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音频放大器的设计

姓名：王林帅冯志伟李斌

专业年级：光信091

指导教师：孟华茂

设计时间：2012.12.20-2012.12.30

目录

第一章设计任务与要求

方案

设计原理与电路

1、总体设计思路及框架

2、前置放大级设计

2、音调控制级设计

4、功率输出级设计

电路的组装与调试

设计总结

附录

1、元器件清单

参考文献

一、设计任务及要求

能够对音频信号进行前置放大和功率放大，额定功率Po小于等于1W，输入阻抗Ri大于等于20k欧姆，输出阻抗RL=8欧姆，响应频率10HZ-40kHZ，同时音调特性在1kHZ处增益为0dB,100HZ和10kHZ处的增益具有±12dB的调节范围。扩音设备的作用是把从话筒、录放卡座、CD机送出的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号，主要采用运算放大器和集成音频功率放大电路来构成扩音机电路。

二、设计方案

1、总体设计思路及框架

图1扩音机原理框图

本实验中采用三级结构：前置放大级、音调控制级、功率放大级。前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声要小，音调控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大级决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。设计时首先根据技术指标的要求和各级的功能，确定各级增益的分配，然后对各级电路进行具体的设计，计算各级电路的参数。因为Pomax=1W,负载阻抗为8Ω，输出电压Uo==2.83V，要使输入为5mV的信号放大到输出的2.83V，所需的总放大倍数约为566，考虑到实际电路的损耗，选取放大倍数为600。

扩音机中各级增益的分配为：前置级的电压放大倍数为30；音调控制中频放大倍数为1；功率放大级电压放大倍数为20。

设计原理与电路

1、前置放大级设计由于话筒提供的信号非常弱，一般在音调控制器前面加一个前置放大器。考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器。NE5532是高性能低噪声双运算放大器〔双运放〕集成电路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。

图2NE5532直流电气特性参数

图3NE5532交流电气特性参数

图4前置放大级电路图

Au=30，-R12/R11=-30,取R11=1KΩ，R12=30KΩ

根据运算放大器的性质，R13为补偿电阻，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性；其值为当输入为u=0时，各支路电阻的并联，R13=R12//R11=7.5取KΩ。

音调控制级设计音调控制器

功能为：调节音响放大器的频率响应，更好地满足人耳的听觉特性。音调控制器对高音和低音进行提升或衰减，对中音信号增益不变,该级电路图如下。所谓音调控制就是人为地改变信号里高、低频成分的比重，以满足听者的爱好、渲染某种气氛、到达某种效果、或补偿扬声器系统及放音场所的音响缺乏。这个控制过程其实并没有改变节目里各种声音的音调〔频率〕，所谓“音调控制”只是个习惯叫法，实际上是“高、低音控制”或“音色调节”。一个良好的音调控制电路，要有足够的高、低音调节范围，但又同时要求高、低音从最强到最弱的整个调节过程里，中音信号〔通常指1000赫〕不发生明显的幅度变化，以保证音量大致不变。

音调控制电路大致可分为两大类：衰减式和负反应式。衰减式音调控制电路的调节范围可以做得较宽，但因中音电平要作很大衰减，并且在调节过程中整个电路的阻抗也在变。所以噪声和失真大一些。负反应式音调控制电路的噪声和失真较小，但调节范围受最大负反应量的限制，所以实际的电路常和输入衰减联合使用，成为衰减负反应混合式。本级运放选用LF353，其输入放大级是由两只Ｐ沟道ＪＦＥＴ组成的共源极差分电路，并且用镜像恒流源做负载来提高增益；在输入差分放大级和主电压放大级之间是一个由射极跟随器构成的电流放大级，用来提高主电压放大级的输入阻抗和共源极差分电路的负载增益；主电压放大级是一个简单的单级共射极放大电路，为了保证放大器的稳定性，在主电压放大级的输出端到输入差分放大级的输出端参加了一个电容补偿网络，跟补偿电容并联的二极管保证单级共射极放大电路构成的主电压放大级不进入饱和状态工作；输出电流放大级是ＮＰＮ和ＰＮＰ构成的互补射极跟随器，两个100Ω的