音响放大器设计

word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑音响放大器设计学习要求学习要求了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法；掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术一、音响放大器的基本组成话音放大器由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。抗。21RRAFVFRi=R1（R1一般取几十千欧。）耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定，一般取C1C3(3~10)12RLfL反馈支路的隔直电容C一般取几微法。混合前放大器音响放大器的性能主要由音调控制器与功率放大器决定，下面详细介绍这两级电路的工作原理及其设计方法。3、音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成设电容C=C>>C，在中、低音频区，C可视 1 2 3 3为开路，作为低通滤波器；在中、高音频区，C、C可视为短路，作为高通滤波器。 1 2①当f<f0时当RP1的滑臂在最左端低频时，对应于提升最大的情况分析表明，图(a)所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其增益函数的表达式为AjVoRP1R21(j)/2 Vi R1 1(j)/1式中，式中，)π2/(1)(/121L1211CRPfCRP或)π2/()()(/)(22121L2221212CRRPRRPfCRRPRRP或当f<fL1时，C2可视为开路，运算放大器的反向输入端视为虚地，R4的影响可以忽略，此时电压增益121VL/RRRPA在f=fL1时，因为fL2=10fL1，故可由式得AjVVoRP1R1R211((jj))//12,AV1RP1R1R2110.j1j121V1R2/121V1R2/)RRP(AVL在f=fL2时，由式(3-7-2)得j101j1121V2RRRPA模VL121V214.0102ARRRPA,此时电压增益相对AVL下降17dB。当RP滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的1情况同理可以得出图(b)所示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。②当f>f时0音调控制器的高频等效电路如图所示音调控制器的高频等效电路如图所示C1、C2可视为短路，作为高通滤波器。将C、C视为短路，R与R、R组成星形连接，将其转换成三角形连接后的电路 1 2 4 1 2如图所示如图所示若取R1=R2=R4，则Ra=Rb=Rc=3R1=3R23=R4图(a)为RP2的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大的情况同理可以得出图同理可以得出图(b)所示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。实际应用中通常先提出对低频区fLx处和高频区fHx处的提升量或衰减量x)(dB，再根据下式求转折频率fL2(或fL1)和fH1(或fH2,)即6LL22xxff,6HH12xxff4、功率放大器功率放大器(简称功放)的作用是给音响放大器的负载RL(扬声器)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大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。(1)LA4100~LA4102集成音频功放(2)集成功放的典型应用图3.7.13LA4100接成OTL电路(2)集成功放的典型应用--外部元件的作用①RF、CF与内部电阻R11组成交流负反馈支路，控制功放级的电压增益AVF，即F1111VF/1RRRRAF②C为相位补偿电容。C减小，带宽增加，可消除频自激。CB一般取十皮法至几百皮法。③C为OTL电路的输出端电容，两端的充电电压等V/2，C一般取耐压值远大于V/2的CC C CC几百微法的电容。C为反馈电容，消除自激振荡，C一般取几D D百皮法。C为自举电容，使复合管T、T的导通电H 12 13流不随输出电压的升高而减小。C、C可滤除纹波，一般取几十微法至几3 4百微法。C为电源退耦滤波，可消除低频自激。二音响放大器主要技术指标及测试方法额定功率音响放大器输出失真度小于某一数值(如<5%)时的最大功率称为额定功率。其表达式为 PoVo2RL式中，RL为额定负载阻抗；Vo(有效值)为RL两端的最大不失真电压。Vo常用来选定电源电压VCC,Vcc22Voword文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑测量P的条件如下：o信号发生器的输出信号(音响放大器的输入信号)的频率f=1kHz，电压V=5mV，音调控制器的两个电位RP、RP置中间位置，音量控制电位器置于最值v及v的波形，失真度测量仪监测v的波形失。 o o注意在最大输出电压测量完成后应迅速减小V，否则i会因测量时间太久而损坏功率放大器。测量P的步骤是：o功率放大器的输出端接额定负载电阻R(代替扬声器)，逐渐增大输入电压V，直到v波形刚好不出现削波失真(或<3%)此时对的输出电压为最大输出电压，由式(3-7-22)即可算出额定功率P。音调制特性输入信号v(=100mV)从音调控制级输入端的耦合v从输出端的耦合电容引出。先测1kHz处的电增益A(A=0dB)，v0 v0再分别测低频特性和高频特性。同样，测高频特性是将RP的滑臂分别置于最左2端和最右端，频率从1kHz至50kHz变化，记下对应的电压增益。最后绘制音调控制特性曲线，并标注与f、fx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fHx、fH2等频率对应电压增益。