shè)計是有很多意義的：它可將音源器材輸入的較微弱信號進行放大，產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚聲器進行聲音的重放。目前音頻功率放大由分立元件組成，或集電極輸出完成，由分立元件組成的功放，電路結(jié)構(gòu)簡單，由集電極輸出的功放，可減少信號失真。關(guān)鍵詞：功率芯片 音頻功率放大器畢業(yè)設(shè)計(論文)外文摘要T

2、itle :Role in high-fidelity audio equipment audio amplifierAbstract: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 significance: it can be imported audio equipment for a weak sig

3、nal amplification, to generate enough current to drive the speakers to voice playback. At present power amplification by discrete components, or complete collector output from the amplifier composed of discrete components, circuit structure is simple, from the collector output amplifier can reduce t

4、he signal distortion.keywords:power chip Low-frequency power amplifier目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc260763714緒論 PAGEREF _Toc260763714 h 3HYPERLINK l _Toc260763715二放大器的程序設(shè)計 PAGEREF _Toc260763715 h 4HYPERLINK l _Toc260763716（一）電路選型 PAGEREF _Toc260763716 h 4HYPERLINK l _Toc260763717（二）參數(shù)計算 PAGEREF

5、 _Toc260763717 h 5HYPERLINK l _Toc260763718（三）元器件選擇 PAGEREF _Toc260763718 h 5HYPERLINK l _Toc260763719（四）驗證定型 PAGEREF _Toc260763719 h 6HYPERLINK l _Toc260763720三晶體管前置放大器 PAGEREF _Toc260763720 h 7HYPERLINK l _Toc260763721（一）基本單元電路 PAGEREF _Toc260763721 h 7HYPERLINK l _Toc260763722（二）負反饋放大器 PAGEREF _T

6、oc260763722 h 7HYPERLINK l _Toc260763723（三）直流放大器 PAGEREF _Toc260763723 h 9HYPERLINK l _Toc260763724四、功率放大器 PAGEREF _Toc260763724 h 12HYPERLINK l _Toc260763725（一）功率放大器設(shè)計要點 PAGEREF _Toc260763725 h 12HYPERLINK l _Toc260763726（二）功率放大器的類型 PAGEREF _Toc260763726 h 13HYPERLINK l _Toc260763727（三）音頻放大器的設(shè)計 PAG

7、EREF _Toc260763727 h 14HYPERLINK l _Toc260763728五、LM1875的簡介 PAGEREF _Toc260763728 h 24HYPERLINK l _Toc260763729（一）LM1875的參數(shù)簡介 PAGEREF _Toc260763729 h 24HYPERLINK l _Toc260763730（三）LM1875的電路特點 PAGEREF _Toc260763730 h 25HYPERLINK l _Toc260763731六、電路設(shè)計 PAGEREF _Toc260763731 h 26HYPERLINK l _Toc26076373

8、2（一）典型應(yīng)用電路 PAGEREF _Toc260763732 h 26HYPERLINK l _Toc260763733（三）雙電源音頻功率放大器PCB圖 PAGEREF _Toc260763733 h 27HYPERLINK l _Toc260763734七、電路制作與調(diào)試 PAGEREF _Toc260763734 h 29HYPERLINK l _Toc260763735（一）利用PCB制作電路板 PAGEREF _Toc260763735 h 29HYPERLINK l _Toc260763736（二）裝配與調(diào)試： PAGEREF _Toc260763736 h 29HYPERLI

9、NK l _Toc260763737八、電路圖的繪制與制板中應(yīng)注意的問題 PAGEREF _Toc260763737 h 31HYPERLINK l _Toc260763738（一）Sch原理圖應(yīng)注意常見問題 PAGEREF _Toc260763738 h 31HYPERLINK l _Toc260763739（二）PCB設(shè)計中應(yīng)注意的問題 PAGEREF _Toc260763739 h 32HYPERLINK l _Toc260763740（三）焊盤應(yīng)注意的常見問題 PAGEREF _Toc260763740 h 33HYPERLINK l _Toc260763741九、總結(jié) PAGEREF

10、 _Toc260763741 h 34HYPERLINK l _Toc260763742致 PAGEREF _Toc260763742 h 35HYPERLINK l _Toc260763743參考文獻 PAGEREF _Toc260763743 h 38緒論音頻放大器已經(jīng)有快要一個世紀(jì)的歷史了，最早的電子管放大器的第一個應(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。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相當(dāng)重要的一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關(guān)的音頻放大器就要不斷地加以改進。進入21世紀(jì)以后，各種便攜式的電子設(shè)備成為了電子設(shè)備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通信工具

11、的手機，到作為娛樂設(shè)備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)備。陸續(xù)將要普與的還有便攜式電視機，便攜式DVD等等。所有這些便攜式的電子設(shè)備的一個共同點，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個音頻放大器；另一個特點就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下，D類放大器被開發(fā)出來了。它的最大特點就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功率的電子設(shè)備中也需要。因為，功率越大，效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和更高檔的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

