音频功率放大电路内容新.docx
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音频功率放大电路内容新
第一章、绪论
功率放大器的作用是给音响放大器的负载(扬声器)提供一定的输出概率。
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小,效率尽可能高。
功放常见的电路形式有OTL(OutputTransformerless)和OCL(OutputCapacitorless)电路。
有用集成运算放大器和晶体管组成的功放,也有专用集成电路功放。
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少,电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻或电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。
输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,工作电压范围宽,4-12Vor5-18V,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,且外围元件少。
设计功放电路由输入级、中间级和输出级三部分组成的:
输入级是由100uF的耦合电容及100的电位器组成的,它具有隔直、调节音量及增益的作用;
中间级是由集成运放LM386以及由R1、RV4、C2等组成的可调增益放大电路;
输出级是由低通滤波器及扬声器组成的,其中L1为高频扼流圈;
由于该电路为双声道功率放大器,所以下部分电路与上部分电路完全对称,故电路原理同上。
第二章、系统组成与工作原理
功率放大电路由前置放大器、功率放大器、以及电源部分组成。
如图1所示。
功率放大器的前臵放大器主要作用是电压放大,这部分包括音调控制,音量控制等电路。
功率放大器也叫主放大器,它可以把几十毫伏的信号电压放大到要求的功率。
电源部分的作用是把220V交流电变成低压直流电,供给各级放大电路使用。
Lm386原理与说明:
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少,电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。
输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。
而我们所选用的就是方案三放大器增益为200,很适合我们这次设计的音频放大电路。
LM386集成功率发达器的引脚排列引脚图
1)LM386集成电路的引脚、功能及数据
引脚2:
反相输入端;引脚3:
同相输入端;引脚4:
接地端;
引脚5:
输出端;引脚6:
工作电源引入端;引脚1与8:
电压增益设定端;
引脚7与地之间串接旁路电容,旁路电容容值一般取10μF。
2)LM386功能框图
LM386集成功放属于直接耦合的多级放大器结构,它是一个三级放大电路。
2、功放电路图如下:
如图,该电路是由输入级、中间级和输出级三部分组成的。
输入级是由100的耦合电容及100的电位器组成的,它具有隔直、调节音量及增益的作用。
中间级是由集成运放LM386以及由R1、RV4、C2等组成的放大电路。
其工作原理如下:
输入信号通过C1耦合,由反相输入端输入运放,需要大增益时,将与R1相邻的开关J2闭合,集成运放5输出端经过R1反馈到反相端,形成电压并联反馈。
根据反相比例运算关系可知,当RV1滑点在中点时,放大倍数约为-50。
当RV1滑点在底端,运算放大器的输入端被短路,对低频信号来说负反馈增强,增益下降,反之亦然。
同时滑动RV1时还可调节输入电压,当RV1滑点在底端时,输入电压为零,此时增益也最小;当RV1滑点在顶端时,输入电压为输入音频交流电压,且此时增益也最大。
(此时应调节RV4使运放固有增益最大,约为200)
当仅需要小增益时,将与R1相邻的开关断开,靠运放固有放大增益放大,在LM386的1脚和8脚之间有一只外接可变电阻和电容,可调节可变电阻将电压增益调为任意值,直至—200(反向放大)。
同时滑动RV1还可调节输入电压,当RV1滑点在底端时,输入电压为零,音量也为零;当RV1滑点在顶端时,输入电压为输入音频交流电压。
输出级是由低通滤波器及扬声器组成的,其中L1为高频扼流圈。
当高频噪声被L1扼制,通过R2及C5流入地线。
低音频信号通过L1、C6后,流经扬声器放出音乐。
由于该电路为双声道功率放大器,所以下部分电路与上部分电路完全对称,故电路原理同上。
第三章、单元电路的设计与分析
1、输入级
如图,100的耦合电容及100的电位器起隔直、调节音量及增益的作用。
对于音频信号300~3.4KHz,100的耦合电容阻抗为0.47~5.2.