频率响应放大器的电压增益相对于中音频f(1kHz)的电压增益下降3dB时对应低音频截止率f和高音频截止频率f，称f~f为 H L H测量条件同上，调节RP使输出电压约为最3大输出电压的50%。测量步骤是：音响放大器的输入端接v(等于5mV)，RPi 1和RP置于最左端，使信号发生器的输出频率f2 i从20Hz至50kHz变化(保持v=5mV不变)，测出负载电阻R上V，用半对数坐上标注fL与f值。入阻抗将从音响放大器输入端(话音放大器输入端)看进去的阻抗称为输入阻抗R。如果接高阻话筒，则R远大于20k。接电唱机，R应远大于500k。R的测方法与放大器的输入阻抗测量方法相同输入灵敏度使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压(有效值)称为输入灵敏度V。测量条件与额定功率的量相同，测量方法是，使V从零开始逐渐增大，直到V达到额定功此时对应V值即为i输入灵敏度。噪声电压音响放大器的输入为零时，输出负载R上的电L压称为噪声电压V。测量条件同上测量方法是，使输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观测输出负载R两端的电压波形，用交流毫伏表测量其有整机效率 Po/PC100%word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑式中，P为输出的额定功率；P为输出额定功率o C时所消耗的电源功率。三、设计举例设计要求：设计一音响放大器，要求具有音调输出控制、卡拉OK伴唱，对话筒与录音机的输出信号进行扩音。已知条件+V=+9V，话筒(低阻20)的输出电压为CC5mV，录音机的输出信号电压为100mV。电子混响延时模块1个，集成功放LA41021只，8/2W负载电阻R1只，8/4W扬声器1只，集成运放LM324只（或A7413只）。主要技术指标额定功率P≥1W(<3%)；o负载阻抗R=8；截止频率f=0Hz，f=10kHz； L H音调控制特性1kHz处增益为0dB，100Hz和10kHz处有±12dB的调节范围，A=A≥ VL VH20dB；话放级输入灵敏度话放级输入灵敏度5mV；输入阻抗Ri>>20。设计过程确定整机电路的级数根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前级逐级计算根据技术指标要求，音响放大器的输入为5mV时，输出功率大于1W，则输出电压VoV>=2.8。总电压增益AvΣ=Vo/Vi>560倍(55dB)。(1)功率放大器设计功放级的电压增益33F114VRRAR11=20K(1)功率放大器设计如果出现高频自激(输出波形上叠加有毛刺)，可以在13脚与14脚之间加0.15F的电容，或减小CD的值。(2)音调控制器(含音量控制)设计已知fLxHz=100，fHx=10kHz，xdB=12。由式(3-7-16)、(3-7-17)得到转折频率viV+9＋C42220FC43220FC44100FC41＋964.7F14＋1012131＋220FCH＋－LA4102＋CC470F/25VRL8pF56051pFCB345RF600＋CF33F＋A4*CDfL2及fH1；fL2=fLx*2x/6=400Hz，则fL1=f/10=40Hz；f=f/2x/6=2.5kHz， L2 H1 Hx则f=10f=25kHz。 H2 H1由式(3-7-5)得A=(RP+R)/R≥20dB。其VL 31 32 31中，R、R、RP不能取得太大，否则运放漂移不但也不能太小，否则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一般取几千欧姆至几百千欧姆。现取RP=470k，31R=R=47k，则AVLRP31R32R311120.8dB31 32 由式(3-7-3)得 1 C32 0.008uF取标称值0.01F，即2RP31fL1C31=C32=0.01F。由式(3-7-9)得R34=R31=R32=47k，则Ra=3R4=141k由式(3-7-15)得R=R/10=14.1k取标称值13k由式(37-1)得 1 33H2 470pF取RP=RP=470k，RP=10k，级间耦合与隔电容=C=10F 34 35(3)话音放大器与混合前置放大器设计图3.7.18所示电路由话音放大与混合前置放大两级电路组成。其中A1组成同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数dB5.185.811112VlRRA四、电路安装与调试技术1.合理布局，分级装调音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。3.电路调试技术电路的调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性能指标测试。分级调试又分为静态调试与动态调试。静态调试时，将输入端对地短路，用万用表测该级输出端对地的直流电压。话放级、混合级、音调级都是由运算放大器组成的，其静态输出直流电压均为VCC/2，功放级的输出(OTL电路)也为VCC/2，且输出电容CC两端充电电压也应为VCC/2。动态调试是指输入端接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，并测量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元器件数值是否合乎要求，否则是不会出现很大偏差的。单级电路调试时的技术指标较容易达到，但进行级联时，由于级间相互影响，可能使单级的技术指标发生很大变化，甚至两级不能进行级联。产生的主要原因：一是布线不太合理，形成级间交叉耦合，应考虑重新布线；二是级联后各级电流都要流经电源内阻，内阻压降对某一级可能形成正反馈，应接RC去耦滤波电路。R一般取几十欧姆，C一般用几百微法大电容与0.1F小电容相并联。由于功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。集成块。内部电路多极点引起的正反馈易产生高频自激，常见高频自激现象如图3.7.19所示。