音频功率放大器的设计与实现讲述教程.docVIP

 PAGE \* MERGEFORMAT 13 姓名 班级 学号 实验日期 节次 教师签字 成绩 音频功率放大器的设计与实现 1. 实验目的 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度≤5mV，负载电阻等于8Ω的 条件下，音频功率放大器满足如下要求： 1.最大输出不失真功率POM≥8W。 2.功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。 3.在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。 4.输入阻抗Ri≥100kΩ。 5.具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz处有±12dB的调节范围。 2. 总体设计方案 该音频功率放大器可由图1所示框图实现。前置放大级主要实现对输入信号的放大，从而与功率放大器的输入灵敏度进行匹配。音调控制级主要实现对输入信号的提升或衰减，以满足不同听众的需求。功率放大级是此音频功率放大器的核心部分，它决定了输出功率的大小。下面介绍各模块的实现方法。 图1 音频功率放大器组成框图 （1）前置放大器 由于输入信号非常微弱且音频宽度过大，需要前置放大器有较高的输入阻抗，较低的输出阻抗，噪声小，频带宽。为达到预期的效果，有两种选择。一是由分立元件搭建的放大电路，二是采用合适的集成放大电路。由于集成放大电路性能稳定，外围电路简单，便于调试，本前级放大电路选择集成放大电路实现。 （2）音调调节级 由于集成运算放大器具有电压增益高、输入阻抗高等优点，用它制作的音调控制电路 具有电路结构简单、工作稳定等优点，典型的电路结构如图2所示。其中电位器Rp1是高音调节电位器，Rp2是低音调节电位器，电容C是音频信号输入耦合电容，电容C1、C2是低音提升和衰减电容，一般选择C1=C2，电容C3起到高音提升和衰减作用，要求C3的值远远小于C1。电路中各元件一般要满足的关系为：Rp1=Rp2，R1=R2=R3，C1=C2，Rp1=9R1。 图2 负反馈式音调控制电路图 在电路图2中，对于低音信号来说，由于C3的容抗很大，相当于开路，此时高音调节电位器Rp1在任何位置对低音都不会影响。当低音调节电位器Rp2滑动端调到最左端时，C1被短路，此时电路图2可简化为图3(a)。由于电容C2对于低音信号容抗大，所以相对地提高了低音信号的放大倍数，起到了对低音提升的作用。图3(a)电路的频率响应分析如下： (a) 低音提升等效电路图 (b) 低音提升等效电路幅频响应波特图 图3 低音提升等效电路图及幅频响应曲线 图3所示的电压放大倍数表达式为： 化简后得： 该电路的转折频率为： ， 可见当频率时，；当频率时，。从定性的角度来说，就是在中、高音域，增益仅取决于R2与R1的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到提升，最大增益为。低音提升等效电路的幅频响应特性的波特图如图3(b)所示。 (a) 低音衰减等效电路图 (b) 低音衰减等效电路幅频响应波特 图4低音衰减等效电路图及幅频响应曲线 当Rp2的滑动端调到最右端时，电容C2被短路，其等效电路如图4(a)所示。由于电容C1对输入音频信号的低音信号具有较小的电压放大倍数，所以该电路可实现低音衰减。图4(a)电路的频率响应分析如下： 该电路的电压放大倍数表达式为： ， 其转折频率为： ， 可见当频率时，；当频率时，。从定性的角度来说，就是在中、高音域，增益仅取决于R2与R1的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到衰减，最小增益为。低音衰减等效电路的幅频响应特性的波特图如图4(b)所示。 同理，图2电路对于高音信号来说，电容C1、C2的容抗很小，可以认为短路。调节高音调节电位器Rp1，即可实现对高音信号的提升或衰减。图5（a）就是工作在高音信号下的简化电路图。为了便于分析，将图 中的R1、R2、R3组成的Y型连接转换成△型连接方式，如图5（b）。其中，，。在假设条件R1=R2=R3的条件下，Ra=Rb=Rc=3R1。 (a) 高音信号下的简化电路图 (b) △型连接方式 图5 高音等效简化电路 如果音调放大器的输入信号是采用的内阻极小的电压源，那么通过Rc支路的反馈电流将被低内阻的信号源所旁路，Rc的反馈作用将忽略不计（Rc可看成开路）。当高音调节电位器滑动到最左端时，高音提升的等效电路如图6(a)所示。此时，该电路的电压放大倍数表达式为： 其转折频率为： 当频率时，；当频率时，。从定性的角度上看，对于中、低音区域信号，放大器的增益等于1；对于高音区域的信号，放大器的增益可以提升，最大增益为。 高音提升电路的幅频响应曲线的