高保真音頻功率放大器

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：高保真音頻功率放大器院（系）： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：2013.7.12013.7.12課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電子信息工程學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)題目高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)參數(shù)：4 采用全部或部分分立元件設(shè)計(jì)一種音頻功率放大器。5 額定輸出功率6 負(fù)載阻抗。7 失真度8 設(shè)計(jì)放大器所需的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種

2、總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要音頻功率放大器是一個(gè)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無論從線路技

3、術(shù)還是元器件方面，乃至于思想認(rèn)識(shí)上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步?；仡櫼幌鹿β史糯笃鞯陌l(fā)展歷程，對(duì)廣大學(xué)生來說也許是一件饒有趣味的事情。半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步使晶體管放大器向前邁進(jìn)了一大步。自從有了晶體管，人們就開始用它制造功率放大器。功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載RL提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出的信號(hào)的非線形失真盡可能的小，效率盡可能的高。功率放大器的常見電路形式有OTL電路和OCL電路。有用運(yùn)算放大器和晶體管組成的功率放大器，也有專集成電路功率放大器。本設(shè)計(jì)采用LM324D進(jìn)行前置放大，再采用甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路進(jìn)行功率放大。普通信號(hào)經(jīng)由輸入端輸入到前置放大電路，

4、通過2級(jí)同比例放大電路進(jìn)行前置放大，完成小信號(hào)的電壓放大任務(wù)，LM324D運(yùn)放具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，短路保護(hù)輸出。第一級(jí)放大倍數(shù)為1+R5/R4=11，第二級(jí)放大倍數(shù)同為11倍，總體放大倍數(shù)121倍，可有效的對(duì)小信號(hào)進(jìn)行電壓放大。信號(hào)經(jīng)前置放大初步放大后進(jìn)入后級(jí)功率放大，功率放大采用射級(jí)輸出，其電壓增益為1，輸出的電壓將保持不變；可對(duì)電流進(jìn)行放大，從而輸出電流增大，導(dǎo)致功率放大。 關(guān)鍵詞： LM324D；前置放大；功率放大；甲乙類目 錄第1章 高保真音頻功率放大器方案論證11.1 高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)意義11.2 高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)11.3 總體設(shè)計(jì)方案2 方案論證2

5、總體方案框圖4第2章 高保真音頻功率放大器各單元電路設(shè)計(jì)52.1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)52.2 前置放大級(jí)設(shè)計(jì)52.3 功率放大器設(shè)計(jì)6第3章 高保真音頻功率放大器整體電路設(shè)計(jì)73.1 整體電路圖及工作原理73.2 電路的參數(shù)計(jì)算與選擇8 輸入級(jí)參數(shù)的計(jì)算與選擇83.2.2 輸出級(jí)參數(shù)的計(jì)算與選擇83.3 電路的仿真結(jié)果8第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄I 總體電路圖13附錄II 元器件清單14第1章 高保真音頻功率放大器方案論證1.1 高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)意義高保真功率放大技術(shù)的發(fā)展，使整個(gè)音頻功率放大技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化?，F(xiàn)代人對(duì)聽覺水平要求越來越高，所以對(duì)音響的音質(zhì)真實(shí)性要求越

6、來越多，高保真音頻功率放大技術(shù)克服了這個(gè)缺點(diǎn)，它能夠如實(shí)的反映出聲音信號(hào)的音色，音高和音強(qiáng)等音質(zhì)狀況本來面貌的能力，同時(shí)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行必要的修飾和加工.1.2 高保真音頻功率放大器的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)：1采用全部或部分分立元件設(shè)計(jì)一種音頻功率放大器。2額定輸出功率3負(fù)載阻抗。4失真度5設(shè)計(jì)放大器所需的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方

7、案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。1.3 總體設(shè)計(jì)方案1.3.1 方案論證方案一： 簡(jiǎn)要原理分析 當(dāng)輸出信號(hào)處于正半周期時(shí)，Q1導(dǎo)通，Q3截止，于是Q1以射極輸出的形式將信號(hào)傳遞給負(fù)載，同時(shí)向C3充電，因?yàn)镃3電容量大1其上電壓基本不變，維持在1/2VCC；當(dāng)輸出信號(hào)處于負(fù)半周時(shí)，Q3導(dǎo)通，Q1截止，已充電的C3充當(dāng)Q3的電源，同時(shí)放電，Q3也以射極輸出形式將信號(hào)傳輸給負(fù)載R9，這樣在R9上得到了完整的輸出波形。(如圖1.1所示)圖1.1

