音頻功率放大器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　題目 音頻功率放大器 </p><p><b>　　目      錄</b></p><p>　　引言 …………………………………………………………………………………2</p><p>　　第一章　電源電路……………………………

2、…………………………………………3</p><p>　　第一節(jié)、電路組成及各部分電路作用……………………………………………3</p><p>　　第二節(jié)、各部分電路工作原理……………………………………………………3</p><p>　　第二章　前置放大電路…………………………………………………………………6</p><p>　　第一節(jié)、前置放

3、大器的功能………………………………………………………6</p><p>　　第二節(jié)、前置放大器的技術(shù)要求…………………………………………………6</p><p>　　第三節(jié)、集成電路前置放大電路…………………………………………………7</p><p>　　第三章　分頻器電路………………………………………………………………… 13</p><p&g

4、t;　　第四章　功率放大電路……………………………………………………………… 14</p><p>　　第一節(jié)、　功率放大器的設(shè)計(jì)………………………………………………… 14</p><p>　　第二節(jié)、TDA系列的集成功率放大電路  ………………………………………15</p><p>　　第五章 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果分析……………………………………………………

5、…… 19</p><p>　　結(jié)論…………………………………………………………………………………… 19</p><p>　　致  謝………………………………………………………………………………… 20</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 20</p><p>　　附　錄………

6、………………………………………………………………………… 21</p><p><b>　　音頻功率放大器</b></p><p>　　摘要：隨著人們的生活水平的進(jìn)一步提高，音響設(shè)備系統(tǒng)已經(jīng)步入了人們的家庭，為此對(duì)音響裝置的原理，性能進(jìn)行了研究。本文主要介紹了音響裝置的組成和電路工作原理，內(nèi)容涉及輸入前置放大電路，功率放大電路，分頻器電路，電源電路。音響裝置中主要構(gòu)成

7、部分之一的功放電路，它的保真度指標(biāo)之一是頻率響應(yīng)。幾乎所有的功率放大器的頻響特性并不是完全平直的，也就是說(shuō)它對(duì)音源信號(hào)中的各頻率成分并不能給予同樣程度的放大，尤其在高，低頻兩端較大的衰減，為了調(diào)整和校正這種不平衡，在音響系統(tǒng)中設(shè)置了分頻器，實(shí)現(xiàn)了高，低頻率可調(diào)的音響系統(tǒng)，讓其接近現(xiàn)場(chǎng)演奏，演唱的效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 電源 分頻器 前置放大器 功率放大器</p><

8、p><b>　　引言</b></p><p>　　我國(guó)音響裝置的發(fā)展歷史是悠久的。五十年代從收音機(jī)、電唱機(jī)等單個(gè)音響裝置發(fā)展起來(lái)的。六十年代，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了落地式收音機(jī)，以及把收音和電唱組合起來(lái)。如我國(guó)在五十年代末六十年代初曾生產(chǎn)過的熊貓牌和美多牌高級(jí)落地式多用音響“裝置”。這一類機(jī)器雖然還不能稱之為音響裝置，但已經(jīng)開始向音響裝置的領(lǐng)域邁進(jìn)了一大步。真正的音響裝置是伴隨著立

9、體聲唱的應(yīng)用以及后來(lái)的立體聲錄音機(jī)和調(diào)頻立體聲廣播的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的。七十年代，音響技術(shù)和音響裝置已趨于成熟階段。在此階段音響裝置作為家用電器的一個(gè)重要成員而被投入大批量的工業(yè)生產(chǎn)。八十年代，音響裝置開始向性能更加完美、使用操作更加完善可靠的方向發(fā)展，生產(chǎn)出了高級(jí)的大型音響組合、薄形和超薄形性等形形色色的音響裝置以及微型音響裝置、便攜式音響裝置以及所謂"音樂中心"的音響裝置。到了現(xiàn)在，音響技術(shù)上就有更多新的突破，如將

10、數(shù)字技術(shù)和激光技術(shù)引入音響技術(shù)領(lǐng)域。尤其是數(shù)字編碼技術(shù)已廣泛用于音響裝置、視聽裝置，使視聽裝置發(fā)生了革命性的變化，對(duì)今后視聽裝置的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，如現(xiàn)在的MP3，MP4，MP5等。隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，人們的生活水平也在不斷的提高，許許多</p><p>　　音響裝置的核心部分是功率放大器，無(wú)論是調(diào)諧器輸出的信號(hào)，還是錄音機(jī)，VCD，MP3等輸出的信號(hào)，都必須經(jīng)過放大以后，才能推動(dòng)揚(yáng)聲器放出聲音。在音響裝置中