12、百瓦的音頻功率。這時，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。二放大器的程序設(shè)計一個實用音頻放大器的設(shè)計過程大體可按電路選型參數(shù)計算元器件選擇驗證定型的順序進行。（一）電路選型1.確定電路形式與結(jié)構(gòu)設(shè)計音頻放大器一般先根據(jù)給定的技術(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、全對稱、失真伺服、超線性等）以與性價比等要求選擇合適的電路形式和結(jié)構(gòu)。在選擇電路時，國外音響界普遍推崇一種“簡為佳”的說法，即簡單的就是最好的。多一個元器件就多一個失真源，因而在能滿足給定技術(shù)指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)盡量避免電路復(fù)雜化。2.確定放大級數(shù)一般單級放大器的放大倍數(shù)只有幾十倍，若電路需

13、要很大的放大倍數(shù)，可采用多級放大器，這時總的增益等于各級增益的乘積。在確定放大級數(shù)時，每一級的增益不用定的太高，因為增益過高時，放大器的穩(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的負反饋，將電路增益限制在一定的圍，這樣既可提高放大器的穩(wěn)定性，又可展寬工作頻帶降低波形失真。此外電路的總增益的設(shè)定還應(yīng)留有一定的余量。（二） 參數(shù)計算確定工作點晶體管的靜態(tài)工作點，是影響放大器性能的主要因素。通常前置放大器均工作在甲類狀態(tài)，故選擇工作點時，應(yīng)使放大器件工作于輸出特性曲線的線性放大區(qū)，并保證在額定工作狀態(tài)的任何瞬間都不超越這一區(qū)域。靜態(tài)工作點一般應(yīng)選在器件輸出特性曲線線性區(qū)相對的小電流與低電壓

14、區(qū)域，這對保護器件有利。但為了增大動態(tài)圍，減小失真，靜態(tài)工作點又不能選的過低。通常，輸入級的輸入信號較小（毫伏或微伏級），工作點可選的低些如晶體管的ICQ可在（0.10.5）mA之間選取，UCEQ也可選的低些，這樣對提高信噪比有利；而后面的放大級，由于信號幅度較大，工作點則應(yīng)取高些ICQ可在（0.55mA）間選取，UCEQ也可取高些。此外，為保證工作點的穩(wěn)定，晶體管的基極偏置電阻不能選的過大。而功率放大器的工作點則應(yīng)根據(jù)電路的類型來確定。計算元件數(shù)值確定了電路結(jié)構(gòu)與工作點，便可根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)要求，計算出電路中各元件的數(shù)值和必須掌握的交直流參數(shù)，并標(biāo)注在原理圖上，作為制作和調(diào)整的依據(jù)。（三）

15、元器件選擇有了合適的電路，其技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)還有賴于正確選用元器件的質(zhì)量。即便是質(zhì)量可靠的同類元器件，若品牌不同，其損耗、噪聲系數(shù)、穩(wěn)定性或失真度與失真成分也可能不同。這也是同樣的電路，采用不同品牌的元器件時會導(dǎo)致音質(zhì)方面的差異的原因所在。從圖2-1和2-2的有關(guān)曲線中，我們可以很直觀的看出這種差異。（四）驗證定型按設(shè)計要求制作的放大器，還應(yīng)進行性能指標(biāo)測試和客觀聽音評價，驗證其是否達到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)和音質(zhì)水準(zhǔn)。若不能達標(biāo)，應(yīng)分析其原因，有目的的反復(fù)修改設(shè)計方案，使之趨于完善，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的不同可分為話筒放大器、線路放大器、唱頭和磁頭均

16、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放大器構(gòu)成。它們之中若加入負反饋，又可稱為負反饋放大器，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的放大器，不管它們的電路怎么復(fù)雜，都是由一些最基本的放大單元電路組合而成。最基本的放大單元電路是用一只晶體管構(gòu)成的共發(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構(gòu)成一個放大器，又可互相組合起來，構(gòu)成共射-共射、共射-共基、和共射-共集等常用復(fù)合放大單元電路或多級放大器，因而它們是放大器的基礎(chǔ)。（二）負反饋放大器負反饋放大器的特點施加了負反饋的放大器稱為負反饋放大器。過高的增益對電路有害無益，它可能

17、導(dǎo)致信噪比劣化或影響電路的穩(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，最有效的是給電路加負反饋，它不僅可以使電路增益達到期望值，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。負反饋放大器電路之意圖如圖3-1.它通過一定的耦合方式把放大器輸出信號的一部分回送到輸入端。當(dāng)反饋信號與輸入信號反相便成為負反饋。其結(jié)果使輸入信號被削弱。如果輸出信號電壓為UO，反饋信號電壓為UF，UF/UO就稱為反饋系數(shù)F，即：F=UF/UO在施加深度負反饋時，負反饋放大器的增益KF（閉環(huán)增益）約為反饋系數(shù)的倒數(shù)，即；KF=1/F。加有深度負反饋的放大器，其增益幾乎與晶體管參數(shù)無關(guān)，

