一、 設計任務
設計乙個實用的音訊功率放大器。在輸入正弦波幅度≤5mv，負載電阻等於8ω的
條件下，音訊功率放大器滿足如下要求：
1、 最大輸出不失真功率pom≥8w。
2、 功率放大器的頻頻寬度bw≥50hz~15khz。
3、 在最大輸出功率下非線性失真係數≤3%。
4、 輸入阻抗ri≥100kω。
5、 具有音調控制功能：低音100hz處有±12db的調節範圍，高音10khz處有±12db的調節範圍。
二、 設計方案分析
根據設計課題的要求，該音訊功率放大器可由圖所示框圖實現。下面主要介紹各部
分電路的特點及要求。
圖1 音訊功率放大器組成框圖
1、 前置放大器
音訊功率放大器的作用是將聲音源輸入的訊號進行放大，然後輸出驅動揚聲器。聲音源
的種類有多種，如傳聲器（話筒）、電唱機、錄音機（放音磁頭）、cd唱機及線路傳輸等，這些聲音源的輸出訊號的電壓差別很大，從零點幾毫伏到幾百毫伏。一般功率放大器的輸入靈敏度是一定的，這些不同的聲音源訊號如果直接輸入到功率放大器中的話，對於輸入過低的訊號，功率放大器輸出功率不足，不能充分發揮功放的作用；假如輸入訊號的幅值過大，功率放大器的輸出訊號將嚴重過載失真，這樣將失去了音訊放大的意義。所以乙個實用的音訊功率放大系統必須設定前置放大器，以便使放大器適應不同的的輸入訊號，或放大，或衰減，或進行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。
另外在各種聲音源中，除了訊號的幅度差別外，它們的頻率特性有的也不同，如電唱機輸出訊號和磁帶放音的輸出訊號頻率特性曲線呈上翹形，即低音被衰減，高音被提公升。對於這樣的輸入訊號，在進行功率放大器之前，需要進行頻率補償，使其頻率特性曲線恢復到接近平坦的狀態，即加入頻率均衡網路放大器。
對於話筒和線路輸入訊號，一般只需將輸入訊號進行放大和衰減，不需要進行頻率均衡。前置放大器的主要功能一是使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入阻抗相匹配；二是使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。由於話筒輸出訊號非常微弱，一般只有100μv~幾毫伏，所以前置放大器輸入級的雜訊對整個放大器的訊雜比影響很大。
前置放大器的輸入級首先採用低雜訊電路，對於由電晶體組成的分立元件組成的前置放大器，首先要選擇低雜訊的電晶體，另外還要設定合適的靜態工作點。由於場效電晶體的雜訊係數一般比電晶體小，而且它幾乎與靜態工作點無關，在要求高輸入阻抗的前置放大器的情況下，採用低雜訊場效電晶體組成放大器是合理的選擇。如果採用整合運算放大器構成前置放大器，一定要選擇低雜訊、低漂移的整合運算放大器。
對於前置放大器的另外一要求是要有足夠寬的頻帶，以保證音訊訊號進行不失真的放大。
圖9 前置級放大器電路圖
2、 音調控制電路
音調控制電路的主要功能是通過對放音訊帶內放大器的頻率響應曲線的形狀進行控制，
從而達到控制放音音色的目的，以適應不同聽眾對音色的不同愛好。此外還能補償訊號中所欠缺的頻率分量，使音質得到改善，從而提高放音系統的放音效果。在高保真放音電路中，一般採用的是高、低音分別可調的音調控制電路。
乙個良好的音調控制電路，要求有足夠的高、低音調節範圍，同時有要求在高、低音從最強調到最弱的整個過程中，中音訊號（一般指1khz）不發生明顯的幅值變化，以保證音量在音調控制過程中不至於有太大的變化。音調控制電路大多由rc元件組成，利用rc電路的傳輸特性，提公升或衰減某一頻段的音訊信音調控制電路一般可分為衰減式和負反饋式兩大類，衰減式音調控制電路的調節範圍可以做得較寬，但由於中音電平也要作很大的衰減，並且在調節過程中整個電路的阻抗也在變化，所以雜訊和失真較大。負反饋式音調控制電路的噪音和失真較小，並且在調節音調時，其轉折頻率保持固定不變，而特性曲線的斜率卻隨之改變。
下面分析負反饋型音調控制電路的工作原理。
(1) 負反饋式音調控制器的工作原理
由於整合運算放大器具有電壓增益高、輸入阻抗高等優點，用它製作的音調控制電路
具有電路結構簡單、工作穩定等優點，典型的電路結構如圖2所示。其中電位器rp1是高音調節電位器，rp2是低音調節電位器，電容c是音訊訊號輸入耦合電容，電容c1、c2是低音提公升和衰減電容，一般選擇c1=c2，電容c3起到高音提公升和衰減作用，要求c3的值遠遠小於c1。電路中各元件一般要滿足的關係為：
rp1=rp2，r1=r2=r3，c1=c2，rp1=9r1。
圖2 負反饋式音調控制電路圖
