音频功率放大器的设计毕业论文

功率放大器的使用与维修摘要本次课程设计题目为音频功放，简称音频功放，音频功放主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放。设计中主要选用OP07进行音频放大器的设计，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。设计中的音频功放主要由直流稳压电源、前置放大电路、二级放大电路和功率放大电路组成。前置放大电路选用了反相比例运算放大器，二级放大电路用一个低通滤波器和一个高通滤波器组成一个带通滤波器，功率放大电路选用了OCL电路。直流电源选用桥式电路进行整流，输出则选用了三端集成稳压器。设计中选用protues对电路进行仿真。对前置放大电路和二级放大电路进行了输入、输出分析和频率响应分析。对功率放大电路进行了输入和输出功率分析。对直流电源进行了输出电压验证。最后对总电路进行了输入、输出分析、频率响应分析、噪声分析和傅里叶分析。关键词：OP07音频功放ProteusAbstractThecurriculumdesignentitledtheaudiopoweramplifier,referredtoasaudioamplifier,audiopoweramplifierismainlyusedtopromotethespeakersound,andwherethesoundofelectronicproductstobeusedinaudioamplifier.ThemaindesignusingtheOP07audioamplifierdesign,theOP07chipisalow-noise,non-chopper-stabilizedbipolaropampIC.OP07hasverylowinputoffsetvoltage,OP07inmanyapplicationsdonotrequireadditionalzeromeasures.ThedesignofaudiopoweramplifierbytheDCpowersupply,preamplifiercircuit,twoamplificationcircuitandpoweramplifiercircuit.Preamplifiercircuitusingareversed-phaseproportionofopamp,twoamplifierwithalow-passfilterandahigh-passfiltercomposedofabandpassfilter,poweramplifierOCLcircuit.TheDCpowerbridgecircuitrectifier,theoutputusesathree-terminalintegratedvoltageregulator.Thedesigntoadoptprotuessimulatethecircuit.Preamplifierandtwoamplifierinput,outputandfrequencyresponseanalysis.Poweramplifierinputandoutputpoweranalysis.ValidationoftheoutputvoltageofDCpower.Finally,thetotalcircuitinput-outputanalysis,frequencyresponseanalysis,noiseanalysisandFourieranalysis.Keywords:OP07audiopoweramplifierProyeus目录第一章绪论第一章音频放大器的概述 61.1音频功放的介绍 71.1.1A类(甲类)功放 71.1.2B类(乙类)功放 71.1.3AB类(甲乙类)功放 71.1.4C类(丙类)功放 81.1.5D类(丁类)功放 81.2放大器的技术指标 8第二章音频功放的设计 152.1设计方案分析 152.2前置放大电路设计 152.3二级放大电路设计 172.2.1低通滤波器设计 172.2.2高通滤波器设计 192.2.3二级放大电路电路设计 212.4功放设计 22第三章音频功率放大器的常见故障分析与维修3.1功率放大器的使用点……….3.2功率放大器的简单故障排除…………………总结 41参考文献 42致谢 43PAGE11第一章绪论随着科学技术的迅速发展，人们的生活水平不断的提高，对功率放大器的需求越来越高。电路技术日益显示出其重大的作用，工农业生产，科学研究，商贸金融，社会管理及至人们的日常生活等都离不开电路技术。机械，材料，信息，微电子，生物，能源，测控，仪器仪表，航天，海洋等几乎所有的科学和技术领域都与电路技术密切相关。因此掌握一定实用电路知识，不仅电专业人员的需要，而且是几乎所有专业人员和使用者的需要。第一章音频放大器的概述1.1音频功放的介绍晶体管声频功放的电路形式跟着晶体管器件的发展，输出功率提高，失真度的降低，瞬态特性的改善，经历很大程度的变革。