音響放大器設計

2023/2/3東南大學電工電子實驗中心1音響放大器2023/2/3東南大學電工電子實驗中心1實驗九2023/2/3東南大學電工電子實驗中心2一、實驗目的1.通過對低頻集成功率放大電路的設計、安裝和調(diào)試，掌握功率放大器的工作原理；2.熟悉線性集成組件的正確選用和外圍電路元件參數(shù)的選擇方法；3.掌握集成低頻功率放大器特性指標的測量方法。2023/2/3東南大學電工電子實驗中心22023/2/3東南大學電工電子實驗中心3二、相關知識點

在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實際負載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器。2023/2/3東南大學電工電子實驗中心4電壓放大：不失真地增大輸出信號電壓幅度，以驅(qū)動功放。功率放大：以輸出功率為重點，驅(qū)動負載。電壓放大和功率放大有不同的特點及指標要求，在多級放大器中，電壓放大器處于前置級和中間級，而功率放大處在末級（也可能包括末前級），以驅(qū)動負載。功率放大器實質(zhì)上也是能量轉(zhuǎn)換電路，它的主要特點就是工作在大信號狀態(tài)下。2023/2/3東南大學電工電子實驗中心51.主要指標（1）輸出功率Po：功率放大器在輸出不失真的情況下給出最大的交流輸出功率Po。（2）效率η：功率放大器的效率定義為功率放大器的輸出信號功率Po直流電源供給功率放大器功率PE之比,用η表示，即：2023/2/3東南大學電工電子實驗中心6（3）非線性失真：功率放大器為了獲得足夠大的輸出功率，需要大信號激勵，從而使信號動態(tài)范圍往往超出晶體管的線性區(qū)域，導致輸出信號失真。因此減小非線性失真，成為功率放大器的又一個重要問題。概括起來說，要求功率放大器在保證晶體管安全運用的情況下，獲得盡可能大的輸出功率、盡可能高的效率和盡可能小的非線性失真。2023/2/3東南大學電工電子實驗中心72.集成功放電路目前集成功放電路已大量涌現(xiàn),其內(nèi)部電路一般均為OTL或OCL電路,集成功放除了具有分立元件OTL或OCL電路的優(yōu)點外,還具有體積小、工作穩(wěn)定可靠、使用方便等優(yōu)點,因而獲得了廣泛的應用。2023/2/3東南大學電工電子實驗中心8LM386是一種低電壓通用型低頻集成功放。該電路功耗低、允許的電源電壓范圍寬、通頻帶寬、外接元件少,廣泛用于收錄機、對講機、電視伴音等系統(tǒng)中。3.LM386R1VD22反相輸入15kΩV150kΩV5V2150Ω7旁路15kΩ8R21.35kΩ1V6V4V315kΩR3350kΩ同相輸入VD1＋ECV7V965輸出4地V10增益設定I2023/2/3東南大學電工電子實驗中心10當1、8腳開路時,負反饋最深,電壓放大倍數(shù)最小,此時Auf=20。當1、8腳間接入10μF電容時,

內(nèi)部1.35kΩ電阻被旁路,負反饋最弱,電壓放大倍數(shù)最大,此時Auf=200（46dB）。當1、8腳間接入電阻R和10μF電容串聯(lián)支路時,

調(diào)整R可使電壓放大倍數(shù)Auf在20～200間連續(xù)可調(diào),且R越大,放大倍數(shù)越小。R1VD22反相輸入15kΩV150kΩV5V2150Ω7旁路15kΩ8R21.35kΩ1V6V4V315kΩR3350kΩ同相輸入VD1＋ECV7V965輸出4地V10增益設定I2023/2/3東南大學電工電子實驗中心12LM386典型應用電路圖

uiR1C1324C27EC610μF18R25C3R3C4RLLM386－＋LM386的典型應用電路如圖所示。

page572023/2/3東南大學電工電子實驗中心135腳輸出:R3、C3構(gòu)成串聯(lián)補償網(wǎng)絡，與呈感性的負載（揚聲器）相并,最終使等效負載近似呈純阻,以防止高頻自激和過壓現(xiàn)象。7腳旁路:外接C2去耦電容,用以提高紋波抑制能力,消除低頻自激。1、

8腳設定電壓增益:其間接R2、10μF串聯(lián)支路,R2用以調(diào)整電壓增益。當R2=1.24kΩ時,Auf=50。2023/2/3東南大學電工電子實驗中心14為了盡可能抑制高頻自激，需要盡量加深負反饋10歐姆旁路主要用于濾除高頻干擾，這里需要去掉250uF可以用100uF替代7腳可以懸空也可以接旁路電容喇叭在波形測試的時候用8歐姆電阻代替2023/2/3東南大學電工電子實驗中心15三、實驗內(nèi)容設計一個音響放大器，要求實現(xiàn)話筒擴音、音量控制、混音功能等功能。