18、而僅取決于反饋系數(shù)F，這就顯著提高了放大器增益的穩(wěn)定性，且大大的簡化了放大器增益的計算過程。引入負反饋后，放大器的頻響也被展寬了。其原理可以借助圖3-2的頻響曲線來加以說明。由于放大器高頻和低頻的輸出電壓是逐漸下降的，施加負反饋后，高頻和低頻段的反饋電壓也隨之逐漸減小，中頻段的反饋電壓則相對的較高且穩(wěn)定不變，從而使電路中頻段的增益下降幅度較大，高、低頻段的增益下降幅度逐漸變小，反映在頻響曲線上，就是中頻段的平坦部分變寬了。負反饋放大器降低失真的原理可以用圖3-3來說明。當(dāng)給無負反饋的放大器輸入一個正弦波時，由于晶體管的非線性使輸出信號產(chǎn)生波形失真，如正半周幅度大，負半周幅度小。施加負反饋后，由

19、于反饋信號取自輸出端，也是正半周幅度大負半周幅度小，與輸入信號相加后，輸入信號變的負半周小正半周大了，被放大后，輸出信號的波形就可以得到修正。施加負反饋的這種凈輸入信號失真，正好補償了放大器的非線性失真。負反饋放大器類型由于取得反饋信號的方法，以與反饋信號與輸入信號的連接關(guān)系不同，負反饋可以分為電壓串聯(lián)負反饋、電壓并聯(lián)負反饋、電流串聯(lián)負反饋和電流并聯(lián)負反饋四種基本類型。（特點見表1）負反饋的應(yīng)用負反饋有時在本級應(yīng)用，有時則是跨即應(yīng)用。在一個電路中，可能只用一種負反饋，也可能綜合應(yīng)用幾種負反饋。在要求輸入電阻高、輸出阻抗低的電路中，應(yīng)用電壓串聯(lián)負反饋。多級前置放大器的輸出端增設(shè)一級設(shè)計輸出器可使

20、電路增益穩(wěn)定且有較低的輸出阻抗。如只需提高輸入阻抗，可在第一級增設(shè)射級輸出器或采用多級串聯(lián)負反饋。若希望減小電路的輸入、輸出電阻，又要求電路盡可能簡單，可采用單級或多級電壓并聯(lián)負反饋。（三） 直流放大器直流放大器通常指放大直流電壓或電流的放大器。其主要特點是級間采用直接耦合，低頻響應(yīng)很好，工作頻率可達到零，或接近零。由于避免了耦合電容寄生電感的影響，其高頻響應(yīng)也很好?，F(xiàn)代高保真放大器為擴展高低頻響應(yīng)或避免耦合電容對電路其他性能的不良影響，也普遍采用了直流放大器。由于級間摒棄了耦合電容，放大器中任何一點直流電位的變化都將引起輸出端直流電位的變化。因而直流放大器輸出端點位對溫度變化和元器件參數(shù)的變

21、化和電源的波動反映十分敏感，即便在無信號輸入時，也會受各種不穩(wěn)定因素的影響而發(fā)生緩慢變動，這就是“電位漂移”。若發(fā)生在輸出端為零電位的放大器，則稱為“零點漂移”。用于音頻功率放大的DC放大器，零點漂移應(yīng)設(shè)法限制在150mV之，以免影響電路性能或損壞元器件。直流放大器的零點漂移可由以下兩個指標(biāo)來衡量：在指定時間折合到輸入端的最大漂移電壓值。溫度每變化一度，輸出端的漂移電壓折合到輸入端的漂移電壓值。在音頻DC放大器中，通常采用差分電路和具有正或負溫度系數(shù)的熱敏電阻或二極管構(gòu)成的偏置電路以與施加直流負反饋等措施來抑制電位漂移。單端直流放大器與單端交流放大器一樣，單端直流放大器通常也采用一組電源，有時

22、因偏置電路的需要，會再增加一組輔助電源。單端直流放大器用于音頻放大時，均工作于甲類狀態(tài)。由于電路為直接耦合，設(shè)計時應(yīng)注意前后級之間直流電位的配合，滿足前后級工作點的要求。差分放大器差分放大器也屬于直流放大器，它不僅具有良好的抑制零點漂移和共模信號的能力，而且具有比一般放大器更為優(yōu)良的線性。在多級音頻放大器的第一級和集成電路中，差分放大器幾乎是不可缺少的。典型電路與基本特征典型電路差分放大電路的典型電路如圖3-4所示，其結(jié)構(gòu)呈對稱性，兩邊三極管的特性與偏置電路均一樣，發(fā)射極電阻則是兩管共用的。電路有正、負兩個輸入端，信號可從兩個輸入端平衡輸入，也可采用不平衡輸入，這時，信號從其中一個輸入端輸入，

23、另一個輸入端接地。放大后的信號從兩管的集電極輸出。其輸出電壓與兩個輸入端信號之差成正比，故稱為差分放大器。抑制零點漂移由于兩邊的電路對成，無論是電源電壓的波動還是溫度的變化，對兩管的影響必然一樣。而Usc為Usc1和Usc2之差，故這一一樣的影響可以在Usc中被互相抵消。共模增益與共模抑制比對于差分放大器，總是希望對有用的差模信號具有較大的放大能力，對無用的共模信號的放大作用為零，即具有抑制作用。差分放大器對共模信號的抑制能力，用“共模抑制比”（CMRR）來表示，其值為差模信號放大倍數(shù)KD與共模信號放大倍數(shù)KC之比，即CMRR=KD/KC。對圖3-4所示的雙端輸出差分電路來說，只要電路完全對稱

