音频功率放大器课程设计

飞

电子技术综合训练

设计报告

题目：

姓 名： 梵蒂冈

学 号： 2244456

班 级： 儿歌

成 员： 各额外人

指导教师： 豆腐干

日 期： 2011/12/29

飞

摘要

本电路设计采用前置放大电路和音频功率放大电路相结合的放大模式，前者采用TL072对电压进行放大，后者采用性能优良的TDA2616对电压和电流放大，给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。在前置放大和功放之间加上一个滑动变阻，就保证了音量可调，在滑动变阻器之前再加上一足够大电阻，这样保证了信号不失真。除此之外，加上相应的旁路电容又使得电路具有杂音小，有电源退偶，无自激等优点。根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用multisim11软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。

关键词： TL072 TDA2616 性能优良 音量可调 杂音小

飞

目 录

1 设计任务和要求 ......................................................................................................................... 4

1.1设计任务 ............................................................................................................................ 4

1.2设计要求 ............................................................................................................................ 4

2 系统设计 ..................................................................................................................................... 5

2.1系统要求 ............................................................................................................................ 5

2.2方案设计 ............................................................................................................................ 5

2.3系统工作原理 .................................................................................................................... 6

3 单元电路设计 ............................................................................................................................. 9

3.1前置放大电路 .................................................................................................................... 9

3.1.1电路结构及工作原理 ............................................................................................ 9

3.1.2元器件的选择及参数确定 .................................................................................. 12

3.1.3 前级放大电路仿真 ............................................................................................. 13

3.2后级放大部分 .................................................................................................................. 13

3.2.1电路结构及工作原理 .......................................................................................... 15

3.2.2电路仿真 .............................................................................................................. 16

3.2.3元器件的选择及参数确定 .................................................................................. 17

3.3音源选择电路 .................................................................................................................. 17

3.3.1电路结构及工作原理 .................................................................................................. 17

3.3.2电路仿真 ...................................................................................................................... 18

3.3.3元器件的选择及参数确定 .......................................................................................... 19

3.4电源 .................................................................................................................................. 19

4 系统仿真 ................................................................................................................................. 23

5 电路安装、调试与测试 ........................................................................................................... 25

5.1电路安装 .......................................................................................................................... 25

5.2电路调试 .......................................................................................................................... 27

5.3系统功能及性能测试 ...................................................................................................... 27

5.3.1测试方法设计 ...................................................................................................... 27

6·结论 ............................................................................................................................................. 30

参考文献......................................................................................................................................... 31

总结、体会和建议 ......................................................................................................................... 32

附 录........................................................................................................................................... 34

飞

1 设计任务和要求

1.1设计任务

设计并制作一个音频功率放大器，将MP3输出的音乐信号放大

1.2设计要求

1.放大器有两个MP3输出输入接口；

2.能够使用电子开关进行音源选择，并且能够用发光二极管指示；

3.放大器设有音量控制，功率放大功能；

4.主要技术指标如下：

（1）额定输出功率：2×1W（或2×5W）（THD≦0.5﹪）

（2）负载阻抗： 8

（3）输入阻抗： ≧600

5.电源：220V/50HZ的工频交流电供电；

（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）

6.按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用版焊接元器件，制作电路，完成调试，测试，撰写设计报告。

发挥部分：

1.设计均衡电路（音调电路）：

2.有电平指示功能。

飞

2 系统设计

2.1系统要求

1.放大器有两个MP3输出输入接口；

2.能够使用电子开关进行音源选择，并且能够用发光二极管指示；

3.放大器设有音量控制，功率放大功能；

4.主要技术指标如下：

（1）额定输出功率：2×1W（或2×5W）（THD≦0.5﹪）

（2）负载阻抗： 8

（3）输入阻抗： ≧600

5.电源：220V/50HZ的工频交流电供电；

2.2方案设计

设计方案分析

根据推任务要求，设计总电路需要弱信号前置放大级电路和功率放大电路两个基本电路，其中前置级主要完成小信号的电压放大任务；功率放大级则实现对信号的电压和电流放大任务。以一路声道为例，该音频功率放大器可由图 1 所示框图实现。