11、，功率放大器起著承前(接收來(lái)自調(diào)諧器，VCD，MP3等輸出的信號(hào))啟后(推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音)的關(guān)鍵作用。因此，對(duì)揚(yáng)聲器的功能和性能提出了越來(lái)越高的要求，一套音響裝置的效果如何是與揚(yáng)聲器性能的好壞密不可分的。</p><p>　　一部完整的功率放大器應(yīng)包括前置放大器和功率放大器（推動(dòng)級(jí)）兩大部分。前置放大器應(yīng)能將各種來(lái)源(調(diào)諧器，VCD，MP3等等)不同的電壓信號(hào)變成形狀相同的輸出電壓送到功率放大器，同時(shí)還可能須修正頻

12、率特性，以使放音輸出恢復(fù)原來(lái)聲源頻率特性，這又叫頻率均衡。此外，在這一級(jí)還包括各種控制部分，如音調(diào)調(diào)節(jié)、音量控制、平衡控制、等響度控制、高頻或低頻切除控制等等。功率放大器主要是把前級(jí)送來(lái)的具有一定電平的信號(hào)繼續(xù)加以放大以保證獲得足夠的輸出功率去推動(dòng)揚(yáng)聲器工作。</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)能夠放音樂負(fù)載三個(gè)揚(yáng)聲器，并能實(shí)現(xiàn)混頻的分頻功能（即將其分為高頻，中頻，低頻）的音響裝置，讓其有較強(qiáng)的立體感，讓聽到的音樂就像

13、是現(xiàn)場(chǎng)演唱的一樣。</p><p><b>　　電源電路</b></p><p><b>　　1.降壓電路</b></p><p>　　降壓電路主要由電源變壓器（降壓變壓器）構(gòu)成，它的作用是將220V/50Hz的交流電壓降到所需要的電源值，因?yàn)殡娮与娐返闹绷鞴ぷ麟妷和ǔ１容^低。變壓器降壓電路的另一個(gè)作用是進(jìn)行交流市電的隔離

14、，使電子電路的底版（線路地線）不帶交流市電，以保證使用安全。除電源變壓器可以進(jìn)行降壓外，一些電器中還采用電容降壓。雖然電容降壓方式的電路成本較低，但因?yàn)樗踩暂^差，因此本設(shè)計(jì)采用了變壓器降壓方式。</p><p>　　如圖1.1所示電路，電路中T1只有一組次級(jí)線圈，所以T1輸出一種交流電壓，這一電壓直接加到整流電路中。這種降壓電路只能輸出一種電壓，一般用于較簡(jiǎn)單的電路，本設(shè)計(jì)采用了這種變壓器降壓電路。</

15、p><p>　　圖 1.1 單電壓輸出的降壓電路</p><p><b>　　2.整流電路</b></p><p>　　整流電路的作用是將降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，準(zhǔn)確地說(shuō)整流電路只能將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性的直流電。整流電路主要由二極管構(gòu)成，分為半波，全波和橋式幾種，然而本設(shè)計(jì)采用的是橋式整流電路。</p><

16、;p>　　如圖1.2所式電路中，D1～D4是全橋堆中的4只整流二極管，T1是電源變壓器。</p><p>　　圖1.2全橋堆構(gòu)成的橋式整流電路</p><p>　　當(dāng)1端為正電壓，2端為負(fù)電壓時(shí)，D2和D3同時(shí)導(dǎo)通，其導(dǎo)通后的電流回路為1端→D2負(fù)極→RL→地端→D3正極→D3負(fù)極→2端→通過次級(jí)線圈到1端。流過RL電流方向?yàn)閺纳隙?，所以RL上的電壓為正，電流流經(jīng)的路徑和輸出電壓波

17、形如圖1.3所式。</p><p>　　圖1.3正半周電流回路和輸出電壓波形</p><p>　　當(dāng)變壓器次級(jí)1端為負(fù)電壓，2端為正電壓時(shí)，D1和D4同時(shí)導(dǎo)通，其導(dǎo)通后的電流回路為2端→D4正極→D4負(fù)極→RL→地端→D1正極→D1負(fù)極→1端→次級(jí)線圈1端 ，通過次級(jí)線圈到1端。此時(shí)，流過RL的電流也是從上而下的，所以輸出電壓仍然是正極性電壓，電流流經(jīng)的路徑和輸出電壓波形見圖1.4，圖中虛