24、，即可做到KC=0,即CMRR無窮大。由于電路不可能做到完全對稱，所以CMRR常為一有限值，CMRR越大，放大器對共模信號的抑制能力越強，共模干擾信號對電路影響越小。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一樣，但由于它工作魚高電壓、大電流狀態(tài)，要驅(qū)動的是低值負載，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)計要點功率放大器的基本設(shè)計目標(biāo)是，在晶體管安全工作前提下，所輸出的不是真功率盡可能大。因而，設(shè)計時要特別注意：保證晶體管的安全使用一般情況下，希望功率放大器能給出盡可能大的不失真功率，這就意味著晶體管的工作狀態(tài)已接近極限，處于危險的邊緣，因而設(shè)計時應(yīng)明確所用的晶體

25、管的極限參數(shù)，將晶體管的工作狀態(tài)嚴格控制在安全區(qū)之，不允許超出極限參數(shù)圍。晶體管極限參數(shù)有三個：集電極最大允許耗散功率PcmPc能使管子發(fā)熱，故PC要有一個最大允許值Pcm，超過此值時，管子易燒壞。集電極最高允許電壓VCMVCM值主要受晶體管反向擊穿電壓Bvceo的限制。當(dāng)管子的集射電壓超過此值時管子將有擊穿的危險。故VCM必須小于Bvceo。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，管子的值將明顯變小。一般規(guī)定當(dāng)降為1/2或2/3時的Ic為Icm，當(dāng)Ic過大時。輸出波形的前半周會出現(xiàn)平頂失真。故Ic不能超過Icm值。影響最大不失真功率的因素：集電極電

26、壓和電流的變動圍進入飽和或截止區(qū)當(dāng)Vce與Ic的變動圍進入晶體管的飽和區(qū)或截止區(qū)后，將產(chǎn)生飽和失真或截止失真，因而必須注意正確的選擇工作點。對甲類放大而言，工作點應(yīng)選在負載線的中點，使輸入信號達一定值時，輸出信號的正、負半周正好同時進入飽和區(qū)和截止區(qū)，即可獲得最大不是真功率。晶體管工作于大信號狀態(tài)時，值非線性的影響比較嚴重當(dāng)其工作狀態(tài)接近飽和區(qū)和截止區(qū)或Ic大于Icm時，失真將明顯增大。為避免這種影響，不少功放設(shè)計采用了Pcm相對較小的多只晶體管并聯(lián)工作，使每只管子均工作于線性較好（工作電流較?。┑臓顟B(tài)，拓寬了整體的線性圍，收到良好的效果。選用的Pcm和Icm值余量大許多的晶體管或線性有兩的晶

27、體管，也不失為一種簡單有效的方法。輸入、輸出變壓器的非線性失真采用輸入、輸出變壓器作耦合或阻抗變換時，雖然可避免阻抗不匹配造成的失真，但變壓器本身的非線性失真卻無法避免，改善非線性失真的效果有限。因而作為高保真放大器，應(yīng)避免使用輸入、輸出變壓器。 3.保證充足的電源功率儲備保證供電電源具有足夠的功率儲備，是滿足放大器最大不失真輸出功率要求的必備條件，否則，當(dāng)放大器輸出功率尚未達到設(shè)計值時，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不到額定位。因而，現(xiàn)代高保真功放電源不僅具有充足的功率儲備，而且留有一定的余量，既使放大器短時間超負荷工作，也能應(yīng)付自如，不致于產(chǎn)生過大的失真。（二）功

28、率放大器的類型為適應(yīng)各種不同的要求，人們設(shè)計出形形色色的功率放大器電路器按其工作狀態(tài)來分，主要有下面三類：1甲類(A類)功率放大器 甲類放大器的靜態(tài)工作點一般選在負載線的中點即圖41Q點，晶體管在輸入信號的整個周期均有集電極電流，處于線性工作狀態(tài)。常見的單管功率放大器都工作于甲類，采用雙管互補或準(zhǔn)互補結(jié)構(gòu)的功率放大器，也可以工作于甲類狀態(tài)。2乙類(B類)功率放大器乙類放大器的靜態(tài)工作點選在晶體管基極電流接近于零處，即圖41Q點，只有在輸入信號的半個周期有集電極電流，而在另半個周期截止。因此，乙類放大器須采用兩只晶體管并使它們在兩個半周輪流工作，才可在輸出端獲得完整的交流信號波形。3甲乙類(AB

29、類)功率放大器甲乙類放大器的靜態(tài)工作狀態(tài)介于甲類、乙類之間，工作點選在臨近截止區(qū)、即圖41的Q”點。晶體管有一定的靜態(tài)電流，即在輸入信號的半個多周期有集電極電流，可基本避免純乙類狀態(tài)的交越失真，但仍須雙管推挽工作才能獲得正常的輸出波形。上述三種類型的功率放大器、每種類型還可按電路結(jié)構(gòu)分成若干種形式，如變壓器耦合型、滑動甲類、超甲類、數(shù)碼甲類、OTC、OCL與BTL型等。 此外，功率放大器還有丙(c)類或乙十丙(BC)類與丁(D，脈沖型)類等。它們的共同特點是效率很高，其中尤以D類放大器為最，效率可高達95以上，是人們正致力研究開發(fā)的綠色”放大器。（三）音頻放大器的設(shè)計功率放大器不僅僅是消費產(chǎn)品

