音响放大器设计

2023/2/3东南大学电工电子实验中心1音响放大器2023/2/3东南大学电工电子实验中心1实验九2023/2/3东南大学电工电子实验中心2一、实验目的1.通过对低频集成功率放大电路的设计、安装和调试，掌握功率放大器的工作原理；2.熟悉线性集成组件的正确选用和外围电路元件参数的选择方法；3.掌握集成低频功率放大器特性指标的测量方法。2023/2/3东南大学电工电子实验中心22023/2/3东南大学电工电子实验中心3二、相关知识点

在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。2023/2/3东南大学电工电子实验中心4电压放大：不失真地增大输出信号电压幅度，以驱动功放。功率放大：以输出功率为重点，驱动负载。电压放大和功率放大有不同的特点及指标要求，在多级放大器中，电压放大器处于前置级和中间级，而功率放大处在末级（也可能包括末前级），以驱动负载。功率放大器实质上也是能量转换电路，它的主要特点就是工作在大信号状态下。2023/2/3东南大学电工电子实验中心51.主要指标（1）输出功率Po：功率放大器在输出不失真的情况下给出最大的交流输出功率Po。（2）效率η：功率放大器的效率定义为功率放大器的输出信号功率Po直流电源供给功率放大器功率PE之比,用η表示，即：2023/2/3东南大学电工电子实验中心6（3）非线性失真：功率放大器为了获得足够大的输出功率，需要大信号激励，从而使信号动态范围往往超出晶体管的线性区域，导致输出信号失真。因此减小非线性失真，成为功率放大器的又一个重要问题。概括起来说，要求功率放大器在保证晶体管安全运用的情况下，获得尽可能大的输出功率、尽可能高的效率和尽可能小的非线性失真。2023/2/3东南大学电工电子实验中心72.集成功放电路目前集成功放电路已大量涌现,其内部电路一般均为OTL或OCL电路,集成功放除了具有分立元件OTL或OCL电路的优点外,还具有体积小、工作稳定可靠、使用方便等优点,因而获得了广泛的应用。2023/2/3东南大学电工电子实验中心8LM386是一种低电压通用型低频集成功放。该电路功耗低、允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少,广泛用于收录机、对讲机、电视伴音等系统中。3.LM386R1VD22反相输入15kΩV150kΩV5V2150Ω7旁路15kΩ8R21.35kΩ1V6V4V315kΩR3350kΩ同相输入VD1＋ECV7V965输出4地V10增益设定I2023/2/3东南大学电工电子实验中心10当1、8脚开路时,负反馈最深,电压放大倍数最小,此时Auf=20。当1、8脚间接入10μF电容时,

内部1.35kΩ电阻被旁路,负反馈最弱,电压放大倍数最大,此时Auf=200（46dB）。当1、8脚间接入电阻R和10μF电容串联支路时,

调整R可使电压放大倍数Auf在20～200间连续可调,且R越大,放大倍数越小。R1VD22反相输入15kΩV150kΩV5V2150Ω7旁路15kΩ8R21.35kΩ1V6V4V315kΩR3350kΩ同相输入VD1＋ECV7V965输出4地V10增益设定I2023/2/3东南大学电工电子实验中心12LM386典型应用电路图

uiR1C1324C27EC610μF18R25C3R3C4RLLM386－＋LM386的典型应用电路如图所示。

page572023/2/3东南大学电工电子实验中心135脚输出:R3、C3构成串联补偿网络，与呈感性的负载（扬声器）相并,最终使等效负载近似呈纯阻,以防止高频自激和过压现象。7脚旁路:外接C2去耦电容,用以提高纹波抑制能力,消除低频自激。1、

8脚设定电压增益:其间接R2、10μF串联支路,R2用以调整电压增益。当R2=1.24kΩ时,Auf=50。2023/2/3东南大学电工电子实验中心14为了尽可能抑制高频自激，需要尽量加深负反馈10欧姆旁路主要用于滤除高频干扰，这里需要去掉250uF可以用100uF替代7脚可以悬空也可以接旁路电容喇叭在波形测试的时候用8欧姆电阻代替2023/2/3东南大学电工电子实验中心15三、实验内容设计一个音响放大器，要求实现话筒扩音、音量控制、混音功能等功能。

