音頻放大電路設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　音頻放大電路設計</b></p><p>　　姓 名： </p><p>　　院 系： 物理與電子工程系 專 業(yè)： 電子與信息工程技術(shù) </p><p>

2、;　　學    號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　二零一二年三月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目錄1&

3、lt;/b></p><p><b>　　摘要：2</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞：2</b></p><p>　　Abstract:2</p><p>　　Key word: 3</p><p><b>　　引 言:4</b

4、></p><p>　　一、設計目的和要求4</p><p><b>　　二、設計內(nèi)容4</b></p><p>　　三、總體設計方案5</p><p>　　四、設計原理分析5</p><p>　　4.1電源電路的設計6</p><p>　　4.1.1集成穩(wěn)

5、壓器的選擇7</p><p>　　4.1.2電源變壓器的選擇7</p><p>　　4.1.3整流二極管的選擇8</p><p>　　4.1.4濾波電容的選擇8</p><p>　　4.1.5保護電路9</p><p>　　4.2功放電路的設計9</p><p>　　4.2.1音量控

6、制電路10</p><p>　　4.2.2前置放大電路10</p><p>　　4.2.3功率放大電路11</p><p>　　五、多路功放的設計思路15</p><p>　　6.1 LM386應用電路16</p><p><b>　　七、總 結(jié)17</b></p>

7、<p><b>　　致 謝18</b></p><p><b>　　參考文獻：19</b></p><p>　　摘要：該設計正是基于模擬電子基礎所講功率放大電路，主要依托OCL雙電源功率放大電路，基本上全部使用分立元件，在功率放大電路前有加了一個前置放大電路（即對輸入信號進行放大），電源供電電路主要采用三端集成穩(wěn)壓塊MC7812和

8、MC7912正負雙電源為電路提供電源。</p><p>　　通過本設計讀者可以很好地了解基本模擬音頻功率放大電路的工作原理，功放電路的元件的選擇以及各項參數(shù)的計算，掌握放大電路的設計方法。為其他的放大電路的設計提供了極好的理論和實踐基礎，為今后的學習做下了很好的鋪墊！</p><p>　　關(guān)鍵詞：OCL，三端集成穩(wěn)壓，功率放大</p><p><b>　　

9、Abstract:</b></p><p>　　The design is based on the book of analog electronics technology.The main part is OCL double power supply amplifier circuit, basically all use discrete components, the addition o

10、f a preamplifier circuit before the power amplifier circuit ( amplification of the input signal), the power supply circuit using three-terminal integrated voltage regulator MC7812 and MC7912 positive and negative dual po

11、wer supply provides power to the circuit.</p><p>　　Through this design, the reader can understand the working principle of the basic analog audio power amplifier circuit, component selection and the calculat

12、ion of the parameters of the amplifier circuit, master amplifier design. Other amplifier design provides an excellent theoretical and practical foundation, it will give us more help in the future!</p><p>　　K

13、ey word: OCL , voltage regulator , Power amplifier</p><p>　　引 言:隨著人們生活水平的不斷提高人們對電子產(chǎn)品的需求量也有著迅猛的發(fā)展。音頻功率放大電路的應用隨處可見從傳統(tǒng)的收音機、擴音器、卡帶式錄音機。一直到現(xiàn)在的MP3、MP4、手機甚至于平板電腦、高級音響中它的地位也從未被撼動過。可見音頻功率放大電路是多么的重要。真是不敢想像如果沒有音頻放大

14、電路我們的生活會怎樣。</p><p>　　另外音頻放大電路也是其他放大電路的基礎，雖然現(xiàn)在的數(shù)字放大電路和基于晶閘管的放大電路技術(shù)已經(jīng)成熟但是它們都是由基本的音頻放大電路的基礎上發(fā)展而來的。基本的模擬音頻功率放大電路的作用任然不可小視。</p><p><b>　　一、設計目的和要求</b></p><p>　　該設計主要從音頻功率放大電路的