在電路圖2中，對於低音訊號來說，由於c3的容抗很大，相當於開路，此時高音調節電位器rp1在任何位置對低音都不會影響。當低音調節電位器rp2滑動端調到最左端時，c1被短路，此時電路圖2可簡化為圖3(a)。由於電容c2對於低音訊號容抗大，所以相對地提高了低音訊號的放大倍數，起到了對低音提公升的作用。
圖3(a)電路的頻率響應分析如下：
(a) 低音提公升等效電路圖b) 低音提公升等效電路幅頻響應波特圖
圖3 低音提公升等效電路圖及幅頻響應曲線
圖3所示的電壓放大倍數表示式為： 。化簡後得：，所以該電路的轉折頻率為：
， 。可見當頻率時，；當頻率時，。從定性的角度來說，就是在中、高音域，增益僅取決於r2與r1的比值，即等於1；在低音域，增益可以得到提公升，最大增益為。
低音提公升等效電路的幅頻響應特性的波特圖如圖3(b)所示。
同樣當rp2的滑動端調到最右端時，電容c2被短路，其等效電路如圖4(a)所示。由於電容c1對輸入音訊訊號的低音訊號具有較小的電壓放大倍數，所以該電路可實現低音衰減。圖4(a)電路的頻率響應分析如下：
該電路的電壓放大倍數表示式為：
，其轉折頻率為：
， 。可見當頻率時，；當頻率時，。從定性的角度來說，就是在中、高音域，增益僅取決於r2與r1的比值，即等於1；在低音域，增益可以得到衰減，最小增益為。
低音衰減等效電路的幅頻響應特性的波特圖如圖4(b)所示。
在電路給定的引數下，， 。
(a) 低音衰減等效電路圖b) 低音衰減等效電路幅頻響應波特圖
圖4低音衰減等效電路圖及幅頻響應曲線
同理，圖2電路對於高音訊號來說，電容c1、c2的容抗很小，可以認為短路。調節高音調節電位器rp1，即可實現對高音訊號的提公升或衰減。圖5（a）就是工作在高音訊號下的簡化電路圖。
為了便於分析，將圖中的r1、r2、r3組成的y型網路轉換成△連線方式，如圖5（b）。其中，，。在假設條件r1=r2=r3的條件下，ra=rb=rc=3r1。
ab)圖5 高音等效簡化電路
如果音調放大器的輸入訊號是採用的內阻極小的電壓源，那麼通過rc支路的反饋電流將被低內阻的訊號源所旁路，rc的反饋作用將忽略不計（rc可看成開路）。當高音調節電位器滑動到最左端時，高音提公升的等效電路如圖6(a)所示。此時，該電路的電壓放大倍數表示式為：
，其轉折頻率為：
，。當頻率時，；當頻率時，。從定性的角度上看，對於中、低音區域訊號，放大器的增益等於1；對於高音區域的訊號，放大器的增益可以提公升，最大增益為。
高音提公升電路的幅頻響應曲線的波特圖如圖6(b)所示。
a) 高音提公升等效電路b) 高音提公升等效電路的幅頻響應波特圖
圖6 高音提公升等效電路及幅頻響應曲線
當rp1電位器滑動到最右端時，高音訊訊號可以得到衰減，高音衰減的等效電路如圖7（a）所示。
(a) 高音衰減等效電路b) 高音衰減等效電路的幅頻響應波特圖
圖7 高音衰減等效電路及幅頻響應曲線
該電路的電壓放大倍數表示式為：
。其轉折頻率為：
，。當頻率時，；當頻率時，。可見該電路對於高音訊訊號起到衰減作用。該電路的幅頻響應曲線的波特圖如圖7(b)所示。
在電路給定的引數下，， 。
（2）音調控制器的幅頻特性曲線
綜上所述，負反饋式音調控制器的完整的幅頻特性曲線的波特圖如8所示。根據設計要求的放大倍數和各點的轉折頻率大小，即可確定出音調控制器電路的電阻、電容大小。
圖8 音調控制電路的幅頻響應波特圖
3、 功率放大器
功率放大器的作用是給音響放大器的負載（一般是揚聲器）提供所需要的輸出功率。
功率放大器的主要效能指標有最大輸出不失真功率、失真度、訊雜比、頻率響應和效率。目前常見的電路結構有otl型、ocl型、dc型和cl型。有全部採用分立元件電晶體組成的功率放大器；也有採用整合運算放大器和大功率電晶體構成的功率放大器；隨著積體電路的發展，全集成功率放大器應用越來越多。
由於集成功率放大器使用和除錯方便、體積小、重量輕、成本低、溫度穩定性好，功耗低，電源利用率高，失真小，具有過流保護、過熱保護、過壓保護及自啟動、消噪等功能，所以使用非常廣泛。
三、 主要單元電路參考設計
本設計的音訊功率放大器是乙個多級放大系統。首先根據輸出功率的確定電源大小和整個系統的增益。因為音訊功率放大器的輸出功率pom≥8w。
所以音訊功率放大器的輸出幅值（v）。當輸入訊號最小值為5mv時，整個放大系統的電壓放大倍數為：（倍），即（db）。
根據整個放大系統的電壓增益，合理分配各級單元電路的增益。功率放大器級（採用集成功放）電壓放大倍數取30倍；音調控制器放大器在中頻（1khz）處的電壓放大倍數取1；前置放大器的電壓放大倍數取80（考慮到實際電路中有衰減）。
音訊功率放大器供電電源的選取主要從效率和輸出失真大小方面考慮。如上所述，該系統的輸出訊號幅值為11.3v，從提高效率的角度考慮，電源電壓越接近11.
