1、實(shí)用音頻功率放大器摘 要介紹了如何設(shè)計(jì)并制作一款最大不失真輸出功率POR15W（失真度小于5%）;帶寬BW（4020000）Hz（功放部分）;在POR下的效率50%;在前置放大級(jí)輸入端交流短接到地時(shí)，RL=8上的交流聲VPP400mV;前置放大器具有低音、中音、高音調(diào)節(jié)功能;具有音量調(diào)節(jié)功能的實(shí)用功率放大器。關(guān)鍵詞：功率放大；音量調(diào)節(jié)；音調(diào)調(diào)節(jié)一 總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理方案圖如上圖所示。它主要由音頻功率放大、控制器、鍵盤、顯示電路組成。該系統(tǒng)是一個(gè)具有低噪聲、輸出功率可調(diào)控的功放電路。二 單元模塊設(shè)計(jì)2.1 功率放大模塊由于題目已經(jīng)要求使用分立元件做功放后級(jí)，且也規(guī)定使用OCL結(jié)構(gòu)的功放電路，

2、因此，我們就此要求進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。（1）方案一前級(jí)使用高性能的集成運(yùn)放，如NE5532、NE5534、LM381、OPA2134等，后級(jí)采用分立元件做后級(jí)，即用運(yùn)放來驅(qū)動(dòng)功放電路。這樣的電路制作起來相對(duì)簡(jiǎn)單，性能也不錯(cuò)，但是后級(jí)所需的電壓值通常較高，難以滿足題目的要求。（2）方案二整個(gè)電路由分立元件構(gòu)成，后級(jí)采用大功率三極管做輸出，例如2SC5200，B817，TIP35等，以獲得足夠的輸出功率。但是大功率三極管在低壓下難以發(fā)揮其作用，不僅系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且波形極易失真，帶寬小。（3）方案三整個(gè)電路也由分立元件構(gòu)成，前級(jí)使用差動(dòng)放大電路，后級(jí)使用中功率管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。由于要找到兩只性能

3、完全一致的NPN和PNP兩種型號(hào)的大功率管是很困難的，但要找到兩只性能完全相同的同型號(hào)的大功率管就容易多了。與此同時(shí)，采用復(fù)合管作為功率放大三極管，電路簡(jiǎn)單，易調(diào)試。綜上所述，方案三電路比較簡(jiǎn)潔，功率管容易配對(duì)，調(diào)整方便，可兼顧多方面的指標(biāo)要求，所以選擇此方案。其電路原理圖如圖1所示圖1電路輸入部分，由、組成單端輸入、單端輸出的差動(dòng)放大電路，它具有一致性好，容易配對(duì)，工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。信號(hào)由的基極輸入，從的集電極輸出。為推動(dòng)級(jí)，它是由一只PNP管組成的共發(fā)射極放大電路，在這里，采用PNP管是為了和前置級(jí)的NPN管適配，易于中點(diǎn)電壓的調(diào)零。、與、組成復(fù)合準(zhǔn)互補(bǔ)甲乙類推挽功率輸出級(jí)。與組成推挽輸出

4、級(jí)的靜態(tài)偏置電路，使輸出級(jí)工作在甲乙類，調(diào)節(jié)可調(diào)整其工作點(diǎn)。靜態(tài)時(shí)，、的基極電流,其基極電位為-×。由于很小，所以基極電位可近似認(rèn)為0V。而發(fā)射極電位= =-0.7V。所以中的電流=-0.7-(-V)/ =(15-0.7)/7.5×10=1.9mA。I為、兩管靜態(tài)電流之和，故=/2=0.9mA。改變的阻值，就可以調(diào)整前置放大級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。但的值不可過小，否則抑制零點(diǎn)漂移的效果就會(huì)減弱。既是的集電極負(fù)載，又是推動(dòng)級(jí)的偏置電阻。改變的阻值，可以調(diào)整的靜態(tài)工作電流。當(dāng)和選好后，只要調(diào)節(jié)，就可使中點(diǎn)電位為0V。為輸出級(jí)復(fù)合管基極的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整電阻，改變的阻值，就可調(diào)整輸出級(jí)的靜

5、態(tài)工作電流，一般應(yīng)調(diào)在1020mA為好。2.2 音量控制模塊圖22.2.1 控制部分單片機(jī)掃描鍵盤，當(dāng)功率加減按鍵按下時(shí)，程序自動(dòng)內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算，當(dāng)按下功率輸出鍵時(shí)，LCD顯示設(shè)置的輸出功率，一方面，單片機(jī)控制DA轉(zhuǎn)換芯片DAC0832輸出控制電壓，調(diào)整輸入信號(hào)的強(qiáng)弱；另一方面，程序控制輸出功率的強(qiáng)弱限制輸出功率的大小符合事先的設(shè)置值，此時(shí)的輸出信號(hào)的電壓值由ADC0809取得并傳送到單片機(jī)處理，由此得到的數(shù)據(jù)反饋到DAC0832中，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以設(shè)置的功率恒定輸出。于是，功放的輸出功率由程序控制，成為數(shù)字控制的功率輸出。2.2.2 顯示部分方案一：使用數(shù)碼管LED顯示。使用LED

6、顯示的好處是顯示亮度高，元件的價(jià)格低，容易購(gòu)買。方案二：使用液晶LCD顯示屏顯示數(shù)據(jù)。LCD屏可以多行同時(shí)顯示字符，并且能顯示漢字或者任何的字母數(shù)字，占用面積小，響應(yīng)速度快。方案一有個(gè)很大的缺點(diǎn)就是當(dāng)需要顯示的字符很多的時(shí)候，PCB布線將變得很繁瑣，占用單片機(jī)資源比較多，雖然串行顯示可以解決這個(gè)問題，但是為了避免不必要的麻煩，把時(shí)間浪費(fèi)在程序編寫以及PCB 布線上，使用LCD顯示是一個(gè)很好的選擇。字符顯示方面，一個(gè)方案是使用LED數(shù)碼管顯示，另一個(gè)方案是使用LCD液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)。而且現(xiàn)在的LCD自帶字庫，編程顯示字符變得非常簡(jiǎn)單。2.2.3 鍵盤部分方案一：所有的數(shù)字字符采用4*4按鍵控制

