音频功率放大电路设计(附仿真).doc

南昌大学实验报告 学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新 实验日期： 实验成绩： 音频功率放大电路设计 一、设计任务 设计一小功率音频放大电路并进行仿真。 二、设计要求 已知条件：电源V或V；输入音频电压峰值为5mV；8/0.5W扬声器；集成运算放大器（TL084）；三极管（9012、9013）；二极管（IN4148）；电阻、电容若干 基本性能指标：Po200mW（输出信号基本不失真）；负载阻抗RL＝8；截止频率fL＝300Hz，fH＝3400Hz 扩展性能指标：Po1W（功率管自选） 三、设计方案 音频功率放大电路基本组成框图如下： 音频功放组成框图 由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，通过话音放大器不失真地放大声音信号，其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗；滤波器用来滤除语音频带以外的干扰信号；功率放大器在输出信号失真尽可能小的前提下，给负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。 应根据设计要求，合理分配各级电路的增益，功率计算应采用有效值。基于运放TL084构建话音放大器与宽带滤波器，频率要求详见基本性能指标。功率放大器可采用使用最广泛的OTL（Output Transformerless）功率放大电路和OCL（Output Capacitorless）功率放大电路，两者均采用甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好，在实际电路中得到了广泛的应用。 对于负载来说，OTL电路和OCL电路都是射极跟随器，且为双向跟随，它们利用射极跟随器的优点——低输出阻抗，提高了功放电路的带负载能力，这也正是输出级所必需的。由于射极跟随器的电压增益接近且小于1，所以，在OTL电路和OCL电路的输入端必须设有推动级，且为甲类工作状态，要求其能够送出完整的输出电压；又因为射极跟随器的电流增益很大，所以，它的功率增益也很大，这就同时要求推动级能够送出一定的电流。推动级可以采用晶体管共射电路，也可以采用集成运算放大电路，请自行查阅相关资料。 在Multisim软件仿真时，用峰值电压为5mV的正弦波信号代替话筒输出的语音信号；用性能相当的三极管替代9012和9013；用8电阻替代扬声器。由于三极管（9012、9013）最大功率为500mW，要特别注意工作中三极管的功耗，过大会烧毁三极管，最好不超过400mW。如制作实物，因扬声器呈感性，易引起高频自激，在扬声器旁并入一容性网络（几十欧姆电阻串联100nF电容）可使等效负载呈阻性，改善负载为扬声器时的高频特性。 四、电路仿真与分析 黄色为输入信号，蓝色为输出信号。输出信号峰峰值放大，且波形基本不失真。 输出阻抗用8Ω电阻替代，输出功率为236mW200mW 幅频特性图：频率范围大致在300~3400Hz电路前一部分为宽带放大电路，将300~3400Hz的信号放大，而范围外的进行减弱；后一部分为集成运放与晶体管组成的功放，电压增益为Av=Vo/Vi。 五、计算 （1）话音放大器 前置放大器应采用低噪声电路。前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。 取Rf=19k，R1=1k，则Auf=20 （2）滤波器（音调控制电路） 采用的是高、低音分别可调的音调控制电路。负反馈式音调控制电路的噪音和失真较小，并且在调节音调时，其转折频率保持固定不变，而特性曲线的斜率却随之改变。 R24是高音调节，R21是低音调节。C8是音频信号输入耦合电容，C5、C6是低音提升、衰减电容，一般C5=C6；C7是高音提升和衰减电容，要求C7C5； fl1一般为几十赫兹，且fl2=10*fl1;fh2一般为几十千赫兹，且fh2=10*fh1； R21=R24=9*R20；R20=R23=R25；C5=C6； FL=300Hz,FH=3400Hz； 根据设计要求的放大倍数和各点的转折频率大小，确定出音调控制器电路的电阻、电容大小。 取C1=C8=10uF 取R21=R24=470K，则R20=R23=R25=54K； 由于fL1=0.1fL=30Hz,得C5=C6=0.01uF； fH1=10fH=34000Hz,得R3=15K,C3=300nF； 功率放大器 功率放大器采用OTL功率放大电路和OCL功率放大电路组成的甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好。 运放构成负反馈放大器，提供电压增益。 R7支路提供合适的静态工作点，一般1~3mA。 T1~T4构成两组复合管，T3、T4 选取大功率管，从而可以提供较大的负载电流输出。 电阻R14、R15一