小功率音频放大器设计CADWord格式文档下载.docx
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早期的放大器几乎全用锗管来制作,但由于锗管工艺上的一些原因,使得放大器中所用的晶体管,尤其是功放管性能指标不易做得很高,例如,共发射极截止频率fh的典型值为4kHz,大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。
这样,放大器的频率响应也就很狭窄,其3dB截止频率通常在10kHz左右,大大影响了音乐中高频信号的重现。
再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约,制作较大功率的OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子,所以不得不采用变压器耦合输出。
变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难,谐波失真得不到充分的抑制,因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。
“还是胆机规声”,这种看法的确事出有因。
1.2晶体管功放的发展和互调失真
随着半导体工艺的逐渐成熟,大电流、高耐压的晶体管品种日益增加,越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的OCL电路或OTL电路(图一)。
最初的大功率PNP管是锗管,而NPN管是硅管,两者的特性差别非常显著,电路的对称性很差,人们更多采用的是图二所示的准互补电路,通过小功率硅管Q1与一只大功率的NPN硅管Q2复合,得到一只极性与PNP管类似的大功率管,降低了电路因对称性差而招至的失真。
尽管电子管的拥护者仍大量存在,人们毕竟能够比较公正地看待晶体管放大器了,认为晶体管机频响宽阔,层次细腻,与电子管机比较起来有一种独特的舱力,而不是简单的谁取代谁的问题。
2、音频放大器的设计
功率放大器不仅仅是消费产品(音响)中不可缺少的设备,还广泛应用于控制系统和测量系统中。
2.1设计要求:
(1)输出功率:
1~2W;
(2)负载阻抗:
8~16Ω;
(3)通频带Δfs:
为100Hz~10kHz
(4)音调控制要求:
放大器增益0~40dB可调
(5)灵敏度:
话筒输入:
输入信号幅度:
Vp-p=10~50mV。
2.2设计过程
2.2.1总体方案:
甲类功放的主要优点就是电路简单易行,非线性失真小,适用于小功率的线性音频放大器,现在甲类功放主要用在高档功放产品中。
而乙类功放与甲类功放最主要的不同点就是静态电流小,因此无信号时消耗功率小,可获得较高的效率;
但是,乙类功放在工作时,由于两只晶体管交替导通与截止,因而,在两管输出信号波形的衔接处,会产生交越失真;
而且功放管在从反偏到零偏再转为正偏转换时,随着信号频率升高,输出信号就会在时间上延迟,出现所谓的开关转换失真。
因此,在实际Hi-Fi高保真放音系统中,一般不采用乙类功放,而采用线性失真小的甲类功放或甲乙类功放。
甲乙类功放是通过改变偏置的方法来减少交越失真,它将甲类功放的高保真度与乙类功放折衷,从而在一定程度上解决了上述效率高与失真大之间的矛盾。
而且甲乙类功放的效率可达到78.5%,故本次设计采用甲乙类功放。
通过对设计要求和设计方案的分析,本课题采用LM1875作为功率放大器。
图1系统组成框图
确定各级的增益分配
放大倍数Vs.dB数0dB:
一般将信号电平(0dB)即0.775V作为衡量放大器灵敏度的参考标准。
5mV的dB数为:
。
因为采用的集成芯片LM1875,其输出功率为20W,则负载上的电压:
为
又话筒输入为5mV,则整个电路的增益为20lg(13/0.005)=68dB。
考虑到音调级必要的衰减,增益为-2dB左右。
所以取整个电路的增益为70dB。
则各级的增益如下:
*功放级:
26dB(厂家给定的)
*音调控制级:
-2dB。
*前置放大级:
44dB。
2.2.2元电路的设计
(1)前置放大级
①电路形式的选择
由于信号远输入的信号幅度较小。
不足以推动以后的功放电路。
因此要用电压放大电路对信号输入的音频信号电压进行放大。
其中第一级实际上是一个电压跟随器,它提高了带负载的能力
