哈工大模电自主设计实验报告.docVIP

模拟电子技术课程大作业 姓名： 学号： 院系： 控制科学与工程系 题目： 音频功率放大器的设计与实现 音频功率放大器的设计与实现 实验目的 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度8Ω的 条件下，音频功率放大器满足如下要求： 最大输出不失真功率POM≥8W。 功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。 在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。 输入阻抗Ri≥100kΩ 2.总体设计方案 该音频功率放大器可由图1所示框图实现。前置放大级主要实现对输入信号进行放大，从而与功率放大器的输入灵敏度进行匹配。音调控制级主要实现对输入信号的提升或衰减作用，以满足不同听众的需求。功率放大级是此音频功率放大器的核心部分，它决定了输出功率的大小。下面介绍各模块的实现方法。 图1 音频功率放大器组成框图 前置放大器 由于输入信号非常微弱且音频宽度过大，需要前置放大器有较高的输入阻抗，较低的输出阻抗，噪声小，频带宽。为达到预期的效果，有两种选择。一是由分立元件搭建的放大电路，二是采用合适的集成放大电路。由于集成放大电路性能稳定，外围电路简单，便于调试，本前级放大电路选择集成放大电路实现。 音调调节级 音调控制电路的主要功能是通过对放音频带内放大器的频率响应曲线的形状进行控制， 从而达到控制放音音色的目的，以适应不同听众对音色的不同爱好。此外还能补偿信号中所欠缺的频率分量，使音质得到改善，从而提高放音系统的放音效果。在高保真放音电路中，一般采用的是高、低音分别可调的音调控制电路。一个良好的音调控制电路，要求有足够的高、低音调节范围，同时有要求在高、低音从最强调到最弱的整个过程中，中音信号（一般指1kHz）不发生明显的幅值变化，以保证音量在音调控制过程中不至于有太大的变化。负反馈式音调控制电路的噪音和失真较小，并且在调节音调时，其转折频率保持固定不变，而特性曲线的斜率却随之改变。因此，选用负反馈式音调控制电路。下面介绍典型电路的实现。 由于集成运算放大器具有电压增益高、输入阻抗高等优点，用它制作的音调控制电路 具有电路结构简单、工作稳定等优点，典型的电路结构如图2所示。其中电位器Rp1是高音调节电位器，Rp2是低音调节电位器，电容C是音频信号输入耦合电容，电容C1、C2是低音提升和衰减电容，一般选择C1=C2，电容C3起到高音提升和衰减作用，要求C3的值远远小于C1。电路中各元件一般要满足的关系为：Rp1=Rp2，R1=R2=R3，C1=C2，Rp1=9R1。 图2 负反馈式音调控制电路图 在电路图2中，对于低音信号来说，由于C3的容抗很大，相当于开路，此时高音调节电位器Rp1在任何位置对低音都不会影响。当低音调节电位器Rp2滑动端调到最左端时，C1被短路，此时电路图2可简化为图3(a)。由于电容C2对于低音信号容抗大，所以相对地提高了低音信号的放大倍数，起到了对低音提升的作用。图3(a)电路的频率响应分析如下： (a) 低音提升等效电路图 (b) 低音提升等效电路幅频响应波特图 图3 低音提升等效电路图及幅频响应曲线 图3所示的电压放大倍数表达式为： 化简后得： 所以该电路的转折频率为： ， 可见当频率时，；当频率时，。从定性的角度来说，就是在中、高音域，增益仅取决于R2与R1的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到提升，最大增益为。低音提升等效电路的幅频响应特性的波特图如图3(b)所示。 同样当Rp2的滑动端调到最右端时，电容C2被短路，其等效电路如图4(a)所示。由于电容C1对输入音频信号的低音信号具有较小的电压放大倍数，所以该电路可实现低音衰减。图4(a)电路的频率响应分析如下： 该电路的电压放大倍数表达式为： ， 其转折频率为： ， 可见当频率时，；当频率时，。从定性的角度来说，就是在中、高音域，增益仅取决于R2与R1的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到衰减，最小增益为。低音衰减等效电路的幅频响应特性的波特图如图4(b)所示。 在电路给定的参数下，， 。 (a) 低音衰减等效电路图 (b) 低音衰减等效电路幅频响应波特图 图4低音衰减等效电路图及幅频响应曲线 同理，图2电路对于高音信号来说，电容C1、C2的容抗很小，可以认为短路。调节高音调节电位器Rp1，即可实现对高音信号的提升或衰减。图5（a）就是工作在高音信号下的简化电路图。为了便于分析，将图 中的R1、R2、R3组成的Y型网络转换成△连接方式，如图5（b）。其中，，。在假设条件R1=R2=R3的条件下，Ra=Rb=Rc=3R1。 (a)