15、整體設計思路和各項參數(shù)的計算，比較全面的闡述了整個電路的設計方法，為初學者以及電子制作愛好者提供一個自我學習和設計的依據(jù)。要求所涉及的電路主要以下功能：</p><p>　　1、采用直接耦合的功率放大器。額定輸出功率4W，負載阻抗8歐姆。</p><p>　　2、原則上全部使用分立元件</p><p>　　3、要具有合適的頻響寬度</p><p&

16、gt;　　4、具有音量調(diào)節(jié)功能</p><p><b>　　二、設計內(nèi)容</b></p><p><b>　　1、畫出電路原理圖</b></p><p>　　2、確定元器件，計算出元件參數(shù)</p><p>　　3、SCH原理圖文件的輸出與打印</p><p><b>

17、;　　三、總體設計方案</b></p><p>　　根據(jù)設計任務的要求，本系統(tǒng)的組成方框圖如下圖所示</p><p><b>　　信號輸入</b></p><p><b>　　四、設計原理分析 </b></p><p>　　由于該設計的目的主要是為初學者提供一個音頻功率放大電路的設計基礎

18、，從整體上掌握功放電路的設計方法，所以一切從簡單易懂入手，最簡單的思路是依據(jù)模擬電子書上的OCL功率放大電路，OCL是雙電源供電，可用兩個三端集成穩(wěn)壓塊輸出正負雙電源。在信號輸入之前，可以對信號進行一個前置放大，用最經(jīng)典的µA741同比例運算放大器即可。進行音調(diào)控制，最簡單的方法是用一個電位器就可以控制。</p><p>　　在該電路中，要求RL=8， =200mv, =4W,頻帶范圍為50～6KHz,

19、20k.</p><p>　　下面分別介紹各部分電路的設計過程</p><p>　　4.1電源電路的設計</p><p>　　有設計要求可知，電路要求最大輸出功率為4W，負載阻抗為8，由此我們可以確定電源電壓，根據(jù)OCL電路最大輸出功率計算公式可知</p><p>　　可求得 </p><p>

20、　　為功放管的飽和壓降；為功放管發(fā)射極電阻上的壓降，但是為了計算簡便，通常用下是計算 </p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　得出電源電壓后，我們可以有如下電路為功放電路供電</p><p>　　4.1.1集成穩(wěn)壓器的選擇</p><p>　　為了提供給功放電路12V電源，我們可以選擇

21、兩個三端固定式集成穩(wěn)壓器MC7812和MC7912,查手冊可知，輸出電壓,,最大輸入電壓均能穩(wěn)壓。</p><p>　　4.1.2電源變壓器的選擇</p><p>　　由于三端固定式集成穩(wěn)壓器構(gòu)成穩(wěn)壓電路時要求輸入端的電壓不能過低，要求</p><p>　　但是為了留有余量，我們可選擇大一點，在這里我們選,因為在這里它滿足MC7812的電壓輸入范圍14V<&l

22、t;35V,所以我們盡量要選大一點。</p><p>　　因為本電路采用了橋式整流電容濾波電路，根據(jù)橋式整流電容濾波電路的輸入輸出關(guān)系</p><p>　　即為穩(wěn)壓電路的輸入，為變壓器的副邊電壓，所以變壓器二次電壓有效值為 </p><p>　　變壓器的變比 在市電電壓下降時，要保證集成穩(wěn)壓器正常工作，,約為，變壓器的一次側(cè)電壓.即使市電下降到時，電路仍能正常工作

23、，符合設計要求。的取值不能過大，否則會加大集成穩(wěn)壓器的功耗，降低電源效率。</p><p>　　4.1.3整流二極管的選擇 </p><p>　　該電路流過整流二極管的平均電流為 </p><p>　　但考慮到電容濾波電路的沖擊電流的影響，二極管的最大正向整流電流</p><p>　　二極管的最高反向工作電壓為</p><