电路设计方案:

飞

图1 音频功率放大器组成框图

2.3系统工作原理

原理框图:

图2.3.1图2.3.1 系统结构框图图2.3.1 系统结构框图 系统结构框

图

弱信号前置放大级

弱信号前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。符合上述条件的集成电路有：M5212、LM5213、LLM1875、TDA1514、NE5532、NE5534、TL072等。本系统设计选用TL072，因为同众多的运放相比, NE5532具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能。这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能, 较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出, 使电路的整体指标大大提高。由于MP3有两路信号输入，分别为左右声道，所以放置两路前置放大电路，为后级放大做电压放大。

功率放大级

根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成

飞

电路完成。由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试得好，则性能很可能高过较好的集成功放。许多优质功放均是分立功放。但其中只要有一个环节出现问题或者搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载、过流、过热等损坏还得加复杂的保护电路。现在市场上有许多性能优异的集成功放芯片，如TDA2040A、LM1875、LM386等。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求是没有问题的。另外集成运放还有性价比高的特点。本电路中LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电。 其特点是工作电压范围宽，4-12V 或者 5-18V， 外围元件少， 电压增益可调，20-200，低失真度，符合本电路的设计要求。

音源选择

根据题目设计要求，两个MP3作为输入，有音源选择电路控制其中一路的输出。要求没有延迟，不会有信号的衰减和失真。而每个MP3有两路信号输入，分别为左右声道，两个MP3有4路信号输入，选择方式一般有机械式，继电器式，电子式。机械式通过拨动选择开关选通某一音源，继电器式是用继电器及相应的驱动电路代替机械式选择开关，电子式是用电子线路构成模拟式电子开关来选择音源。机械式虽然电路简单，声道隔离度好，但其对选择开关要求较高，否则频繁的拨动选择开关容易使开关老化，影响整机性能。继电器式声道隔离度好，但装配较复杂，另外还有一定的电磁干扰，一般采用的不多。电子式选择电路设计灵活，装配方便，应用比较广泛，许多半导体公司都生产出了这种用途的多路开关电路。这种方式的缺点是通道隔离度稍低，但在一般情况下足以满足要求。故本实验采用电子式音源选择电路。我们学选择CD4066,作为选择电路的核心元件，CD4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输。CD4066由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号端，开关可以相互独立地开断，互补影响。

飞

电源部分

音频功放的电源部分是很重要的组成部分，一般选择稳定的单相桥式整流电路做功放的电源，由于实验室提供了稳定的直流源，经过测试后满足功放系统的设计要求，所以不再详细设计电源部分。

飞

3 单元电路设计

3.1前置放大电路

3.1.1电路结构及工作原理

前置放大器

音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源

的种类有多种，如传声器（音源）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。

对于音源和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能:一是使音源的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于音源输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况

飞

下，采用低噪声场效应管组成放大器是合理的选择。如果采用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。对于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。图2为前置放大电路原理图。

图2 前置放大电路原理图

在前置放大电路元件的选择上，我们选择了低噪声JFET输入运算放大器ＴＬ０７２，以下图３、图4为TL072的封装管脚图和内部结构图：

图3 TL072封装管脚图

飞

图4 TL072内部结构图

TL072的功能说明表

以下是

飞

由于TL072是电压放大型器件，所以在前置放大电路张，TL072用于电压放大。在参数方面，完全能够满足设计需求，尤其是低内阻特性，较宽的响应频带而且考虑到成本的限制，所以选择了价格较低的TL072做前级核心元件。在前置放大电路中，TL072分别为差分式放大电路的前级放大器，在原理图中为U1和U2的位置。由于左右声道原理和元件及结构都相同，所以只以左声道为例，列出原理图及结构图。

在二级放大中想经过电压放大的信号进行电流放大，再二级放大中，使用NPN和PNP三极管分别对差分电路的两路进行二级放大。三极管型号分别为NPN型2SD667和PNP型2SB647。

