小音功率音频放大器的设计

小音功率音频放大器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 电路CAD课程设计报告 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 小功率音频放大器 学生姓名 *** 学 号 ********** 学 院 信息工程学院 专 业 信息0802 指导教师 *** 2011 年 12 月 25 日 I 摘要 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，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。此文就将探讨、设计一种小功率音频放大器。 关键字(Key Words) 小功率 音频 放大器 M1875 PCB 设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 low power udio mplifier M1875 PCB sign proposal I 目 录 引言?????????????????????????????????????????? 1、音频功率放大器简介 .................................................................................. 1 1.1 早期的晶体管功放 ...................................................................................................1 1.2 晶体管功放的发展和互调失真 ...............................................................................1 2、 音频放大器的设计 .................................................................................... 1 2.1 设计要求: ..............................................................................................................1 2.2 设计过程 ..................................................................................................................1 2.2.1 总体方案: ...........................................................................................................2 2.2.2 元电路的设计 .......................................................................................................2 2.3 元件参数的计算与选取 ...........................................................................................4 3、LM1875的简介 ........................................................................................... 4 3.1 M1875的参数简介 ...................................................................................................4 3.2 LM1875的工作原理: .............................................................................................4 3.3 LM1875的电路特点 .................................................................................................5 4、电路设计 ..................................................................................................... 5 4.1 典型应用电路 ..........................................................................................................5 4.2 双电源音频功率放大器原理图 ...............................................................................6 4.3 双电源音频功率放大器PCB图 ..............................................................................6 5、 总结 ........................................................................................................... 7 参考文献 ...............................................................................................................................8 II 引言 在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。这款功放采用了典型的OCL功放电路，为全互补对称式纯甲类DC结构，功放的每一级放大均工作于甲类状态。输入级和电压放大级采用线性较好的沃尔漫电路，差分管及电流推动管分别为很出名的K170、J74(可用K389、J109孪生对管对换)，率强劲，驱动阻抗2Ω的喇叭也轻松自如，毫不费力。