8、完全分立元件阻容耦合多級(jí)放大器原理圖方案二：簡(jiǎn)要原理分析:采用2個(gè)同相比例放大電路對(duì)輸入電壓進(jìn)行前置放大，小信號(hào)經(jīng)前置放大后，再采用甲乙類電源互補(bǔ)對(duì)稱電路對(duì)功率進(jìn)行放大，其電壓增益接近為1，通過放大電流，從而放大功率。（如圖1.2所示）圖1.2多級(jí)前置放大甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路原理圖對(duì)于以上兩種方案均可達(dá)到本設(shè)計(jì)要求。方案一分立元件電路，電路中所用元器件多，成本高，焊接難。方案二中采用LM324D進(jìn)行前置放大，具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，短路保護(hù)輸出，后采用甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路，可有效的克服交越失真。通過比較，本設(shè)計(jì)采用方案二。根據(jù)本課題要求，所設(shè)計(jì)的功率放大器應(yīng)由以下幾部分組成：直流穩(wěn)壓電源、

9、前置放大及功率放大。1.電源部分采用±24V直流穩(wěn)壓電源。2.信號(hào)放大部分前置放大電路采用低噪聲雙運(yùn)放，分別以相同放大的方式，作為信號(hào)放大。功率放大電路由甲乙類電源互補(bǔ)對(duì)稱電路進(jìn)行功率放大。1.3.2 總體方案框圖+24 功率放大電路前置放大電路直流穩(wěn)壓電源 +24 初步放大 輸入信號(hào) -24 -24圖1.3 總體方案框圖第2章 高保真音頻功率放大器各單元電路設(shè)計(jì)2.1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)基本原理：  變壓部分：通常采用變壓器來實(shí)現(xiàn)；整流部分：一般橋式整流可采用4個(gè)整流二極管接成橋式，也可以也可采用二極管整流橋堆；濾波電路：采用電容濾波即可；穩(wěn)壓電路：可以采用集成穩(wěn)

10、壓電路。圖2.1直流穩(wěn)壓電源原理圖2.2 前置放大級(jí)設(shè)計(jì)前端放大功能是完成小信號(hào)的電壓放大任務(wù)、提高信噪比。失真度和噪聲對(duì)系其統(tǒng)的影響最大，是應(yīng)該優(yōu)先考慮的指標(biāo)。本設(shè)計(jì)采用2個(gè)LM324D運(yùn)放對(duì)電路進(jìn)行兩級(jí)放大，LM324D運(yùn)放具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，短路保護(hù)輸出。第一級(jí)放大倍數(shù)為Av1=1+R5/R4=11，第二級(jí)放大倍數(shù)為Av2=1+R8/R7=11，總體放大倍數(shù)121倍，可有效的對(duì)小信號(hào)進(jìn)行電壓放大。（如圖2.2所示）圖2.2 前置放大器2.3 功率放大器設(shè)計(jì)功率放大器由甲乙類電源互補(bǔ)對(duì)稱電路構(gòu)成，可有效的克服交越失真，Q3組成前置放大級(jí)，Q1和Q2組成互補(bǔ)輸出級(jí)。靜態(tài)時(shí)，在D1、D2上產(chǎn)生的

11、壓降為Q1、Q2提供了一個(gè)適當(dāng)?shù)钠珘?，使之處于微?dǎo)通狀態(tài)。由于電路對(duì)稱，有信號(hào)時(shí)，由于電路工作在甲乙類，即使輸入電壓很小，基本上可線性的進(jìn)行放大。因此這種激勵(lì)方法增益高，失真小，使輸出獲足夠的激勵(lì)，故輸出功率大，效率高。（如圖2.3所示）圖2.3功率放大器第3章 高保真音頻功率放大器整體電路設(shè)計(jì)3.1 整體電路圖及工作原理220V市電經(jīng)變壓器、整流、濾波輸出±24V，用此電源來給前置放大電路及功率放大器提供電源。普通信號(hào)經(jīng)由輸入端輸入到前置放大電路，通過2級(jí)同比例放大電路進(jìn)行前置放大，完成小信號(hào)的電壓放大任務(wù)，LM324D運(yùn)放具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，短路保護(hù)輸出。第一級(jí)放大倍數(shù)為11，第二