功能要求：话筒扩音、音量控制、混音功能

额定功率：>=0.5W(失真度THD≤10%)

负载阻抗 ：8Ω

频率响应 ：fL≤50Hz，fH≥20kHz

输入阻抗 ：20kΩ

话音输入灵敏度：<=5mV2023/2/3东南大学电工电子实验中心16三、实验内容2023/2/3东南大学电工电子实验中心17三、实验内容1)话音放大器：话筒的输出信号：<=5mV话音放大器放大倍数：>10输入阻抗≥

20K带宽：50Hz——20kHz电容采用10uF~50uF用信号源作为输出时左侧的4.7K上拉电阻可以不接2023/2/3东南大学电工电子实验中心19三、实验内容2)混合前置放大器混合前置放大器的作用是将放大后的话音信号与LineIn信号混合放大，起到了混音的功能。（LineIn信号可以用一般的MP3输出）LineIn：100mV信号如何合成：同相加法电路2023/2/3东南大学电工电子实验中心20三、实验内容2)电路级联直接级联阻容耦合级联（10~50uF）2023/2/3东南大学电工电子实验中心21三、实验内容3)功率放大作用是给音响放大器的负载提供一定的输出功率当负载一定时，希望输出的功率尽可能的大输出信号的线性失真尽可能的小效率尽可能的高设计指导——增益分配根据输出功率要求和负载计算输出电压VO输出功率：>=0.5W负载：8Ω对应输出电压：Au>400LineIn：<=100mV参考方案设计指导——增益分配A=10A=10~20A=4前->后后->前功率放大器带负载后，容易让电路产生自激，电路级数越多越严重，不适合最后加入优先搭接功率放大器再搭接混合前置放大器最后加入话音放大器搭接顺序调试顺序：先空载测试、再带负载测试输入正弦波信号，观察输出波形，计算放大倍数输入信号有效值从小到大输入信号频率从第到高（1K~20K）功率放大器容易出现的问题带负载后放大倍数略低于理论值低频自激功率放大器调试方法大电流时，电源纹波造成的低频干扰在电源和地之间并联一个10uF~50uF电容并联位置尽量靠近LM386电源口低频自激先把其中某一个输入接地，在另一个输入接入100mV正弦波信号通过10~50uF电容把混合放大器与功率放大器耦合耦合后测试先空载测试、再带载测试频率从1K~20K增加输入信号幅度，直到输出有效值>2V耦合后可能会出现的问题放大倍数衰减很厉害：适当增加混合放大器放大倍数，调整耦合电容容值高频自激混合放大器调试方法高频自激是多级放大器最容易出现的问题和布局、布线、接地点有关和级间耦合、负反馈深度有关高频自激合理布线是完成本次实验的关键电路占用空间尽量小、信号从左到右尽量少用导线，导线一定要贴着面包板安装导线不要交叉、信号流向一致、不要出现回路电源线、地线尽可能短各级电路接地点尽量少，正电源接入点、接地点尽可能靠近功放电路可以在各级电路的正负电源和地之间都并联电容，保证低频自激的尽量排除高频自激先单独测试，通过后再通过电容耦合到混合放大器测试话音放大器和混合放大器是否能同时工作接入3~5mV有效值正弦波信号混合放大器不用的输入端接地观察输出、计算放大倍数联合三级电路进行调试先空载测试、再带载测试频率从低到高幅度从低到高，直到2V有效值以上话音放大器音调控制器的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。1KHz：0dB125Hz：+-12dB8KHz：+-12dB可调带阻滤波器音调控制低、中频区C4开路中频区C2、C3电抗适中低频区C2、C3电抗很大高频区C2、C3短路R6控制低音增益R7控制高音增益音调控