按照电流导通角的大小可分为A类(甲类)、AB类(甲乙类)、B类(乙类)、C类(丙类)和D类(丁类)功放。1.1.1A类(甲类)功放A类(甲类)功放电流导通角θ=180°，理想效率为50%，一般适用于小信号电压放大器。A类功放的主要特点是：具有较好的线性特性、失真小、但它效率太低，仅有50%,实现大功率化困难较大。1.1.2B类(乙类)功放B类(乙类)功放电流导通角θ=90°，理想效率为78.5%。B类功放的主要特点是：B类放大器输出级的晶体管只有在信号的半个周期内导通，为了对整个信号进行放大，必须选用一对晶体管，每个晶体管只工作在信号的半个周期，也就是一个用于正输出信号，另一个用于负输出信号，由于选用两个晶体管始终处于由通到断的过程，难免存在交越失真现象。1.1.3AB类(甲乙类)功放AB类(甲乙类)功放电流导通角90°<θ<180°，理想效率为50%<η<78.5%。AB类(甲乙类)放大器结合了A和B类放大器的结构特点，在电路中对输出晶体管进行偏置，使它在小信号时，两个晶体管均保持在有效的工作状态，类似与A类放大器；在大信号时，两个晶体管相对于信号波形的正半周与负半周，各自分别工作在相应的通断状态，类似与B类放大器。AB放大器的效率大于A类放大器，失真小于B类放大器。目前，在国内应用最多，特别是近20年来，由于有效的的解决了瞬态互调失真等问题，电路结构趋于合理。1.1.4C类(丙类)功放C类(丙类)功放电流导通角θ<90°，理想效率η>78.5%。C类功放的主要特点是：处在C类状态时，放大器的电流波形有较大的失真，因此只能用调谐回路作为负载，以滤除谐波分量，选出信号基波，从而消除失真。1.1.5D类(丁类)功放D类放大器亦称数字放大器或开关放大器，它工作方式是对模拟信号进行脉冲调制（PWM），D类(丁类)功放功率管处于开关状态，理想效率为90%～100%。D类放大器的特点：1．具有很高的效率，通常情况下能够达到85%以上。2．体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。3．低失真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。1.2放大器的技术指标评价一个设备或功放系统是不是满足高保真要求，一般是选用客观指标测试以及主观听音评价结合在一块的办法，同时以客观测试指标为重要依据。音频功放的技术指标，主要包括输出功率、信噪比、瞬态响应、频率特性、还有非线性失真等。它中，频率特性、输出功率等，通常情况下作为静态特性指标，因为都是用稳态信号测量的。而非线性失真和瞬态特性等，就为动态特性指标，因为都是用非稳态信号测量得到的。1、额定功率：音响功放输出失真度低于某一值(r<1%)的最大功率则为额定功率，它表达式；Po=Uo2/RL(1-1)Uo是负载两边的最高不失真电压，RL是额定负载阻抗。测量条件为：信号发生器的输出频率是1kHz，电压为Ui=20mV的正弦信号。功放的输出端连接额定负载的电阻RL(替代扬声器)，输入端连接Ui，慢慢调大输入的电压Ui；一直到Uo的波形正好没有谐波失真(r<1%)时，此时输出电压对应的是最大输出电压。为了避免损坏功放，测量之后便迅速调小Ui，。2、频率响应：音频功放的频率特性是一个物理量，来反映它对不一样信号频率放大能力的。振幅频率特性，习惯把它称为幅频特性或频率响应(简称频响，它通常情况下选用输出电平跟频率变化的关系曲线来描述。在说明音频功放的频率特性时，必须有两点要明确，即：一是有效频率范围。频率范围为20Hz～20kHz，则全面反映出这个功放的频率特性指标。对于音频功放的频率特性指标而说，它有效频率范围越宽，而且在这个频率范围内相对参考电平的不均匀度越小。就说明这个音频功放的频率特性指标就越好。放大器的电压增益和中音频fo(1kHz)的电压增益相比下降了3dB时，则对应的低音频率fL和高音频率fH都称放大器的频率响应。3、谐波失真谐波失真为信号通过音频设备后，另外增加的谐波部分。它不是原信号波形中波形变化，我们都希望它不要出现。它值是以另外增加的谐波成分的均方根值与原信号电压的均方根值的百分比来表示。即：（1-2）式子中Ul为正弦波基波电压有效值;U2,Us.⋯Un为2次、3次、n次谐波电压有效值。谐波失真是由于器件或电路工作时的非线性导致的。高保真放大器的谐波失真一般情况下应该在0.05％以下，可达到＜0.01％，则为目前优秀的放大器失真度均。减小放大器谐波失真度的办法有：1、选用fT较高、线性好的放大器件。2、增加适量的电流负反馈或电压3、选用甲类放大，选用优秀的电路，比如全互补输出、双差分放大或全对称4、尽量提高各级对管参数的对称性或一致性等。5、号噪声比信号噪声比(S/N)指信号通过音频设备后增加的各种噪声(比如嘀嘀声、感应交流声、低频呼声等)与指定信号电平的dB差值，或信号幅度与噪声幅度之比，它的值用分贝表示。