30、（音響）中不可缺少的設(shè)備，還廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中。設(shè)計要求1輸出功率：20W。2負載阻抗：8。3通頻帶fs: 為20HZ20KHZ。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)計過程1. 擬定總體方案：甲類功放的主要優(yōu)點就是電路簡單易行，非線性失真小，適用于小功率的線性音頻放大器，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的不同點就是靜態(tài)電流小，因此無信號時消耗功率小，可獲得較高的效率；但是，乙類功放在工作時，由于兩只晶體管交替導(dǎo)通與截止，因而，在兩管輸出信號波形的銜接處，

31、會產(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，隨著信號頻率升高，輸出信號就會在時間上延遲，出現(xiàn)所謂的開關(guān)轉(zhuǎn)換失真。因此，在實際Hi-Fi高保真放音系統(tǒng)中，一般不采用乙類功放，而采用線性失真小的甲類功放或甲乙類功放。甲乙類功放是通過改變偏置的方法來減少交越失真，它將甲類功放的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的矛盾。而且甲乙類功放的效率可達到78.5% ，故本次設(shè)計采用甲乙類功放。通過對設(shè)計要求和設(shè)計方案的分析，本課題覺得采用LM1875作為功率放大器。 前置放大級前置放大級音調(diào)控制級功率放大級自制穩(wěn)壓電源負載圖4-2 系統(tǒng)組成框圖確定各級的增益分配

32、放大倍數(shù)Vs. dB數(shù)0dB：一般將信號電平（0dB）即0.775V作為衡量放大器靈敏度的參考標(biāo)準(zhǔn)。5mV的dB數(shù)為：。因為采用的集成芯片LM1875，其輸出功率為20W，則負載上的電壓 ：為又話筒輸入為5mV，則整個電路的增益為20lg（13/0.005）=68dB。考慮到音調(diào)級必要的衰減，增益為2dB左右。所以取整個電路的增益為70dB。則各級的增益如下：* 功放級：26dB（廠家給定的）* 音調(diào)控制級：-2dB。* 前置放大級：44dB。2. 單元電路的設(shè)計（1）前置放大級 電路形式的選擇 由于信號遠輸入的信號幅度較小。不足以推動以后的功放電路。因此要用電壓放大電路對信號輸入的音頻信號電

33、壓進行放大，對于信號源，其負載約為47K，所以選用電壓串聯(lián)負反饋方式的同相比例放大器，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。又因為前置放大級的增益為44dB，即158倍，取160倍，前置放大級電路采用二級，第一級與第二級采用電容耦合方式，總的電壓放大倍數(shù)為Auf=160，設(shè)計中選用Auf1=1，Auf2=160。其中第一級實際上是一個電壓跟隨器，它提高了帶負載的能力。圖4-3前置放大器電路圖電路中二極管D1作用是：當(dāng)線路輸入是0.775V時，D1導(dǎo)通，此時LF353（2）也為一個電壓跟隨器，信號不經(jīng)過放大直接到音調(diào)控制級的輸入端。當(dāng)輸入為5mV時，不足以讓二極管導(dǎo)通，此時LF

34、353（2）為放大器，信號將放大160倍后到音調(diào)控制級的輸入端。集成運放的選擇因為Auf2=160，根據(jù)通頻帶20HZ20KHZ，其上線頻率為20KHZ，則集成運放的放大倍數(shù)帶寬積應(yīng)滿足下列關(guān)系： GBAuf2fh = 180*20KHZ = 3.2MHZ從運放的資料手冊中可查出LF353的單位放大倍數(shù)帶寬GB=4MHZ，滿足要求。各元件的參數(shù)選擇和計算電路中電容C11是用作噪聲去耦合的，可以用小體積大容量的鉭電容或普通電解電容，一般選為10F，R11可選用較大的電阻，取1M，電阻R12取10K，LF353（2）構(gòu)成的是放大倍數(shù)為160的電壓放大電路，同相交流放大電路的平衡電阻可盡量選得大一些

35、，一般為10K以上，這樣有利于提高放大電路的輸入電阻，由于輸入電阻為47K，故選RP2的阻值為47K，R21取1K，耦合電容C12為10F。由Auf2 = 1+R23/R22 與R21=R23/R22，Auf2=180可得R21=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220F，C22，C24用普通的電容，一般取值為22F。LF353的電源為15V的直流穩(wěn)壓電源。（2）音調(diào)控制級音調(diào)控制器主要是控制，調(diào)節(jié)音響放大器的幅頻特性，他只對低頻與高頻的增益進行提升與衰減，中音頻的增益保持0dB 不變。因此，音調(diào)控制器的電

