一种简单而实用子分频音频放大电路设计.doc

电子分频音频放大电路设计 1、概述 在现代人类社会的生产活动中，经常需要将各种声音信号转换为电信号，然后进行储存、放大后再输出。音频是指人耳能够感知的声音频率范围，电子分频是指对人能感知的声音频率分别进行低中高音的放大。音频功率放大则是指音频电信号被放大以后，还要能够有足够大的功率去推动扬声器或耳机等负载，重新将电信号转换为声音输出。 人耳所能感知到得声音频率范围大约为20Hz到20kHz，而人的语音频率范围则大约集中在80Hz到12kHz之间，因此在电子分频电路中将主要放大此部分音频，考虑到现在市场音响的供应基本为二扬声器音箱，因此此电子分频设计将包含低通滤波放大和带通滤波放大，低通为300Hz，带通为300Hz~20kHz，超出此频率范围的信号不给予考虑。 另外，人耳对声音的感知有两个重要的特点：1、人耳对声音强度的感知是对数性的，而不是线性的，这一特点能够保证人耳既能听到及极其细微的声音，也能承受巨大的声响。2、人耳对声音频率的感知也是对属性的，这一特点能够保证人耳对声音频率的感知也有一个足够宽广的范围。 2、电路设计整体方案 2.1 电源电路设计 电源电压由市电220V输入，220V电压经过变压器转换为所需电压，变压器输出经过全桥整流输出直流分量，直流分量通过稳压管从而输出所需直流分量。 2.2电子分频音频放大电路设计 音频信号首先通过前级放大器进行初步放大，然后再用低通滤波器和高通滤波器对信号进行分频，使用功率放大电路对滤波后的信号进一步放大，从而推动扬声器，实现声音信号到电信号再到放大后的声音信号的输出。系统的原理框图如下： 3 电路结构分析与设计 3.1直流电源分析与设计 在直流电源的设计中，为了降直流电压源的脉动成分以及提高音质和保真度，本实验的设计中专门增加了线性稳压电路，具有较大的输出功率，由三端集成稳压器构成，专门提供给音频放大电路中的功率放大部分使用。 3.2全桥整流电路 从上面可以看到，220V 的交流电源经变压器降压后，由全桥整流电路输出直流，再由稳压电路输出稳定的直流，提供给放大电路使用。在设计中，音频放大电路部分需要对称的双电源，因此必须选择次级有三端抽头（双绕组）的变压器，如图2（a）所示，经全桥电路整流和电容 C1 至 C4 滤波后，输出对称的正负电源（图 2 中电路节点标记为DC＋和 DC－） 。 如图 2（b）所示，线性直流稳压电源采用一只7815和一只7915的三段集成稳压器，此稳压器有三端，分别接输入电源（Vin） ，地（GND） ，另一个端口输出，按规定连接，就可以产生＋15V和－15V的稳压电源输出。图中电容C5 至C8也是滤波电容，一般由一只容量较大的电解电容和一只容量较小的无极性电容构成，起蓄能和稳压的作用。从理论上来说，这些电容的容量越大，则电源的稳定质量越好，但成本也会越高，因此其容量的选择是按照输出电流来确定的，在工程设计中，一般根据经验选取。之所以要用两只电容并联的方法，在于电解电容的容量可以做得很大，但是高频特性差，滤除不了高频纹波信号；而无极性电容的容量虽然难以做大，但是高频特性较好，并联上去后可以增强电路的高频滤波特性。 3.3元件参数选取的说明 1、由于一般多媒体音箱的输出功率为 10－20W，所以本设计采用输出功率为 30VA，输出电压（有效值Vrms）为 12V的双绕组变压器。电路的主要功耗在音频放大电路中的功率放大部分，本实验中功率放大器选择 TDA2030，当供电为±15V时，该集成块的最大输出功率约 12W（具体输出功率和负载扬声器的阻抗相关，左右两声道共 24W） ，再考虑到效率，30VA 的变压器基本能够满足需要。 2、变压器输出的交流有效值为 12V，因此经全桥整流电路后产生的直流电压为：（即图 2 中的 DC＋和 DC－）。四只整流二极管的耐压必须大于 2×16 ＝32V，整流电流应当大于30W / 32V ≈ 1A。在条件允许的情况下，二极管的参数应该尽量保证足够的裕量，因此可以用 50V / 3A的二极管或桥堆（实验中拟采用的是 50V / 3A的肖特基势垒二极管 SR360）。 3、在桥式整流电路和三端集成稳压器后接的滤波蓄能电容为 25V / 2200μF 的铝电解电容和 63V / 220nF的无极性电容，三端集成稳压器采用 7915 和 7815，输出电压为±15V 3.4电子分频放大电路分析和设计 1、前置放大 前置放大器的作用简单说来就是“缓冲”，将外部输入的音源信号进行放大并输出。外部音源信号由较长的导线输入，并且信号源可能存在较高的内阻，电流输出能力不强，因此需要“缓冲”来将其转换为低内阻的信号源，以便驱动后级电路。对于音频信号，