2、中间级
集成运放LM386以及由R1、RV4、C2等组成的放大电路。
输入信号通过C1耦合,由反相输入端输入运放,当与R1相邻的开关闭合时,集成运放5输出端经过R1反馈到反相端,形成电压并联反馈。
根据反相比例运算关系可知,当RV1滑臂在中点时,如果放大倍数约为-50,则,可知R1约为250,根据市场上电阻阻值有240和270,同时为保证50的增益,故选择270。
当与R1相邻的开关J2断开时,在LM386的1脚和8脚之间有一只外接可变电阻和电容,可调节可变电阻将电压增益调为任意值,直至—200。
根据LM386的资料,当1脚和8脚之间什么都不接,放大增益为-20,当1脚和8脚之间接10的电容,放大增益为-200,当1脚和8脚之间有一只外接可变电阻和电容,可调节可变电阻将电压增益调为任意值,直至—200。
2、输出级
由低通滤波器及扬声器组成。
其中L1为高频扼流圈。
对于音频信号300~3.4KHz,1.0mH的线圈阻抗为1.9~21.3,对于100KHz高频噪声,1.0mH的线圈阻抗约为630,故可选1.0mH的线圈作为高频扼流圈。
当高频噪声被L1扼制,通过R2后及C5流入地线。
300~3.4KHz的低音频信号通过L1、R2后,C5的阻抗约为0.99~11,故只能流经C6,后经过扬声器放出音乐。
另外C6起隔直和耦合的作用:
隔断直流电压,因为直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈,同时耦合音频的交流信号。
3、电源
电源由6V的直流电源供电,此直流电源由220V交流电源经变压器输出6V的直流电压。
开关可控制电源连接和断开。
另外电源并接220和10nF的电容,两个电容器可滤去变压器提供的直流电源中的纹波,使供给运放的6V电压保持恒定。
第四章、元器件明细表
元器件名称
参数
备注
C1
100
电解电容2
C2
220
电解电容3
C3
10
电解电容4
C4
10nF
1
C5
47nF
2
R1
270
2
R2
10
2
R3
10
可变电阻器4
L1
1mH
2
电源适配器
220V交流到6v直流
1
LM386
2
开关
3
第五章、设计的难点和可能出现的问题
设计的难点在于使用两种增益对音频信号就行放大,当需要小增益时,可断开反馈电阻上的开关J2、J3(与R3相邻的开关),用LM386本身的放大增益进行放大,若需要大增益放大时,将LM386增益调至最大,同时将J2、J3闭合,滑动音量调节钮即可大范围调节输入电压及增益。
第二个难点在于输出级,用高频扼流圈阻止高频信号通过,流入地线。
可能出现噪声问题:
尽管LM386的应用非常简单,但稍不注意,特别是器件上电、断电瞬间,甚至工作稳定后,一些操作(如插拔音频插头、旋音量调节钮)都会带来的瞬态冲击,在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。
因此需要注意以下几点:
1、在PCB设计时,所有外围元件尽可能靠近LM386。
2、同时地线尽可能粗一些;输入音频信号通路尽可能平行走线,输出亦如此。
3、另外选好调节音量的电位器也可以降噪,质量要稍微好点的,阻值10K最合适,太大也会影响音质。
4、需要加装第7脚(BYPASS)的旁路电容。
实际应用时,BYPASS端必须外接一个电解电容到地,起滤除噪声的作用。
工作稳定后,该管脚电压值约等于电源电压的一半。
在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致,因此增大这个电容的容值,可减缓直流基准电压的上升、下降速度,有效抑制噪声。
第六章、出现的问题及解决方案
1、调节不管用,经老师知道后知道是可变电阻悬空未接地,重新接地后,问题解决,音量大小调节很正常。
2、焊工要提高,布线有些飞线,得到经验后明白布线要横直适宜。
3、在输出接口以及电源接口上有待提高,插接不是很方便。
第七章、预期达到的性能指标
①输出功率:
在8Ω负载上输出每路不少于0.5W的不失真功率,其相对应的音乐功率为1W。
②频率响应
频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力,功率放大器的频响范围应不底于人耳的听觉频率范围,因而在理想情况下,主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。
国际规定一般音频功放的频率范围是40-16kHz±1.5dB。
第八章、课程设计的感受
经过这次课程设计,体验到了电子设计的快乐,当功放出现清晰的音乐后很有成就感,对于万能板的使用多了一些经验,在以后的设计上打下了基础,整个过程收获很大。
参考文献
1、《模拟电路及技术基础》,主编孙肖子,西安电子科技大学出版社,2008年1月出版。
2、LM386音频功放电路
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