36、路可以由低通濾波器和高通濾波器構(gòu)成。由運算放大器構(gòu)成的音調(diào)控制器，電路調(diào)節(jié)簡單，元器件少，因此，我們選用這種電路形式。圖4-4 音調(diào)控制級電路圖圖中，電位器用來調(diào)節(jié)音量的大小，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)與元件參數(shù)計算：第一：低頻時的情況：低頻提升與衰減，電路圖如下圖4-5（a）和圖4-5（b）所示：圖4-5 低頻提升與衰減電路增益為：A（j）=-(RP31+R32)/R31*1+(j)/2/1+(j)/1式中：1=1/（RP31*C32）， 2=（RP31+R32）/（RP31*R32*C

37、32）當(dāng)ffL1時，C32可視為開路，運算放大器的反向輸入端視為虛地，R34的影響可以忽略，此時電壓增益 AVL=(RP31+R32)/R31在f=fL1時，因為fL2=10fL1，故可得 AV1=(RP31+R32)/R31此時，電壓增益 AV1相對于 AVL下降了3dB。在f=fL1時，可得AV1=(RP31+R32)/R31*（/10）=0.14 AVL此時，電壓增益 AV2相對于 AVL下降了17dB。同理可得低頻衰減的相應(yīng)表達式。第二：高頻提升與衰減：高頻等效電路如圖4-6所示：圖4-6 高頻等效電路電阻關(guān)系式為： Ra=R31+R31+（R31R31/R32）Rb=R34+R32+

38、（R34R32/R31）Rc=R31+R32+（R32R31/R34） 若取R31=R32=R34，則上式為：Ra=Rb=Rc=3R32=3R34高頻提升與衰減的等效電路如下圖4-7所示：圖4-7 高頻提升與衰減電路（3）功率放大級電路形式的選擇: 芯片選用LM1875，而一個LM1875的輸出功率最大只能達到20W，已能滿足本課題的設(shè)計要求,故本設(shè)計采用單片LM1875。如果要把輸出功率提高到50W，可選擇BTL電路，按照如下方法進行設(shè)計:BTL電路它是在OTL電路和OCL電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型功率放大電路，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

39、由四管組成電橋電路，圖中對角管同時導(dǎo)通，互為推挽。負載上輸出正負半周波形。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的影響，也免除了兩組電壓對稱性的苛刻要求。BTL的兩組對角管輪流導(dǎo)通，互為推挽，在每個信號半周能利用全部電源電壓（除去飽和壓降），同單端電路相比，在一樣電源電壓和一樣負載時，前者的輸出功率為后者的4倍；換言之，如果負載和輸出功率一樣，BTL電路對所用的晶體管的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的優(yōu)點。目前常見的BTL電路大多是由兩個獨立的單端推挽電路拼合而成（多見于集成電路），其信號分相是先將信號送入第一個單端電路，放大

40、后經(jīng)電阻分壓再送到第二個單端電路，這樣不僅會把單端電路的缺陷帶入放大器，而且還會將第一個單端電路的畸變信號經(jīng)過第二個單端電路放大而進一步加重，因此其特性必然不好。由BTL的工作原理與特點可知，要滿足輸出功率為50W的要求，可用兩個LM1875組成BTL電路，要想獲得好的輸出特性，關(guān)鍵是要獲得BTL電路所需的兩個大小相等，相位相反的音頻信號。通過查詢資料（3），可知，可以用一個倒相電路來提供此信號。如下圖所示：圖4-9倒相電路 圖中VT組成的單管放大電路沒有電壓放大作用，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)射極輸出的音頻信號大小分別為IcRc和IeRe，由于IcIe，Rc=Re，

41、所以兩路的信號大小相等而極性相反，可將它們分別通過電容耦合到BTL電路的兩個同鄉(xiāng)相輸入端。則功率放大電路如下圖所示： 圖4-10 BTL功率放大電路五、LM1875的簡介（一）LM1875的參數(shù)簡介 LM1875采用TO-220封裝結(jié)構(gòu)，形如一只中功率管，體積小巧，外圍電路簡單，且輸出功率較大。該集成電路部設(shè)有過載過熱與感性負載反向電勢安全工作保護。 LM1875主要參數(shù)：電壓圍：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時額定增益：26dB，當(dāng)f=1kHz時工作電壓：25V轉(zhuǎn)換速率：18V/SLM1875極限參數(shù)：電源電壓(Vs

42、) 60 V 輸入電壓(Vin) -VEE-Vcc V 工作結(jié)溫(Tj) +150 存儲結(jié)溫(Tstg) -65-+（二）LM1875的工作原理：LM1875功放板由一個高低音分別控制的衰減式音調(diào)控制電路和LM1875放大電路以與電源供電電路三大部分組成，音調(diào)部分采用的是高低音分別控制的衰減式音調(diào)電路，其中的R02，R03，C02，C01，W02組成低音控制電路；C03，C04，W03組成高音控制電路；R04為隔離電阻，W01為音量控制器，調(diào)節(jié)放大器的音量大小，C05為隔直電容，防止后級的LM1875直流電位對前級音調(diào)電路的影響。放大電路主要采用LM1875，由1875，R08，R09，C06