图2前置放大器电路图
电路中二极管D1作用是:
当线路输入是0.775V时,D1导通,此时LF353
(2)也为一个电压跟随器,信号不经过放大直接到音调控制级的输入端。
当输入为5mV时,不足以让二极管导通,此时LF353
(2)为放大器,信号将放大160倍后到音调控制级的输入端。
②集成运放的选择
因为Auf2=160,根据通频带20HZ–20KHZ,其上线频率为20KHZ,则集成运放的放大倍数带宽积应满足下列关系:
GB≥Auf2fh=180*20KHZ=3.2MHZ
从运放的资料手册中可查出LF353的单位放大倍数带宽GB=4MHZ,满足要求。
③各元件的参数选择和计算
电路中电容C11是用作噪声去耦合的,可以用小体积大容量的钽电容
或普通电解电容,一般选为10μF,R11可选用较大的电阻,取1MΩ,电阻R12取10K,LF353构成的是放大倍数为160的电压放大电路,同相交流放大电路的平衡电阻可尽量选得大一些,一般为10K以上,这样有利于提高放大电路的输入电阻,由于输入电阻为47K,故选RP2的阻值为47K,R21取1K,耦合电容C12为10μF。
由Auf2=1+R23/R22及R21=R23//R22,Auf2=180可得R21=R22=1K,R23=160K。
C21,C22,C23,C24,主要用于电源旁路滤波,一般C21,C23用电解电容,其值为220μF,C22,C24用普通的电容,一般取值为22μF。
LF353的电源为±
15V的直流稳压电源。
(2)调控制级
音调控制器主要是控制,调节音响放大器的幅频特性,他只对低频与高频的增益进行提升与衰减,中音频的增益保持0dB不变。
因此,音调控制器的电路可以由低通滤波器和高通滤波器构成。
由运算放大器构成的音调控制器,电路调节简单,元器件少,因此,我们选用这种电路形式。
图3音调控制级电
图中,电位器
用来调节音量的大小,即为音量控制电路。
设电容C31=C32>
>
C33,在中,底音频区,C33可视为开路,在中,高音频区,C31,C32可视为短路。
(3)功率放大级
电路形式的选择:
芯片选用LM1875,而一个LM1875的输出功率最大只能达到20W,已能满足本课题的设计要求,故本设计采用单片LM1875。
如果要把输出功率提高到50W,可选择BTL电路。
2.3元件参数的计算与选取
2.3.1反馈网络电阻值的选取
LM1875的增益为26dB,即有:
所以有:
,通常取
=1K左右,则
=20K。
3.3.2隔直电容
,
应满足在下限频率上(
)的容抗远小于R1,取
=
=10μ。
电源旁路电容:
,
3、LM1875的简介
3.1M1875的参数简介
LM1875采用TO-220封装结构,形如一只中功率管,体积小巧,外围电路简单,且输出功率较大。
该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。
LM1875主要参数:
电压范围:
16~60V
总态电流:
50mA
输出功率:
25W
谐波失真:
<0.02%,当f=1kHz,RL=8Ω,P0=20W时
额定增益:
26dB,当f=1kHz时
工作电压:
±
25V
转换速率:
18V/μS
3.2LM1875的工作原理:
LM1875功放板由一个高低音分别控制的衰减式音调控制电路和LM1875放大电路以及电源供电电路三大部分组成,音调部分采用的是高低音分别控制的衰减式音调电路,其中的R02,R03,C02,C01,W02组成低音控制电路;
C03,C04,W03组成高音控制电路;
R04为隔离电阻,W01为音量控制器,调节放大器的音量大小,C05为隔直电容,防止后级的LM1875直流电位对前级音调电路的影响。
放大电路主要采用LM1875,由1875,R08,R09,C06等组成,电路的放大倍数由R08与R09的比值决定,C06用于稳定LM1875的第4脚直流零电位的漂移,但是对音质有一定的影响,C07,R10的作用是防止放大器产生低频自激。
本放大器的负载阻抗为4→16Ω。
为了保证功放板的音质,电源变压器的输出功率不得低于80W,输出电压为2*25V,滤波电容采用2个2200UF/25V电解电容并联,正负电源共用4个2200UF/25V的电容,两个104的独石电容是高频滤波电容,有利于放大器的音质。
3.3LM1875的电路特点
LM1875功率较TDA2030及TDA2009都为大,电压范围为16~60V。
