音频功率放大器模拟电路设计2.docx
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音频功率放大器模拟电路设计2.docx
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音频功率放大器模拟电路设计2
音频功率放大器
摘要:
本音频功率放大器由四部分组成:
电源,前置放大级,滤波器,功率放大电路。
电源电路输入交流电,输出18V的直流电,为集成功率放大器供电;再经过变换输出+12V与-12V的直流电,为滤波器及前置放大级的运算放大器的供电。
前置放大级将音频信号放大至功率放大器所能接受的范围。
滤波器电路,分为高通滤波器、中通滤波器、低通滤波器,将输入的音频信号分为不同频率音频信号,并设有开关可以按个人喜好调节输出音频信号。
功率放大电路,将输入的信号功率放大。
关键字:
音频功率放大器、电源、滤波器、功放电路
Abstract:
Theaudiopoweramplifierconsistsoffourparts:
powersupply,levelpreamp,filter,poweramplifiercircuit.ACinputpowersupplycircuit,outputDC18V,powersupplyfortheintegratedpoweramplifier;anothertransformoutput+12Vand-12VDC,inordertofilterandpreamp-levelop-amppowersupply.Preamp-levelaudiosignalamplificationwillbeacceptabletothescopeofpoweramplifier.Filtercircuit,isdividedintohigh-passfilter,in-passfilter,lowpassfilter,theinputaudiosignalintodifferentfrequencyaudiosignalandaswitchingregulatorinaccordancewithpersonalpreference,audiooutput.Poweramplifiercircuit,theinputsignalpoweramplifier.
Keywords:
Audiopoweramplifier,powersupply,filter,poweramplifiercircuit
前言
1.在当代生活中,人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的提高,人们对音响的性能要求也越来越高。
所以,制作出完美音响也成了人们追求的目标。
2.音频功率放大器作为音响设备的重要器件,完美的音频功率放大器是做出完美音响的必要条件。
音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域,几十年来,人们为之付出了不懈的努力。
无论是从线路技术还是元器件方面,乃至思想认识上都获得了长足的进步。
3.回顾一下功率放大器的发展历程,对我们来说也是一件积极有意义的事情。
4.随着时代的发展,信息时代的来临,音频功率放大领域取得了喜人的硕果。
新的技术飞跃往往是新材料、新理论、新方法的出现之后产生的,音频放大器同样也不会例外。
在科技日新月异的时代,我们有理由期待更完美的功率放大器的出现。
5.此次电子技术课程设计我们选择的就是音频功率放大电路的设计。
我们采用了LM1875集成芯片作为音频功率放大电路的核心器件。
而且我们还采用了低通、高通、带通滤波器这样我们可以根据个人的不同爱好对不同频段的音频信号做选择性的处理。
为了给集成芯片和滤波器提供稳定的电压以保证它们正常的工作。
我们制作了直流稳压电源,通过该电路可以为电路提供稳定的直流电。
但是由于滤波器和LM1875集成芯片对直流电压大小需求不同,所以我们运用了运放电路,这样可以分配直流稳压电路产生的电压分配到滤波器和集成芯片对电压不同的要求。
概括的说此功率放大器由直流电源电路、运放电路、滤波器电路、集成功放电路等四部分组成。
方案设计
2.1设计方案一
以下设计的是音频功率放大器的方案流程图:
由晶体管与集成运放组成的功率放大电路。
其中运算放大器组成驱动级,晶体管组成复合式对称电路。
模拟音量控制器由运算放大器和电位器组成。
高低音分别控制,可以达到高音、低音同时提升和压低的效果。
复杂的系统将音频范围设分为若干个频段由多个电位器对各个频段分别控制。
其原理方框图为:
图2.1.1音频功率放大电路方案图一
2.2设计方案二
由晶体管与集成运放组成的OCL功率放大电路。
其中运算放大器组成驱动级,晶体管组成复合式对称电路。
音量控制器由555产生手动控制音量设需脉冲,集成模拟开关CD4051的8路输出信号控制电阻分压网络的衰减倍数,其地址由计数器CD4516提供。
其原理方框图为:
图2.2.1音频功率放大电路方案图二
2.3设计方案三
新一代数字延时器电路CXA1644P是专用数字音响集成电路,它将混响效果设需的全部功能包含在集成块内。
使用运放作为前置放大电路,再由LA4100组成功率放大器。
其原理方框图:
图2.3.1音频功率放大电路方案图三
2.4设计方案四
TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路,其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小,在目前流行的数十种功率放大集成电路中,规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA2030在内的几种。
我们知道,瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素,该集成功放的一个重要优点。
TDA2030集成电路的另一特点是输出功率大,而保护性能以较完善。
根据掌握的资料,在各国生产的单片集成电路中,输出功率最大的不过20W,而TDA2030的输出功率却能达18W,若使用两块电路组成BTL电路,输出功率可增至35W。