43、等組成，電路的放大倍數(shù)由R08與R09的比值決定，C06用于穩(wěn)定LM1875的第4腳直流零電位的漂移，但是對音質(zhì)有一定的影響，C07，R10的作用是防止放大器產(chǎn)生低頻自激。本放大器的負載阻抗為416。為了保證功放板的音質(zhì)，電源變壓器的輸出功率不得低于80W，輸出電壓為2*25V，濾波電容采用2個2200UF/25V電解電容并聯(lián)，正負電源共用4個2200UF/25V的電容，兩個104的獨石電容是高頻濾波電容，有利于放大器的音質(zhì)。（三）LM1875的電路特點LM1875功率較TDA2030與TDA2009都為大，電壓圍為1660V。不失真功率為20W（THD=0.08%），THD=1%時，功率可達

44、40W（人耳對THD10%一下的失真沒什么明顯的感覺），保護功能完善。筆者是一個不錯的選擇。 其接法同TDA2030相似，也有單雙電源兩種接法。LM1875是美國國家半導(dǎo)體器件公司生產(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)。如圖4-2所示，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負載獲得30W的功率，置有多種保護電路。廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。電路特點：（1）單列5腳直插塑料封裝，僅5只引腳。（2）開環(huán)增益可達90dB。（3）極低的失真，1kHz，20W時失真僅為0.015%。 （4）AC和

45、DC短路保護電路。（5）超溫保護電路。（6）峰值電流高達4A （7）極寬的工作電壓圍（16-60V）。（8）置輸出保護二極管。 （9）外接元件非常少，TO-220封裝。 （10）輸出功率大，Po=20W(RL=4)。六、電路設(shè)計（一）典型應(yīng)用電路音頻功率放大器的典型應(yīng)用電路分為兩種：一種為單電源供電，另一種為雙電源供電。兩種典型應(yīng)用電路電路圖如下：圖6-1單電源接法圖6-2 雙電源接法LM1875單電源供電與雙電源供電的基本工作原理一樣，不同之處在于：單電源供電時，采用R1、R2分壓，取12VCC作為偏置電壓經(jīng)過R3加到1腳，使輸出電壓以12VCC為基準(zhǔn)上下變化，因此可以獲得最大的動態(tài)圍。但在

46、本課題中，我們希望能對音頻放大器的音量和音頻進行調(diào)節(jié)，即得到更理想更直觀的設(shè)計，在此次設(shè)計中采用雙電源供電的方法。（二）雙電源音頻功率放大器原理圖 綜合以上討論，利用protel 99軟件畫出雙電源音頻功率放大器原理圖： 圖 6-3 雙電源音頻功率放大器原理圖 （三）雙電源音頻功率放大器PCB圖 在電路原理圖的基礎(chǔ)上，繪制PCB圖如下：圖 6-4 雙電源音頻功率放大器PCB圖七、電路制作與調(diào)試（一）利用PCB制作電路板 由于此圖較簡單，在實驗室我們能很快制作出電路板，下面我將制作電路板的詳細過程列舉出來：HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第1步 t _parent第HYPE

47、RLINK :/ sx74 /1.htm l 第1步 t _parent1HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第1步 t _parent步：利用一個能生成圖像的軟件生成一些圖像文件，比如用低版本的PROTEL組織SCH， 再利用網(wǎng)絡(luò)表生成相應(yīng)PCB圖（不會PROTEL 的話，甚至是WINDOWS的畫筆程序也行)，以備打印。HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第2步 t _parentHYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第2步 t _parent第HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第2步 t _parent2HYPERLI

48、NK :/ sx74 /1.htm l 第2步 t _parent步：將PCB圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上（所謂的熱轉(zhuǎn)印紙就是不干膠紙的黃色底襯?。?現(xiàn)在有這樣的專門買的紙。HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第3步 t _parentHYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第3步 t _parent第HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第3步 t _parent3HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第3步 t _parent步：將打印好PCB的轉(zhuǎn)印紙平鋪在覆銅板上，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)印。HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第4

49、步 t _parentHYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第4步 t _parent第HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第4步 t _parent4HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第4步 t _parent步：用熱轉(zhuǎn)印機加溫（要很熱）將轉(zhuǎn)印紙上黑色塑料粉壓在覆銅板上形成高精度的抗腐層。HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第5步 t _parent第HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第5步 t _parent5HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第5步 t _parent步：轉(zhuǎn)印機

50、加溫加壓成功轉(zhuǎn)印后的效果！若你經(jīng)常搞，熟練了，很容易成功。HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第6步 t _parentHYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第6步 t _parent第HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第6步 t _parent6HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第6步 t _parent步：準(zhǔn)備好三氯化鐵溶液進行腐蝕。HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第7步 t _parentHYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第7步 t _parent第HYPERLINK :/

51、 sx74 /1.htm l 第7步 t _parent7HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第7步 t _parent步：效果還不錯吧！注意不要腐蝕過度，腐蝕結(jié)束，準(zhǔn)備焊接。HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第8步 t _parentHYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第8步 t _parent第HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第8步 t _parent8HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第8步 t _parent步：清理出焊盤部分，剩下的部分用于阻焊。HYPERLINK :/ sx74 /1.

