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基于Multisim的音频放大器设计与仿真

吕岚

【摘要】摘要：针对音频放大器的设计与仿真一直是模拟电路中一个典型的综

合设计难题，现以一种新的音频放大器为例，介绍在Multisim仿真软件平台

下音频放大器电路设计方法，对原电路的设计原理及元件组合进行新设计，即

使用常规的虚拟示波器、万用表，结合ACAnalysis分析方法，也可对电路实

现设计与仿真，结果表明：该方法通过实际应用，具有效率高、成本低、可行

性强的特点。

【期刊名称】河北软件职业技术学院学报

【年(卷),期】2014(000)004

【总页数】4

【关键词】音频放大器；Multisim仿真；分析方法

0引言

音频放大器是模拟电路中一个典型的综合性设计题目，它包含了功率放大器、

前置放大器、电源等音响电路中经常涉及的电路，也涉及到电压、功率放大，

容抗、阻抗匹配，负反馈和频率响应等重要概念和知识点[1]。Multisim是美

国国家仪器有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于完成模拟/

数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言

输入方式，具有丰富的仿真分析能力[2]，可以快速、轻松、高效地对电路进行

设计和验证[3]。本文以音频放大器电路的设计为例，介绍基于Multisim的音

频放大器电路的设计与仿真。

1设计要求

（1）具有音量调节的功能；

（2）每个声道具有10W的功率放大；

（3）双电源供电。

2总体设计图

音频放大器电路的工作原理就是将音源输出的微弱信号通过前置放大器进行电

压放大，并应保证失真系数尽可能小，音源的信号经过前置放大器后即进入功

率放大器中进行能量的提升，以便驱动扬声器工作还原为声音信号[4]。该电路

主要由三部分组成，图1为其结构框图。

总体电路设计见图2。

3功能模块的设计要求

3.1前置放大器电路

在音响系统中，特别是进行大功率放大时，功率放大器对输入信号有一定的要

求，太弱的输入信号功率放大器是“不理睬”的，所以常常在功率放大器之前

增加一级或多级前置放大器，将小信号的幅度放大到适合的范围，再由功率放

大器进行进一步的能量放大。前置放大器电路可以采用多种方式实现，如：晶

体管构成的前置放大电路，集成运算放大器构成的前置放大电路[5]。晶体管构

成的前置放大电路，经过一段时期的使用，放大作用会减小或消失，当三极管

穿透电流过大或c-e级漏电时，会产生噪声，有时前置放大管还会出现击穿短

路现象，使本级失去放大能力[6]。在本文中，采用集成前置放大器电路。

由于两个声道的电路图是一致的，现以左声道为例进行介绍，如图3所示。

在图3中，信号流从左往右，即左边的VLin是左声道的输入端，接MP3播放

器等音源，而右边的IO2是左声道的输出端，电压增益为2。

3.2前置放大音量调节电路

前置放大音量调节电路如图4所示。

在图2中，信号从前置放大器I02输出后，经过R5、R9进入前置音量放大调

节电路，信号经音量调节电位器，输出信号。此信号即进入图4中的最后一级

运算放大器U2B中，这一级中信号可获得最高13dB的电压增益。最后，经过

电阻R10、电容C1得到前置放大器的输出信号VLout，供功率放大器进行进

一步的能量放大后驱动扬声器。

3.3功率放大器电路改进

音源的信号经过前置放大器后即进入功率放大器进行能量的提升，以便驱动扬

声器工作还原声音信号。常用的功率放大器有ClassA、ClassAB、ClassD，

其中ClassAB在音响系统中应用最为普遍，本文采用ClassAB放大器进行设

计[7]。同时，在选择功率放大器之前要考虑扬声器的功率有多大，如果输出功

率大于扬声器的额定功率，扬声器就有被破坏的危险；反之，扬声器就有些浪

费了[8]。本文设计的功率放大器是一个小功率放大器，输出功率为10W。功

率放大器电路如图5所示。其中，电位器R22控制输入信号的幅度实现音量调

节，信号在由运算放大器NE5532构成的前置放大器中获得电压放大之后进入

ClassAB放大器中进行功率放大。两对互补管Q5和Q6、Q7和Q8组成的

ClassAB放大器可向8Ω扬声器输出9.5～11.5W