3v越好，但這樣輸出訊號的失真將增大；從減小失真的角度考慮，可適當的提高電源電壓。綜合考慮，音訊功率放大器整個系統的電源電壓採用±15v供電。
1、 前置放大器電路
根據音訊訊號的特點，前置放大器選擇由ne5532整合運算放大器構成的電壓放大器完
成。ne5532在雜訊、轉換速率、增益頻寬積等方面具有優異的指標，由它組成的電壓放大器可以很好的滿足設計要求，電路如圖9所示。前置放大器有兩級放大器組成，第一級採用ne5532構成的電壓串聯負反饋電路，具有輸入阻抗高的特點。
第二放大器採用ne5532組成的電壓併聯負反饋電路，該電路具有輸出電阻小、抗共模干擾訊號強的特點。第一級放大器的電壓放大倍數為：；第二級放大器的電壓放大倍數為：
；電容c5、c6的作用是高頻濾波，電容c3、c4是去耦電容，消除低頻自激振盪。前置放大器的下限頻率由電容c1和電阻r1決定。
2、 音調控制器電路
該音訊功率放大系統的音調控制電路的控制特性要求為：低音在100hz時為±12db，
高音在10khz時為±12db。設計滿足要求音調控制器的一般步驟為：
（1） 選擇電路結構和放大單元器件
電路結構選用圖2所示的負反饋式音調控制器。放大單元器件選擇整合運算放大器lf356。lf356的輸入阻抗非常高，可達1012ω，可以很好地滿足控制特性要求，只需採用小容量電容器即可。
（2） 計算低音調節轉折頻率和高音調節轉折頻率
根據rp1=rp2=9r1的條件，該音調控制放大器電路的最大提公升和衰減量為：
（db），（db）。
根據圖可知，fl1、fl2、fh1、fh2為轉折頻率，且幅頻特性是按±6db/倍頻程的斜率變化的。已知要求在低音100hz處的提公升或衰減±12db，所以低音調節轉折頻率：
（hz），（hz）。
音訊功率放大器的設計報告
高效率音訊功率放大器的設計預習報告 一 實驗目的 1 了解高效率功率放大器電路的基本構成 2 了解d類功率放大器電路低功耗 低失真 高效率的特點3 熟悉d類功率放大器的設計過程 4 了解d類功率放大器電路設計的難點 5 熟悉功率放大管等器件 6 掌握小規模電子電路模組除錯 聯調方法 二 題目背景 d...
數字音訊功率放大器
數字音訊功率放大器 傳承模擬，創新科技 1 引言 21世紀是數位化的年代，數字音響是追求 原汁原味 音響效果的最有效手段。擴聲音響系統的數位化發展極為迅速，聲源 cd md 和dat 等 都已實現了數位化，並且繼續向更新 更高的技術邁進。數字調音台已不再是專業錄音的專用品，以panasonic ra...
實踐報告寬頻功率放大器
實踐報告 課程名稱 電子電路設計與實踐 一 題目 寬頻功率放大器 院系班級 學生姓名 學號完成日期 2009 年 10 月 15 日 一 電路可實現的功能 該電路由二級直接耦合放大電路和兩個射級跟隨電路組成，可以將20hz 2000khz的輸入訊號放大100倍，並且無明顯失真，輸入阻抗大於500k，...