功能要求：話筒擴音、音量控制、混音功能

額定功率：>=0.5W(失真度THD≤10%)

負載阻抗 ：8Ω

頻率響應 ：fL≤50Hz，fH≥20kHz

輸入阻抗 ：20kΩ

話音輸入靈敏度：<=5mV2023/2/3東南大學電工電子實驗中心16三、實驗內(nèi)容2023/2/3東南大學電工電子實驗中心17三、實驗內(nèi)容1)話音放大器：話筒的輸出信號：<=5mV話音放大器放大倍數(shù)：>10輸入阻抗≥

20K帶寬：50Hz——20kHz電容采用10uF~50uF用信號源作為輸出時左側(cè)的4.7K上拉電阻可以不接2023/2/3東南大學電工電子實驗中心19三、實驗內(nèi)容2)混合前置放大器混合前置放大器的作用是將放大后的話音信號與LineIn信號混合放大，起到了混音的功能。（LineIn信號可以用一般的MP3輸出）LineIn：100mV信號如何合成：同相加法電路2023/2/3東南大學電工電子實驗中心20三、實驗內(nèi)容2)電路級聯(lián)直接級聯(lián)阻容耦合級聯(lián)（10~50uF）2023/2/3東南大學電工電子實驗中心21三、實驗內(nèi)容3)功率放大作用是給音響放大器的負載提供一定的輸出功率當負載一定時，希望輸出的功率盡可能的大輸出信號的線性失真盡可能的小效率盡可能的高設計指導——增益分配根據(jù)輸出功率要求和負載計算輸出電壓VO輸出功率：>=0.5W負載：8Ω對應輸出電壓：Au>400LineIn：<=100mV參考方案設計指導——增益分配A=10A=10~20A=4前->后后->前功率放大器帶負載后，容易讓電路產(chǎn)生自激，電路級數(shù)越多越嚴重，不適合最后加入優(yōu)先搭接功率放大器再搭接混合前置放大器最后加入話音放大器搭接順序調(diào)試順序：先空載測試、再帶負載測試輸入正弦波信號，觀察輸出波形，計算放大倍數(shù)輸入信號有效值從小到大輸入信號頻率從第到高（1K~20K）功率放大器容易出現(xiàn)的問題帶負載后放大倍數(shù)略低于理論值低頻自激功率放大器調(diào)試方法大電流時，電源紋波造成的低頻干擾在電源和地之間并聯(lián)一個10uF~50uF電容并聯(lián)位置盡量靠近LM386電源口低頻自激先把其中某一個輸入接地，在另一個輸入接入100mV正弦波信號通過10~50uF電容把混合放大器與功率放大器耦合耦合后測試先空載測試、再帶載測試頻率從1K~20K增加輸入信號幅度，直到輸出有效值>2V耦合后可能會出現(xiàn)的問題放大倍數(shù)衰減很厲害：適當增加混合放大器放大倍數(shù)，調(diào)整耦合電容容值高頻自激混合放大器調(diào)試方法高頻自激是多級放大器最容易出現(xiàn)的問題和布局、布線、接地點有關和級間耦合、負反饋深度有關高頻自激合理布線是完成本次實驗的關鍵電路占用空間盡量小、信號從左到右盡量少用導線，導線一定要貼著面包板安裝導線不要交叉、信號流向一致、不要出現(xiàn)回路電源線、地線盡可能短各級電路接地點盡量少，正電源接入點、接地點盡可能靠近功放電路可以在各級電路的正負電源和地之間都并聯(lián)電容，保證低頻自激的盡量排除高頻自激先單獨測試，通過后再通過電容耦合到混合放大器測試話音放大器和混合放大器是否能同時工作接入3~5mV有效值正弦波信號混合放大器不用的輸入端接地觀察輸出、計算放大倍數(shù)聯(lián)合三級電路進行調(diào)試先空載測試、再帶載測試頻率從低到高幅度從低到高，直到2V有效值以上話音放大器音調(diào)控制器的作用是控制、調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率的高低音調(diào)控制器只對低音頻或高音頻的增益進行提升或衰減，中音頻增益保持不變。1KHz：0dB125Hz：+-12dB8KHz：+-12dB可調(diào)帶阻濾波器音調(diào)控制低、中頻區(qū)C4開路中頻區(qū)C2、C3電抗適中低頻區(qū)C2、C3電抗很大高頻區(qū)C2、C3短路R6控制低音增益R7控制高音增益音調(diào)控