7、。方案二：采用一個(gè)控制按鍵加一個(gè)設(shè)置按鍵來控制單片機(jī)的運(yùn)行。方案一明顯不能體現(xiàn)簡(jiǎn)約的設(shè)計(jì)方法，因此如果使用方案二的話，只要在程序上稍微編寫一下，將能省下很多接口資源，并且控制起來簡(jiǎn)單很多，布線也非常簡(jiǎn)單，因此鍵盤使用方案二。2.2.4 輸入信號(hào)控制部分方案一：采用數(shù)字電位器控制輸入信號(hào)。方案二：采用DA控制輸入信號(hào)。方案一采用數(shù)字電位器，目前數(shù)字的數(shù)字電位器可控制的電壓幅度有限，最大電壓不超過5V，且課通過電流也很小，線性度差，單片機(jī)控制起來不方便。所以采用方案二，DA采用DAC0832，單片機(jī)控制起來極其方便，線性度也較好，但信號(hào)經(jīng)過DA后，被摻入噪聲，所以在輸出端需加電容濾波。2.2.5

8、整流電路部分方案一：采用一般的橋堆整流濾波。方案二：采用帶反饋的運(yùn)放整流電路。方案一中，整流橋堆在整流時(shí)電壓會(huì)有壓降，將導(dǎo)致在計(jì)算功率時(shí)出現(xiàn)較大誤差。方案二采用了反饋技術(shù)保證了在整流時(shí)不會(huì)產(chǎn)生壓降，在計(jì)算功率時(shí)精度大大提高。2.2.6 輸出功率測(cè)量部分方案直接確定為：功放的輸出電壓經(jīng)過整流電路得有效值，有效值經(jīng)過ADC0809將模擬電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在單片機(jī)內(nèi)換算成功率值顯示在LCD上。2.2.7 濾波電路部分方案一：采用普通電容濾波。方案二：采用8階有源濾波。方案一中采用傳統(tǒng)電容濾波方式，但是需使用大小不一的多種電容，占空間大，且效果不一定好。如采用有源濾波，電路簡(jiǎn)單，濾波效果好，最高只能

9、讓0.0001Hz的頻率通過。三 各器件的安放位置及布線規(guī)則功放電路應(yīng)遵循單點(diǎn)接地的原則，即以電源地為“點(diǎn)”，前后級(jí)各元件的接地端都一根一根的接到電源地去。前后級(jí)的電源也采取單點(diǎn)接地的布線規(guī)則，以避免后級(jí)的大電流影響到前級(jí)電路。并且電源地與輸出地應(yīng)盡可能的接近，輸入端的地線也應(yīng)引長(zhǎng)線到電源地，這樣可以進(jìn)一步減少影響，減小噪聲電壓。走線應(yīng)追求短，并且簡(jiǎn)潔。功放電路的布局也很重要，應(yīng)遵循簡(jiǎn)潔、對(duì)稱、美觀的原則。四 測(cè)量?jī)x器TFG2050V型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；失真度測(cè)試儀五 測(cè)試報(bào)告電源提供±20V電源，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出0.35Vpp的正弦信號(hào)，接好負(fù)載和失真度測(cè)試儀，示波器探

10、頭測(cè)量輸出端。（1）失真度及功率測(cè)試 在失真度為 0% 時(shí)，輸出功率為 15.0171 W。（2）頻率響應(yīng)輸入0.35Vpp正弦波，調(diào)整輸入信號(hào)頻率，測(cè)得帶寬為5Hz100KHz，優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。（3）將輸入端交流短接到地，功率輸出端接上8電阻負(fù)載，用雙蹤示波器測(cè)得輸出噪聲電壓為= 10mVpp。（4）固定信號(hào)源的幅度和頻率，設(shè)置輸出功率信號(hào)源幅度信號(hào)源頻率設(shè)置的輸出功率顯示的輸出功率測(cè)量的輸出功率1.5Vpp1KHz5W5W5W1.5Vpp1KHz8W8W7.96W六 設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)可以控制輸出功率的音頻放大器，能夠使用鍵盤控制輸出任何有效范圍內(nèi)的功率，并且要求功率放大器具有低

11、噪聲高效率等。我們?cè)谥谱鞯倪^程中遇到了很多的麻煩，不過由于我們?cè)谫惽白隽顺渥愕臏?zhǔn)備，經(jīng)過仔細(xì)的論證試驗(yàn)都圓滿的解決了。參考文獻(xiàn)1 楊詮科 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 2003年1月2 肖景和 趙健 高保真音響電路與家庭影院音響系統(tǒng) 人民郵電出版社 2000年11月3 李雄杰 葉建波 家用音響原理與檢修 電子工業(yè)出版社 2002年7月附 錄單片機(jī)程序：#include <REG51.H>#define uchar unsigned char#define DAC0832 P3sbit P11=P11;sbit P12=P12;unsigned int j;void displa

12、y(uchar dat);uchar code dis_code16=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/共陰代碼uchar code bitcode8=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe; /數(shù)碼管位選代碼void delay()unsigned int t=250;while(t-);void main()DAC0832=128;P0=0XFF;/delay1();while(1)display(DAC0832);if(P12=0)for(j=0;j<150