音频功率放大器的设计与实现.doc

1 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 P OM ≥ 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 R i≥ 100k Ω。 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 ,R 1 =R 2 =R 3,C 1 =C 2, Rp1=9R 1。 2 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, C 1 被短路,此时电路图 2 可简化为图 3(a) 。由于电容 C 2 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: 1222 221 2 ./)1 (RRCjR CjRZ ZA P P Vf????????化简后得: 22 22 2221 22 .1 1 P P P P VfRCj RR RRCjR RRA???????????该电路的转折频率为: 22 12 1CR f P L???,22222 22 1) //(2 1CRCRR f P L???? 3 可见当频率 0? f 时, 1 22 .R RRA P Vf??;当频率?? f 时,1 1 2 .??R RA Vf 。从定性的角度来说, 就是在中、高音域, 增益仅取决于 R 2与R 1 的比值, 即等于 1; 在低音域, 增益可以得到提升, 最大增益为 122)(RRR P?。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R p2 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: 112 1221 2211 2 .) //(1 1 //)1(CRRj CRjRR RRCjR RA P PPP Vf????????????, 其转折频率为: 12 '12 1CR f P L??,112 '22 1) //(2 1RRR f P L????可见当频率 0? f 时, 21 2 .P VfRR RA??;当频率?? f 时,1 1 2 .??R RA Vf 。从定性的角度来说, 就是在中、高音域, 增益仅取决于 R 2与R 1 的比值, 即等于 1; 在低音域, 增益可以得到衰减, 最小增益为)( 212PRRR?。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