因为影响信噪比的因素很多，所以增强信噪比就显得很困难。人耳对噪声又很敏感，所以提高信噪比往往成为设计及制作的主攻目标。虽然因素多，但也不是没有办法，除了器件本身的噪声以外、放大器噪声的来源总结出主要有三个途径：地线干扰、空间干扰和电源干扰。为了使用户达到满意，我们应该从以上几点入手。②使用高性能的稳压电源供电。当减小信号源的输出内阻。③使放大级尽可能并联或单独供电。④认真区分模拟地线与数字地线，各级地线分别定线，一点接地。机壳的接地点应通过试验确定。合理布线、尽可能让输入信号引线短。多余4cm长的都应该用屏蔽线，屏蔽层单端接地，小信号放大电路板应远离电源变压器，开关外壳、各电位器应接地。第三章音频功放的设计2.1设计方案分析本次设计的音频功放分为音频放大和直流电源两大部分。可由以下所示框图实现。前置放大器前置放大器二级放大器功率放大器扬声器声源图3-1音频功率放大框图变压器变压器全桥整流电路线性直流稳压电路电源输入220V交流稳压电源输出图3-2直流电源框图将电子设备的音源信号进行放大，然后再经过功率放大，最后去推动扬声器输出，是音频放大电路的主要功能，简单说就是一个扩音器。将220V交流电转换为低压直流电是直流电源部分的主要工作。供放大电路使用电源部分选用线性直流稳压电源，是为了减小电源波动引起的噪声对放大电路的影响，2.2前置放大电路设计声音源的种类有很多种，如电唱机、传声器（话筒）、及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。功放一般的输入灵敏度是一定的，一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器, 这是因为不同的声音源信号直接输入到功放中的话，会出现不能充分发挥功放的作用或功放的输出信号将严重过载失真，从而失去音频放大的意义。所以必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，使它与功放的输入灵敏度相匹配。前置放大电路原理图如图3-4。图3-4前置放大器电路2.3二级放大电路设计二级放大电路的设计的是一个带通滤波器，是由一个低通滤波器和一个高通滤波器组成形成的。2.3.1低通滤波器设计低通滤波器允许低频信号通过,但同时减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。2.4功放设计给音响放大器的负载提供所需要的输出功率是功放的作用。最大输出失真度、不失真功率、效率、频率响应和信噪比是功放的主要性能指标。由于集成功放使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，目前常见的电路结构有OTL型、OCL型。有全部选用分立元件晶体管组成的功放；也有选用集成运算放大器和大功率晶体管构成的功放；跟着集成电路的发展，全集成功放应用越来越多。所以使用非常广泛。第四章大器常见的故障分析与维修3.1功率放大器的使用要点3.1.使用前的注意事项：1、开机前一点要检查电源电压，应保证其工作在220v的正常电压状态。2、请勿堵塞风扇和通风口。3、必须保证机器可靠接地。6、使用同样规格的保险管更换。3.1.2开机前应注意的事项：1、开机前应将音量旋钮调到最小，以防止音量过大时损坏扬声器。在调试满足放映还音声场的要求后，将音量旋钮调制在一定的位置，不在变动。3.1.3输入信号的接线方法通常在功放的背面，设有“卡侬与1/4” TRS插座，可以作平衡输入和非平衡输入接法。至于要选哪一种接法，要看信号源是平衡输出还是非平衡输出，平衡链接的输入阻抗为20kΩ，非平衡的链接的输入阻抗为10kΩ。功放的并接与桥接的功能：当功放输入板的功能开关拨到并接时，功放的两个声道的输入连接在一起，只要在任一声道输入信号，功放的两个声道都输出同一信号；当功放的输入板的开关拨到桥接时，A声道的输入信号经B通道的插座P4，再经R51输入到B声道，B声道就输出一个和A声道幅度相同、相位相反的信号。此时A、B声道共同推动一路扬声器。3.1.4输出信号的接线方法：功放的输出端与扬声器的互联馈线可用裸线头连接背后的接线板上，为了不降低互联网时系统的阻尼系数，互联馈线的电阻值应低于扬声器阻抗的1/20.根据此原则，馈线可选择BVR型聚乙烯绝缘导线，馈线的标称截面积需由馈线的传输距离确定。3.2功率放大器的简单故障排除3.2.1故障现象：功放两声道均无输出故障检查及排除方法：1、前面板的温度及直流保护指示灯不亮的情况下：a、后面板上的音量电位器是否关死，应顺时针旋至中位。B、检查机箱后部限流保险丝是否跳出，若跳出应掀入机箱。C、检查机内主板上的保险丝F1和F2是否燃断。损坏应按照相同规格更换。2、若前面板上的温度及直流保护指示灯显示红色；A打开机盖，可发现机内主板上的发光二极管LD3不亮。测量得知LD3开路引起保护电路动作，进行更换即可。B大功率管损坏，用万用表可测得极间击穿，应更换相同规格的功率管。3.