另一方面,大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大,在使用中稍有不慎往往致使损坏。
然而在TDA2030集成电路中,设计了较为完善的保护电路,一旦输出电流过大或管壳过热,集成块能自动地减流或截止,使自己得到保护(当然这保护是有条件的,我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用)。
TDA2030集成电路的第三个特点是外围电路简单,使用方便。
在现有的各种功率集成电路中,它的管脚属于最少的一类,总共才5端,外型如同塑封大功率管,这就给使用带来不少方便。
TDA2030在电源电压±14V,负载电阻为4Ω时输出14瓦功率(失真度≤0.5%);在电源电压±16V,负载电阻为4Ω时输出18瓦功率(失真度≤0.5%)。
该电路由于价廉质优,使用方便,并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。
该电路可供低频课程设计选用。
图2.4.1音频功率放大电路方案图四
2.5设计方案五
LM1875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。
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时可获得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。
图2.5.1音频功率放大电路方案图五
方案比较
综合上述方案比较分析:
方案一采用的是甲类功率放大器。
甲类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过,它的优点是输出信号的失真比较小,但是输出信号的动态范围小,效率低。
理想情况下其最高效率为50%。
方案三采用的是乙类功率放大器。
乙类功率放大器在整个输入信号周期内的导通时间为50%,它的优点是在理想情况下效率可达78.5%,但缺点是会产生交越失真,增加噪声。
方案二采用的是甲乙类互补对称电路,积甲乙类功率放大器的优点于一身,同时克服交越失真。
方案四采用TDA2030集成功率放大器,具有输出功率大,失真小,且具有完善的热保护电路等优点。
方案五采用了LM1875做为音频功率放大器具有工作电压范围大16~60V,失真率小,输出功率大等特点。
基于TAD2030具有完善的热保护电路,我选择方案四
3单元模块设计
3.1直流稳压电源
直流稳压电源一般由电源变压器,整流滤波电路及稳压电路所组成。
变压器把市电交流电压为所需要的低压交流电。
整流器把交流电变为直流电。
经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路,通过变压,整流,滤波,稳压过程将220V交流电,变为稳定的直流电,并且实现电压可在1.3-32.5V可调,输出为集成功率放大器供电,另一端输出再进行稳压变换
3.1.1主要元气件介绍
1、集成稳压器:
集成稳压器的输出电压应与稳压电源要求的输出电压大小及范围相同。
稳压器的最大电流,稳压器的输入输入电压范围为(3)
式中,
——最大输出电压
——最小输出电压
——稳压器的最小输入输出压差
——稳压器的最大输入输出压差
2、电源变压器
对于容性负载,变压器副边的输出电压与稳压器输入电压的关系为,在此范围内,越大,稳压器的压差越大,一般取副边电压
(4)
副边输出电流有效值
(5)
——稳压电源最大输出电流
3、整流二极管及滤波电容
整流二极管的反向击穿电压应满足:
(6)
滤波电容C的容量可估算:
(7)则=11.3KΩ,使+可在11KΩ~12kΩ间调节。
3.1.2直流稳压电源电路
根据性能指标,集成稳压器为驱动集成功放选用LM317,其输出电压范围为Uo=1.3~37V,最大输出电流Iomax为1.5A,为集成功率放大器设计的稳压电源电路如图3-1-1所示
图3-1-1
在图3-1-1所示电路中,R1和Rw组成输出电压调节电路,输出电压Uo≈1.25×(1+Rw/R1),R1取120~240Ω,流过R1的电流在空载时,最大为5~10mA,最大为50uA。
根据R1=1.25/I,取R1=200Ω,则Uo=1.25(1+Rw/R1),通过计算后选取Rw为5kΩ精密绕线电位器。
运放稳压电源电路选用7812和7912集成稳压器件,用以为滤波所用集成运算放大器提供正负12V电源来驱动进行工作,运放稳压电源电路如图3-1-2所示。
图3-1-2
两块电路中设置了保护电路,万一输入端短路,大电容放电会使集成稳压块由于反电流冲击而损坏,在稳压块上加上二极管可使反相电流流向输入端起到保护作用。
3.2前置放大
3.2.1原理及参数选取
前置放大是指将音频信号放大至功率放大器所能接受的范围。
前置级要求输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小。
前置放大器设计如图3.2.1,运算放大器组成一个反向放大电路,输出电压的表达式:
(2)
录音机输出的信号一般为100mv,已经大于的要求,所以要对进行适当的衰减,否则输出会产生失真。
取R1=100KΩ,R2=39KΩ,以使录音机输出经混合级后达到要求。
3.2.2前置放大电路
图3-2-1前置放大级电路
3.3滤波器设计
在实际的电子系统中,输入信号往往是含有多种频率成分的复杂信号,可能会混入各种噪音、干扰及其他无用频率的信号,因此需要设法将有用频率信号挑选出来,将无用的信号频率抑制掉。
完成此任务需要具有选频功能的电路。
对信号的频率具有选择性的电路称为滤波器,它能使特定频率范围内的信号顺利通过,而阻止其他频率信号通过。
按照滤波器的工作频率,滤波器可分为低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(BEF)、全通滤波器(APF)。
由阻容元件和运算放大器组成的滤波器电
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