24、;p>　　在這里我們使用整流橋堆即可滿足條件。</p><p>　　4.1.4濾波電容的選擇</p><p>　　因為在這里我們使用雙電源供電，采用了LM7812和LM7912兩塊三端集成穩(wěn)壓塊，電路的兩個輸入電容C1和C2都取1000µF左右，其余三端集成穩(wěn)壓器的外圍元件可通過查手冊得到，這里不再敘述，在上圖中已經(jīng)標出。</p><p><b

25、>　　4.1.5保護電路</b></p><p>　　上圖中的二極管VD1和VD2為電路的保護二極管，假如圖中LM7912的輸入端出斷開，再無VD6的情況下，通過負載直接加至;M7912的輸出端，時輸出端對地承受的反向電壓而損壞。加入VD6后，VD6導通使輸出端電位鉗制在0.7V,起到了保護作用。VD5,VD6的最大整流電流應該選擇集成穩(wěn)壓器的最大輸出電流，(一般集成穩(wěn)壓器的最大輸出電流在1.5

26、A左右)。</p><p>　　為了留有裕量，VD5,VD6最高反向電壓</p><p><b>　　></b></p><p>　　4.2功放電路的設計</p><p>　　該功放電路分為三個部分，依次為音量控制、前置放大、功率放大。下面進行一一介紹：</p><p>　　4.2.1音量控

27、制電路</p><p>　　為簡便起見，這里的音量控制電路僅用一個10K的電位器即可控制音量的大小，但是需要注意的是，這個電位器最好放在前置放大器之前（即輸入信號未被放大的時候），因為信號在未放大前，只要信號有一個很小的變化，輸出端的音量輸出就會變化很大，若放在前置放大電路之后，即使調(diào)節(jié)范圍很大，輸出也不會有太明顯的變化。</p><p>　　4.2.2前置放大電路</p>

28、<p>　　這里的前置放大電路用我們書上常講的µA741組成同相輸入組態(tài)放大電路。</p><p>　　靜態(tài)時，功放電路輸出端O點電位,O點為“交流零點”。上圖中的電阻接地有兩個作用：一是決定了同相輸入放大電路的激勵級的輸入電阻；二是使靜態(tài)時，,反向輸入端經(jīng)、接交流零點。故靜態(tài)時，運放輸出端。</p><p>　　在電路中，輸出端將信號經(jīng)反饋回路、、、反饋到輸入端，組成

29、了一個交流電壓串聯(lián)負反饋，可以提高電路的輸入電阻，降低輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓，提高電路的穩(wěn)定性。</p><p>　　電路的總電壓放大倍數(shù) </p><p>　　則電壓串聯(lián)深度負反饋電路的放大系數(shù)為：</p><p>　　一般取,則,取,但為了保證留有裕量，選擇的電位器。</p><p>　　4.2.3功率放大電路</p&g

30、t;<p><b>　　（1）工作原理分析</b></p><p>　　功率放大電路采用通用型的分立元件OCL實用電路，OCL實用電路為雙電源互補對稱功放電路。輸出級的功率管分別為NPN管和PNP管，而且要求兩管參數(shù)相等。在要求輸出功率較大的情況下，要選用一對互補的且參數(shù)相等的大功率管比較困難，一般采用圖中所畫的復合管作為大功率管。圖中的的V1、V3可選用小功率管，V2、V4選

31、大功率管，而且V1與V3、V2與V4參數(shù)要各自相等，增加對稱程度。</p><p>　　上圖中、、、、組成功放復合管的靜態(tài)偏置電路，、正偏導通。靜態(tài)時使復合管處于微導通狀態(tài)，使功放工作于甲乙類狀態(tài)，以克服交越失真。</p><p>　　、組成電流串聯(lián)負反饋電路，可提高電路的穩(wěn)定性，減小非線性失真，展寬通頻帶。分析反饋時可這樣分析：由于電路是一個互補對稱的，而輸入信號是一個正弦交流信號，在正