综合运用了我们前面所学的知识。设计完全符合要求。 III — 太原理工大学信息工程学院 电子信息工程 — 小音功率音频放大器的设计 1、音频功率放大器简介 在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。 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，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。 1.1 早期的晶体管功放 半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器。 早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为4kHz，大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3dB截止频率通常在10kHz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的 OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。“还是胆机规声”，这种看法的确事出有因。 1.2 晶体管功放的发展和互调失真 随着半导体工艺的逐渐成熟，大电流、高耐压的晶体管品种日益增加，越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的 OCL电路或 OTL电路(图一)。 最初的大功率 PNP管是锗管，而 NPN管是硅管，两者的特性差别非常显著，电路的对称性很差，人们更多采用的是图二所示的准互补电路，通过小功率硅管 Q1与一只大功率的 NPN硅管 Q2复合，得到一只极性与PNP管类似的大功率管，降低了电路因对称性差而招至的失真。 尽管电子管的拥护者仍大量存在，人们毕竟能够比较公正地看待晶体管放大器了，认为晶体管机频响宽阔，层次细腻，与电子管机比较起来有一种独特的舱力，而不是简单的谁取代谁的问题。 2、 音频放大器的设计 功率放大器不仅仅是消费产品(音响)中不可缺少的设备，还广泛应用于控制系统和测量系统中。 2.1 设计要求: (1) 输出功率:1，2W; (2) 负载阻抗:8，16Ω, (3) 通频带Δfs: 为100Hz，10kHz (4) 音调控制要求:放大器增益0,40dB可调 (5) 灵敏度: 话筒输入:输入信号幅度:Vp-p,10,50mV。 2.2 设计过程 1 — 太原理工大学信息工程学院 电子信息工程 — 2.2.1 总体方案: 甲类功放的主要优点就是电路简单易行，非线性失真小，适用于小功率的线性音频放大器，现在甲类功放主要用在高档功放产品中。而乙类功放与甲类功放最主要的不同点就是静态电流小，因此无信号时消耗功率小，可获得较高的效率;但是，乙类功放在工作时，由于两只晶体管交替导通与截止，因而，在两管输出信号波形的衔接处，会产生交越失真;而且功放管在从反偏到零偏再转为正偏转换时，随着信号频率升高，输出信号就会在时间上延迟，出现所谓的开关转换失真。因此，在实际Hi-Fi高保真放音系统中，一般不采用乙类功放，而采用线性失真小的甲类功放或甲乙类功放。甲乙类功放是通过改变偏置的方法来减少交越失真，它将甲类功放的高保真度与乙类功放折衷，从而在一定程度上解决了上述效率高与失真大之间的矛盾。而且甲乙类功放的效率可达到78.5% ，故本次设计采用甲乙类功放。 通过对设计要求和设计方案的分析，本课题采用LM1875作为功率放大器。 负载 前置放大级 音调控制级 功率放大级 自制稳压电源 图1 系统组成框图 确定各级的增益分配 放大倍数Vs. dB数0dB:一般将信号电平(0dB)即0.775V作为衡量放大器灵敏度的参考 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 20lg(0.005/0.775),,44dB5mV的dB数为:。 因为采用的集成芯片LM1875，其输出功率为20W，则负载上的电压 :为 U,PR,12.6,13VLoL 又话筒输入为5mV，则整个电路的增益为20lg(13/0.005)=68dB。考虑到音调级必要的衰减，增益为,2dB左右。所以取整个电路的增益为70dB。则各级的增益如下: * 功放级:26dB(厂家给定的) * 音调控制级:-2dB。 * 前置放大级:44dB。 2.2.2 元电路的设计 (1) 前置放大级 ? 电路形式的选择 由于信号远输入的信号 幅度较小。不足以推动以后 的功放电路。因此要用电压 放大电路对信号输入的音频 信号电压进行放大。 其中第一级实际上是一 个电压跟随器，它提高了带 负载的能力 2 — 太原理工大学信息工程学院 电子信息工程 — 图2 前置放大器电路图 电路中二极管D1作用是:当线路输入是0.775V时，D1导通，此时LF353(2)也为一个电压跟随器，信号不经过放大直接到音调控制级的输入端。当输入为5mV时，不足以让二极管导通，此时LF353(2)为放大器，信号将放大160倍后到音调控制级的输入端。 ? 集成运放的选择 因为Auf2=160，根据通频带20HZ–20KHZ，其上线频率为20KHZ，则集成运放的放大倍数带宽积应满足下列关系: GB?Auf2fh = 180*20KHZ = 3.2MHZ 从运放的资料手册中可查出LF353的单位放大倍数带宽GB=4MHZ，满足要求。 ? 各元件的参数选择和计算 电路中电容C11是用作噪声去耦合的，可以用小体积大容量的钽电容 或普通电解电容，一般选为10μF，R11可选用较大的电阻，取1MΩ，电阻R12取10K，LF353构成的是放大倍数为160的电压放大电路，同相交流放大电路的平衡电阻可尽量选得大一些，一般为10K以上，这样有利于提高放大电路的输入电阻，由于输入电阻为47K，故选RP2的阻值为47K，R21取1K，耦合电容C12为10μF。由Auf2 = 1+R23/R22 及R21=R23//R22，Auf2=180可得R21=R22=1K，R23=160K。C21，C22，C23，C24，主要用于电源旁路滤波，一般C21，C23用电解电容，其值为220μF，C22，C24用普通的电容，一般取值为22μF。LF353的电源为?15V的直流稳压电源。 (2) 调控制级 音调控制器主要是控制，调节音响放大器的幅频特性，他只对低频与高频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB 不变。因此，音调控制器的电路可以由低通滤波器和高通滤波器构成。