52、htm l 第9步 t _parentHYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第9步 t _parent第HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第9步 t _parent9HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第9步 t _parent步：安裝所需預(yù)定原件并焊接好。HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第10步 t _parentHYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第10步 t _parent第HYPERLINK :/ sx74 /1.htm l 第10步 t _parent10HYPERLINK :/ sx74

53、/1.htm l 第10步 t _parent步：測試以驗證其正確性。 通過上面的方法能容易的得到我們所需要的電路板，但是焊接完的電路成品的效果好壞取決于電路原理圖設(shè)計的好壞以與制作出的電路板的好壞。（二）裝配與調(diào)試：工具準(zhǔn)備：20W電烙鐵一把，萬用電表一個，尖嘴鉗一把，螺絲刀一把，焊錫絲和松香水若干。焊接：焊接時先焊接跳線，再焊接電阻，再焊電容，再焊整流管，再焊電位器，最后焊LM1875，焊接LM1875前須先把LM1875用螺絲固定在散熱片上，否則在最后裝散熱片時螺絲很難打進去。LM1875與散熱片接觸的部分必須涂少量的散熱脂，以利散熱。焊接時必須注意焊接質(zhì)量，對于初學(xué)者，可先在廢舊的電路

54、板上多練習(xí)幾次，然后再正式焊接。調(diào)試：本功放板調(diào)試特別簡單，電路板焊好電子元件后，要仔細檢查電路板有無焊錯的地方，特別要注意有極性的電子零件，如電解電容，橋式整流堆，一旦焊反即有燒毀元器件之險，要特別注意。接上變壓器，放大器的輸出端先不接揚聲器，而是接萬用電表，最好是數(shù)顯的，萬用表置于DC*2V檔。功放板上電注意觀察萬用電表的讀數(shù)，在正常情況下，讀數(shù)應(yīng)在30mV以，否則應(yīng)立即斷電檢查電路板。若電表的讀數(shù)在正常的圍，則表明該功放板功能基本正常，最后接上音箱，輸入音樂信號，上電試機，旋轉(zhuǎn)音量電位器，音量大小應(yīng)該有變化，旋轉(zhuǎn)高低音旋鈕，音箱的音調(diào)有變化。值得一試的實驗：將C6短路，用萬用表測LM18

55、75輸出端的直流電位，看是否是在30MV以，然后接上音箱試兩小時，用萬用表測LM1875輸出端的直流電位，看直流電位是否在30MV以，如果是的話，則C6這個電容可以省掉，這樣的話，此放大板就成一個純直流功放了。八、電路圖的繪制與制板中應(yīng)注意的問題（一）Sch原理圖應(yīng)注意常見問題1零件描述和零件標(biāo)識有什么區(qū)別？零件描述（Library Reference）是零件在零件庫里的名稱，將外形和引腳功能一樣的零件取的一個通用名稱；零件標(biāo)識是電路圖里用戶根據(jù)需要自行設(shè)計的名稱，當(dāng)然也不能隨意亂取。一般情況下可以統(tǒng)稱為零件名稱，而不必細分。2零件屬性對話框中的Part Fields和Read Only Fi

56、elds有什么用？零件屬性對話框中的Part Fields有兩個作用，對于一般零件可以在這些設(shè)置中標(biāo)注零件的參數(shù)；對于仿真零件可以在這些設(shè)置中設(shè)置有關(guān)仿真的模型參數(shù)。 Read Only Fields一般用于仿真零件中的仿真模型的定義。3如何直接更換零件？在要更換的零件上雙擊，在彈出的零件屬性對話框中的Lib Ref中輸入新的零件描述，點擊OK按鈕即可完成零件的直接更換。 4如何設(shè)置常用零件的默認零件封裝？可以用零件庫編輯器打開要修改的零件，在零件描述（Description）對話框中Designator標(biāo)簽頁里的Part Foot Print 1中輸入零件封裝名。此零件封裝名即是該零件的默認

57、零件封裝。5如何直接從原理圖切換到PCB設(shè)計？點擊菜單DesignUpdate PCB命令，即可實現(xiàn)原理圖到PCB設(shè)計的自動切換。但要注意打開需要切換的PCB圖，將其他無關(guān)的PCB圖關(guān)閉，否則會出現(xiàn)意想不到的問題。6如何批量修改零件屬性？點擊零件屬性對話框中的Globe按鈕，在整體修改對話框中可以設(shè)置整體修改選項，在Copy Attributes中輸入有關(guān)替換設(shè)置，如A*B*則將A開頭的標(biāo)識符改成以B開頭的標(biāo)識符號。7系統(tǒng)不能識別零件庫怎么辦？系統(tǒng)不能識別零件庫可以試一下以下解決方法：將打印機驅(qū)動程序重新安裝一遍，如果沒有打印機話，可以隨便安裝一個打印機驅(qū)動程序；有時候安裝一些軟件后也會造成系統(tǒng)不能識別零件庫，那樣的話可以重新安裝Protel程序。8原理圖無法打印怎么辦？原理圖無法打印可以按以下辦法解決：修改默認打印機；察看打印機的打印紙設(shè)置是否是合適；打印機不能兼容。（二） HYPERLINK :/ xydzy /pcb/pcb3/pcb%20sjzyzydwt.htm t _blank PCB設(shè)計中應(yīng)注意的問題1布線方向：從焊接面看，元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致，布線方向最好與電路圖走線方向相一致，因生產(chǎn)過程