32、負半周信號的流向也不同，動態(tài)時電路處于導通狀態(tài)，當信號正半周時，經(jīng)上半部分電路、輸出，然后是經(jīng)反饋回來的，即就是反饋回路，此時、不工作，即不用分析下半部分電路。當信號負半周時亦是如此，這里不再闡述。</p><p>　　、為復合管穿透電流分流電阻，用以減小復合管的總的穿透電流。</p><p>　　、為平衡電阻。因為是NPN管，為PNP管，其導電形式不同，信號輸出接法也不同，是射極輸出組態(tài)

33、，；是集電極輸出，>1，且輸入阻抗也不相等，致使加至、基極的信號不對稱。故加入兩個相等的電阻，使輸出信號正半周、負半周對稱。</p><p><b>　?。?）電路設計計算</b></p><p><b>　　1)電源計算</b></p><p>　　電源的計算已在前面電源的設計中算過，這里不再計算。</p&g

34、t;<p><b>　　2）大功率管的選擇</b></p><p><b>　　最大集射間耐壓值：</b></p><p>　　最大集電極電流： </p><p>　　最大集電極耗散功率：</p><p>　　查手冊，、選3DD3,就符合要求。</p><p>

35、;　　3）復合管的小功率管的選擇</p><p>　　與組成NPN型復合管，與組成PNP型復合管，承受的最大電壓均為。因為考慮到、對、的分流作用和三極管的損耗，、管的集電極功耗可用下式計算：</p><p>　　因為大功率管的放大倍數(shù)較低，取20，代入上式得</p><p>　　考慮到、的對稱性，選：</p><p>　　3DG120B,,,

36、</p><p><b>　　選：</b></p><p>　　3CG120B，，，</p><p>　　3）復合管外接電阻的選擇</p><p>　　1.電流反饋電阻、的選擇</p><p>　　這兩個電阻一般為0.5Ω左右，選得過大會降低電路效率。但也不能過小，以提高功放輸出級工作穩(wěn)定性和減小

37、非線性失真，一般按下式選擇：，則,我們可以選擇1Ω，2W的金屬膜電阻即可。</p><p>　　2.穿透電流分流電阻、的選擇</p><p>　　、用來減小復合管總的穿透電流，提高復合管的熱穩(wěn)定性。但是、對信號也有分流作用，使復合管的β值下降，阻值不能取得過大，也不能過小，一般按下式計算，式中為管的輸入電阻，計算公式為 </p><p&g

38、t;　　大功率硅管約為10Ω，β較小，約為20倍。這里我們選擇，，代入上式得 </p><p>　　則 在這里我們選擇</p><p><b>　　3.平衡電阻的選擇</b></p><p>　　平衡電阻、可由下式計算</p><p><b>　　//</b&

39、gt;</p><p>　　、取標稱值30Ω的電阻就符合要求。</p><p>　　4）靜態(tài)偏置電路元件的選擇</p><p>　　在電路中，我們一般選擇為1KΩ精密電位器，、的導通電壓，型號選擇1N4148硅開關(guān)二極管，其正向重復峰值電流,反向峰值工作電壓,額定功率P=0.5W滿足要求。</p><p>　　、 可以忽略不計。由上式得 ，取

40、11KΩ,為保證對稱，。</p><p>　　阻容吸收網(wǎng)絡、的選擇</p><p>　　揚聲器屬于電感性負載，、是用來吸收電感性負載產(chǎn)生的過電壓，避免擊穿功放管，同時它具有改善揚聲器高頻響應的作用，一般取幾歐至幾十歐，本電路中我們?nèi)?0Ω。一般取零點零幾微法至零點幾微法，取0.1µF最好。</p><p>　　五、多路功放的設計思路</p>