由运算放大器构成的音调控制器，电路调节简单，元器件少，因此，我们选用这种电路形式。 图3 音调控制级电 RP33图中，电位器用来调节音量的大小，即为音量控制电路。 设电容C31=C32 >>C33，在中，底音频区，C33可视为开路，在中，高音频区，C31，C32可视为短路。 (3) 功率放大级 电路形式的选择: 芯片选用LM1875，而一个LM1875的输出功率最大只能达到20W，已能满足本课 题的设计要求,故本设计采用单片LM1875。如果要把输出功率提高到50W，可选择BTL 电路。 3 — 太原理工大学信息工程学院 电子信息工程 — 2.3 元件参数的计算与选取 2.3.1反馈网络电阻值的选取 LM1875的增益为26dB，即有: RR403403A,1，,,20VRR401401 RR,20RR403401403401所以有: ，通常取=1K左右， 则=20K。 CCf,20HZ402403L3.3.2 隔直电容，应满足在下限频率上()的容抗远小于R1，取 CC402403==10μ。 电源旁路电容: C,C,C,C,220,FC,C,C,C,22,F411413， 3、LM1875的简介 3.1 M1875的参数简介 LM1875采用TO-220封装结构，形如一只中功率管，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。 LM1875主要参数: 电压范围: 16,60V 总态电流: 50mA 输出功率: 25W 谐波失真: ,0.02%，当f=1kHz，RL=8Ω，P0=20W时 额定增益: 26dB，当f=1kHz时 工作电压: ?25V 转换速率: 18V/μS 3.2 LM1875的工作原理: LM1875功放板由一个高低音分别控制的衰减式音调控制电路和LM1875放大电路以及电源供电电路三大部分组成，音调部分采用的是高低音分别控制的衰减式音调电路，其中的R02，R03，C02，C01，W02组成低音控制电路;C03，C04，W03组成高音控制电路;R04为隔离电阻，W01为音量控制器，调节放大器的音量大小，C05为隔直电容，防止后级的LM1875直流电位对前级音调电路的影响。放大电路主要采用LM1875，由1875，R08，R09，C06等组成，电路的放大倍数由R08与R09的比值决定，C06用于稳定LM1875的第4脚直流零电位的漂移，但是对音质有一定的影响，C07，R10的作用是防止放大器产生低频自激。本放大器的负载阻抗为4?16Ω。 为了保证功放板的音质，电源变压器的输出功率不得低于80W，输出电压为2*25V，滤波电容采用2个2200UF/25V电解电容并联，正负电源共用4个2200UF/25V的电容，两个104的独石电容是高频滤波电容，有利于放大器的音质。 4 — 太原理工大学信息工程学院 电子信息工程 — 3.3 LM1875的电路特点 LM1875功率较TDA2030及TDA2009都为大，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。一个不错的选择。 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。 电路特点: (1) 列5脚直插塑料封装，仅5只引脚。 (2) 环增益可达90dB。 (3) 低的失真，1kHz，20W时失真仅为0.015%。 (4) AC和DC短路保护电路。 (5) 温保护电路。 (6) 峰值电流高达4A (7) 宽的工作电压范围(16-60V)。 (8) 内置输出保护二极管。 (9) 接元件非常少，TO-220封装。 (10) 输出功率大，Po=20W(RL=4Ω)。 4、电路设计 4.1 典型应用电路 音频功率放大器的典型应用电路分为两种:一种为单电源供电，另一种为双电源供电。两种典型应用电路电路图如下: 图10 单电源接法 图11 双电源接法 LM1875单电源供电与双电源供电的基本工作原理相同，不同之处在于:单电源供电时，采用R1、R2分压，取1,2VCC作为偏置电压经过R3加到1脚，使输出电压以1,2VCC为 5 — 太原理工大学信息工程学院 电子信息工程 — 基准上下变化，因此可以获得最大的动态范围。但在本课题中，我们希望能对音频放大器的音量和音频进行调节，即得到更理想更直观的设计，在此次设计中采用双电源供电的方法。 4.2 双电源音频功率放大器原理图 综合以上讨论，利用protel 99软件画出双电源音频功率放大器原理图: 图 12 双电源音频功率放大器原理图 4.3 双电源音频功率放大器PCB图 在电路原理图的基础上，绘制PCB图如下: 6 — 太原理工大学信息工程学院 电子信息工程 — 图 13 双电源音频功率放大器PCB图 5、 总结 完成这次设计收获很多，不但进一步掌握了模电的知识及一门专业仿真软件的基本操作，还提高了自己的设计能力及动手能力。更多的是看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。只有这样我们才能真正的去掌握它，而不是只懂得一点皮毛。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。 7 — 太原理工大学信息工程学院 电子信息工程 — 参考文献 [1] 夏路易:《电子电路EDA》，兵器工业出版。 [2] 萧宝瑾:《电路CAD讲义》，太原理工大学。 [3] 曾广兴:《现代音响技术应用》，广东科技出版社，1997年3月。 [4] 张 平:《关于音频功率放大器的应用》，《安阳大学学报》，2002年02期。 [5] 吴振平:《实用声电技术》，中国铁道出版社，1984年11月。 [6] 龚 伟:《音频放大器控制方式综述》，重庆大学报，2003年02期。 [7] 黎 明:《电子质量》，2002年02期。 [8] 华成英:《模拟电子技术基础》[M]，北京高等教育出版社，2001。 [9] 姚福安:《音频功率放大器设计》，山东大学学报，2003年06期。 [10] 牟小令:《高效率音频功率放大器》，西南师范大学学报，2003年01期。 [11] 马建国:《电子系统设计》，高等教育出版社。 [12] 曲 荣:《收音机电平指示电路锦集》 [13] 方佩敏:《音频功率放大器》，《电子世界》，2003年08期。 [14] 何希才:《实用电子电路400例》,电子工业出版社 [15] 陈伟鑫:《新型实用电路精选指南》, 电子工业出版社 [16] 谢自美:《电子线路设计 实验 测试》, 华中科技大学出版社 [17] 康华光:《模拟电子技术基础》高等教育出版社. [18] 牟小令:《高效率音频功率放大器》，西南师范大学学报，2003年01期。 8