3.1.2元器件的选择及参数确定

在前级放大时，首先需要对电压进行放大，综上所述，TL072为电压放大器，所以可以满足设计要求，而且成本较低，所以选择TL072为前置放大电路的核心放大元件。

在二级放大中想经过电压放大的信号进行电流放大，再二级放大中，使用NPN和PNP三极管分别对差分电路的两路进行二级放大。

电容选择：在音频电路中，信号电容应该越大越好，首先可以对负载进行保护，防止直流渗透进负载，将扬声器烧坏，其次，音效好，可以将低频拉低，有很好的下潜度，和弹性，收放自如。但在前级没有较大的直流产生，前级的放大接近1，所以前级输出电容选择47μF电解电容，在此注意电容正负极，选择电解电容也不会对后级有较大影响，前级主要起滤波和整理输入信号的作用，在TL072的供电部分，使用47μF电解电容并联一个0.1μF的瓷片电容，在首次调试中，没有瓷片电容，发现，有较多的高次谐波产生，而且负反馈深度不够，所以将之前输入的1000Ω电阻降为200，目的是展宽通频带，在展宽通频带的同时又有较大的放大电压，所以为了减轻放大倍数增高所有可能产生的自激振荡，在TL072第4脚和第8脚各并联一个0.1μF瓷片电容，并联后，效果明显提升，由于放大倍数约为1，所以，放大效果不好，但是相频特性已有较大改观，在用耳机测试时，已有较高的声音素质，高频明亮，但没有冲头感，中频段一般，没有多少特色， 低频段，下潜度较好，低频弹性也较好，测试耳机接DT235，音

飞

源为笔记本音源，曲目为加州旅馆WAV格式音源。考虑到负载要求，还需要接后级电路。因此接入后级放大。

3.1.3 前级放大电路仿真

如图5所示当输入正弦波幅值为2V时，经放大电路放大后输出正弦波的幅值为22V（图中纵坐标为每格10V），则仿真结果与计算结果吻合。

图5 前级放大电路波形仿真

3.2后级放大部分

功率放大级的作用是将来自前置放大器的信号进行功率放大。功率放大级可以由集成放大器组成，也可以由分离元件组成，一般后者性能优于前者，但为使实验简单，采用集成功率放大器。集成功率放大器的种类很多，本系统采用TDA1521A构成集成功率放大电路。

TDA2616是PHILIPS公司生产的双声道功放，可单电源工作，也可双电源工作，在±16V电源时可获得2×12W功率。内部设置了过热保护及静噪电路，接通或断开瞬间有静噪功能，可以在接通或断开瞬间抑制不需要的输入，保护功放及喇叭。该集成功率放大电路性能优良，外围电路简单，广泛应用于大屏幕电视机的音频信号放大电路，以及其它音频设备。TDA2616是TDA1521的替代型号。其各引脚功能如下：

飞

tda2616引 脚功能TDA2616引脚功能及参考电压：1脚：10V——信号输入12脚：5V——静噪（低电平静噪）3脚：10V——1/2基准电压4脚：10V—— 信号输出15脚：0V——地6脚：10V——信号输出27脚：20V——电源8脚：10V——负向输入端9脚：10V——信号输入2vc

tda2616引脚功能

TDA2616引脚功能及参考电压：

1脚：10 V——信号输入1

2脚：5V——静噪（低电平静噪）

3脚：10V——1/2基准电压

4脚：10V——信号输出1

5脚：0V——地

6脚：10V——信号输出2

7脚：20V——电源

8脚：10V——负向输入端

9脚：10V——信号输入2

飞

图5 TDA2616管脚图及管教说明表

3.2.1电路结构及工作原理

飞

、

图6 后级放大电路图

3.2.2电路仿真

由于Multisim仿真软件中找不到TDA2616，故我们方针是根据其内部结构，构造出内部元件及其接线方式，以完成TDA2616的仿真。图7即为搭建的后级放大电路原理图，图8是Multisim仿真出的波形图，当输入波形幅值为100mV时，输出波形幅值为300mV左右，则放大倍数约为31.6倍（增益约为30dB）。

图7 后级放大原理图