41、<p>　　以上設計的功放電路是最簡單的分立元件式的功放，而且只有一路信號，沒有重低音輸出和高音輸出先簡單介紹多路輸出的具有超重低音功放的設計思路，僅以方框圖的形式給出：</p><p>　　六、集成功率放大器應用電路的簡要介紹 （LM386）</p><p>　　集成功率放大器是在集成運放基礎上發(fā)展起來的，其內(nèi)部電路與集成運放相似。但是，由于其安全、高效、大功率和低失真的要求，

42、使得它與集成運放又有很大的不同。 電路內(nèi)部多施加深度負反饋。</p><p>　　集成功率放大器廣泛應用于收錄機、電視機、開關(guān)功率電路、伺服放大電路中，輸出功率由幾百毫瓦到幾十瓦。除單片集成功放電路外，還有集成功率驅(qū)動器，它與外配的大功率管及少量阻容元件構(gòu)成大功率放大電路，有的集成電路本身就包含兩個功率放大器，稱為雙聲道功放。</p><p>　　下面介紹一種比較常用的集成功率放大器LM3

43、86：</p><p>　　LM386是一種低電壓通用型音頻集成功率放大器，廣泛應用于收音機，對講機和信號發(fā)生器中。LM386有兩個信號輸入端，2腳為反向輸入端，3腳為同相輸入端；每個輸入端的輸入阻抗均為50KΩ，而且輸入端對地的直流電位接近于零，即使對地短路，輸出端直流電平也不會產(chǎn)生大的偏離。</p><p>　　6.1 LM386應用電路</p><p>　　

44、LM386的電壓范圍為5~18V，當電源電壓為6V時，靜態(tài)工作電流為4mA，靜態(tài)功耗僅為24mW。當，時輸出功率為1W。</p><p>　　LM386應用電路有圖所示</p><p><b>　　簡要說明：</b></p><p>　　信號從3腳同相輸入端輸入，從5腳</p><p><b>　　經(jīng)耦合電容輸

45、出。</b></p><p>　　7腳所接電容為去耦濾波電容，</p><p><b>　　取幾十微法即可。</b></p><p>　　與組成增益調(diào)整電路。當，芯片內(nèi)電阻 電阻被短接，；當為2

46、0KΩ時</p><p>　　為輸入音量控制電位器，取10KΩ。一般取幾十微法，上圖中取10µF。</p><p>　　為OTL電路輸出電容，取幾百微法，220µF即可，耐壓值。</p><p>　　、組成阻容吸收網(wǎng)絡，用來吸收電感性負載產(chǎn)生過電壓，避免擊穿芯片內(nèi)功放管。在上面的設計中已對阻容網(wǎng)絡做了詳細介紹，這里不再闡述。</p>

47、<p><b>　　七、總 結(jié)</b></p><p>　　該設計從最簡單的分立元件功放電路入手，詳細的介紹了功放電路的整個設計過程以及電路各部分的工作原理和參數(shù)的計算，為初學者能夠迅速的掌握功放電路的設計方法提供了依據(jù)，而后又介紹了具有超重低音多路功放的設計思路，論文結(jié)尾提出了功放電路的發(fā)展趨勢，以及集成功率放大器的優(yōu)點，它將逐漸代替分立元件功放電路。</p>

48、<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次論文設計過程中，xx老師對該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導,使我得以最終完成畢業(yè)論文設計。在學習中,老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，導師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師和

49、同學的關(guān)心支持和幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！</p><p>　　最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議的汪老師表示感謝。還要感謝和我同一設計小組的幾位同學，是你們在我平時設計中和我一起探討問題，并指出我設計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設計順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。</p><p><b>　　參考

50、文獻：</b></p><p>　　【1】陳梓城 《實用電子電路設計與調(diào)試》 中國電力出版社 2006年第二版</p><p>　　【2】卞小梅 《模擬電子基礎》 南京無線電工業(yè)大學出版社2007年 第二版</p><p>　　【3】秦曾煌 《電工學 電工技術(shù)》 高等教育出版社2006年 第六版 </p><p&g