不失真功率为20W(THD=0.08%),THD=1%时,功率可达40W(人耳对THD<
10%一下的失真没什么明显的感觉),保护功能完善。
一个不错的选择。
其接法同TDA2030相似,也有单双电源两种接法。
LM1875是美国国家半导体器件公司生产的音频功放电路,采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。
如图1所示,该集成电路在±
25V电源电压RL=4Ω可获得20W的输出功率,在±
30V电源8Ω负载获得30W的功率,内置有多种保护电路。
广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备,具有体积小、输出功率大、失真小等特点。
电路特点:
(1)列5脚直插塑料封装,仅5只引脚。
(2)环增益可达90dB。
(3)低的失真,1kHz,20W时失真仅为0.015%。
(4)AC和DC短路保护电路。
(5)温保护电路。
(6)峰值电流高达4A
(7)宽的工作电压范围(16-60V)。
(8)内置输出保护二极管。
(9)接元件非常少,TO-220封装。
(10)输出功率大,Po=20W(RL=4Ω)。
4、电路设计
4.1典型应用电路
音频功率放大器的典型应用电路分为两种:
一种为单电源供电,另一种为双电源供电。
两种典型应用电路电路图如下:
图10单电源接法图11双电源接法
LM1875单电源供电与双电源供电的基本工作原理相同,不同之处在于:
单电源供电时,采用R1、R2分压,取1/2VCC作为偏置电压经过R3加到1脚,使输出电压以1/2VCC为基准上下变化,因此可以获得最大的动态范围。
但在本课题中,我们希望能对音频放大器的音量和音频进行调节,即得到更理想更直观的设计,在此次设计中采用双电源供电的方法。
4.2双电源音频功率放大器原理图
综合以上讨论,利用protel99软件画出双电源音频功率放大器原理图:
图12双电源音频功率放大器原理图
4.3双电源音频功率放大器PCB图
在电路原理图的基础上,绘制PCB图如下:
图13双电源音频功率放大器PCB图
5、总结
完成这次设计收获很多,不但进一步掌握了模电的知识及一门专业仿真软件的基本操作,还提高了自己的设计能力及动手能力。
更多的是看清了自己,明白了凡事需要耐心,实践是检验真理的唯一标准。
理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。
这将有助于我今后的学习,端正自己的学习态度,从而更加努力的学习。
只有这样我们才能真正的去掌握它,而不是只懂得一点皮毛。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
对我而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。
参考文献
[1]夏路易:
《电子电路EDA》,兵器工业出版。
[2]萧宝瑾:
《电路CAD讲义》,太原理工大学。
[3]曾广兴:
《现代音响技术应用》,广东科技出版社,1997年3月。
[4]张平:
《关于音频功率放大器的应用》,《安阳大学学报》,2002年02期。
[5]吴振平:
《实用声电技术》,中国铁道出版社,1984年11月。
[6]龚伟:
《音频放大器控制方式综述》,重庆大学报,2003年02期。
[7]黎明:
《电子质量》,2002年02期。
[8]华成英:
《模拟电子技术基础》[M],北京高等教育出版社,2001。
[9]姚福安:
《音频功率放大器设计》,山东大学学报,2003年06期。
[10]牟小令:
《高效率音频功率放大器》,西南师范大学学报,2003年01期。
[11]马建国:
《电子系统设计》,高等教育出版社。
[12]曲荣:
《收音机电平指示电路锦集》
[13]方佩敏:
《音频功率放大器》,《电子世界》,2003年08期。
[14]何希才:
《实用电子电路400例》,电子工业出版社
[15]陈伟鑫:
《新型实用电路精选指南》,电子工业出版社
[16]谢自美:
《电子线路设计实验测试》,华中科技大学出版社
[17]康华光:
《模拟电子技术基础》高等教育出版社.
[18]牟小令:
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