12、級(jí)放大倍數(shù)同為11，總體放大倍數(shù)121倍，可有效的對(duì)小信號(hào)進(jìn)行電壓放大。信號(hào)經(jīng)前置放大初步放大后進(jìn)入后級(jí)功率放大，功率放大采用射級(jí)輸出，其電壓增益為1，輸出的電壓將保持不變；可對(duì)電流進(jìn)行放大，從而輸出電流增大，導(dǎo)致功率放大。（如圖3.1所示）圖3.1整體電路圖 3.2 電路的參數(shù)計(jì)算與選擇3.2.1 輸入級(jí)參數(shù)的計(jì)算與選擇 輸入級(jí)選擇2級(jí)LM324D對(duì)電路進(jìn)行前置放大。電壓增益Av：根據(jù)虛短和虛斷的概念：Vp=Vn，Ip=In=0，Vi=Vp=Vn=Vf=【R4/（R4+R5）】Vo，從而可得電壓增益為Av1=（R4+R5）/R4=1+R5/R4=1+10K/1K=11；Av2=（R7+R8）

13、/R7=1+R8/R7=1+10K/1K=11；Av=Av1*Av2=11*11=121。輸出級(jí)參數(shù)的計(jì)算與選擇 輸出級(jí)選擇甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路進(jìn)行功率放大。輸入信號(hào)Vi，經(jīng)放大倍數(shù)為121的兩級(jí)同比例放大電路放大后輸出電壓Vo1=121*Vi，因功率放大電路部分是采用射級(jí)輸出，電壓增益接近為1，所以輸出電壓Vo=Vo1=121*Vi；輸出功率Po=(Vo*Vo)/R3。3.3 電路的仿真結(jié)果仿真時(shí)，前端輸入電壓為70mV頻率為1000HZ的小信號(hào)圖3.2整體電路仿真圖圖3.3 整體電路仿真波形圖輸入電壓為90mv頻率為1000HZ的小信號(hào)。圖3.4整體電路仿真波形圖當(dāng)輸入信號(hào)為70mV 100

14、0HZ的低電壓小信號(hào)，理論P(yáng)o=Vo2/R3=9W。電路由Multisim仿真后，電路輸出電壓最大值為10V。所以Po.=（Vomax/21/2）2/R3=Vomax2/2R3=7W。當(dāng)輸入信號(hào)為90mV 1000HZ的低電壓小信號(hào)，理論P(yáng)o=Vo2/R3=15W。電路有Multisim仿真后，電路輸出電壓最大值為13V。所以Po.=（Vomax/21/2）2/R3=Vomax2/2R3=10.6W。因此該電路額定輸出功率Po>=10W，符合設(shè)計(jì)要求。第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)通過方案對(duì)比選出如下方案。220V市電經(jīng)變壓器、橋式整流、濾波以及運(yùn)放輸出±24V，用此電源來給前置放大電

15、路及功率放大器提供電源。普通信號(hào)經(jīng)由輸入端輸入到前置放大電路，通過2級(jí)同比例放大電路進(jìn)行前置放大，完成小信號(hào)的電壓放大任務(wù)，LM324D運(yùn)放具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，短路保護(hù)輸出。第一級(jí)放大倍數(shù)為Av1=1+R5/R4=11，第二級(jí)放大倍數(shù)同為11倍，總體放大倍數(shù)121倍，可有效的對(duì)小信號(hào)進(jìn)行電壓放大。信號(hào)經(jīng)前置放大初步放大后進(jìn)入后級(jí)功率放大，功率放大采用射級(jí)輸出，其電壓增益為1，輸出的電壓將保持不變；可對(duì)電流進(jìn)行放大，從而輸出電流增大，導(dǎo)致功率放大。采用LM324D運(yùn)放,LM324適合于電源電壓范圍很寬的電電源使用，也適合用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包

16、括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單雙電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。具有短路保護(hù)輸出、內(nèi)部補(bǔ)償功能、電壓增益高、單位增益頻帶寬等特點(diǎn)。通過Multisim仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真后，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，完成本設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第五版）北京：高等教育出版社，2006.12周亦武編著放大電路指南 福建科學(xué)技術(shù)出版社2004.103童建華主編音響設(shè)備技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社，2004.94王靜波編著電子技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)北京：電子工業(yè)出版社，2011.115黃永定主編音響技術(shù)及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.96陳汝全主編電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1994.67周惠潮編著常用電子器件及典型應(yīng)用北京：電子工業(yè)出版社，2007.48邱關(guān)源編著電路北京：高等教育出版社，2006.59何希才編著新型穩(wěn)壓電源及應(yīng)用實(shí)例北京：電子工業(yè)出版社，2004.1附錄I 總體電路圖附錄II 元器件清單元器件名