18、線波形部分為正半周時(shí)的輸出電壓波形。</p><p>　　圖1.4負(fù)半周電流回路和輸出電壓波形</p><p><b>　　3. 濾波電路</b></p><p>　　濾波電路的作用是將整流電路輸出的單向脈動(dòng)性直流電壓進(jìn)行平滑，以獲得脈動(dòng)較小直流電壓，這一直流電壓可以直接供給電子電路，但電壓不穩(wěn)定（一般應(yīng)用于對(duì)電壓要求不高的電路）。濾波電路一般

19、由電容，電感等儲(chǔ)能元器件構(gòu)成。</p><p>　　圖1.5為電容濾波電路，由于電容C1對(duì)直流電相當(dāng)于開路，這樣整流電路輸出的直流電壓不能通過C1到地，只有加到負(fù)載RL上。對(duì)于整流電路輸出的交流成分，因C1容量較大，容抗較小，交流成分通過C1流到地端，而不能加到負(fù)載RL。這樣，通過電容C1的濾波，從單向脈動(dòng)性直流電中取出了所需要的直流電壓+U。</p><p>　　圖1.5電容濾波原理圖&

20、lt;/p><p>　　濾波電容C1的容量越大，對(duì)交流成分的容抗就越小，使殘留在負(fù)載RL上的交流成分越小，濾波效果就越好，所以本設(shè)計(jì)采用的是電容濾波電路。</p><p><b>　　4.穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　由于電子電路要求的電源電壓必須穩(wěn)定，故不能直接使用濾波電路輸出的直流電壓，必須進(jìn)行穩(wěn)壓處理。</p><

21、p>　　穩(wěn)壓電路的作用是將濾波電路輸出的不穩(wěn)定直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理，以保證輸出的直流電壓不變，不會(huì)因其它因素的影響而引起輸出的直流電壓的變化(如負(fù)載大小的變化或輸入的交流市電壓的變化時(shí))，穩(wěn)壓電路輸出的直流工作電壓大小則不變，這樣可以保證電子設(shè)備的穩(wěn)定工作。</p><p>　　常見的集成穩(wěn)壓有固定式三端穩(wěn)壓器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器，這里采用的是固定式三端穩(wěn)壓器，常見產(chǎn)品如圖1.6</p><

22、;p>　　圖1.6固定式三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用（CW78xxx系列）</p><p>　　CW78XX系列穩(wěn)壓器輸出固定的正電壓，如7805輸出為+5V，輸入端接電容Ci可以進(jìn)一步濾除紋波，輸出端接電容C0能改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。Ci，C0最好采用漏電流小的鉭電容，如果采用電解電容，則電容量要比圖中的數(shù)值增加10倍。LM78XX系列與CW78XX系列功能相近,本設(shè)計(jì)采用的是LM78XX系列。&l

23、t;/p><p>　　圖1.7為擴(kuò)展CW78XX系列集成穩(wěn)壓器的輸出電流I0的電路。</p><p>　　圖1.7固定式三端穩(wěn)壓器輸出電流擴(kuò)展電路（CW78xxx系列）</p><p>　　圖中，T1是擴(kuò)流功率管，應(yīng)選用大功率管；T2與R2組成限流保護(hù)電流，當(dāng)輸出電流過大時(shí)T2導(dǎo)通，擴(kuò)展電流I1減少以保護(hù)T1。T2的導(dǎo)通電壓是由R2 I1決定，應(yīng)特別注意其額定功率是否滿

24、足要求，擴(kuò)展后的輸出電流IL=I0+I1。</p><p>　　所以，根據(jù)以上知識(shí)設(shè)計(jì)出這次的電源電路如圖1.8，包括四個(gè)部分：變壓器降壓電路，橋式整流電路，電容濾波電路，三端穩(wěn)壓器電路。</p><p>　　圖1.8本次功放設(shè)計(jì)的電源電路圖</p><p>　　第二章 前置放大電路</p><p>　　第一節(jié) 前置放大器的功能</p&

25、gt;<p>　　任何功率放大器總是要將音源信號(hào)進(jìn)行放大,然后輸出給揚(yáng)聲器.音源裝置的種類有多種多樣,如:傳聲器,收音頭,電唱機(jī),錄音機(jī)(放音磁頭),線路傳輸以及新近出現(xiàn)的CD唱機(jī)等.這些音源裝置的輸出信號(hào)電壓差別很大,從零點(diǎn)幾毫伏到幾百毫伏,甚至1～2伏.而功率放大器的輸入靈敏度是一定的,如我們?cè)谇懊嬖O(shè)計(jì)的例子中約為50mV。這些音源信號(hào)如果從同一輸入接口輸入放大器，或者由于輸入電平過低，使功率放大器的輸出功率不足，不能

26、充分發(fā)揮功率放大器的作用；或者由于輸入電平過高，使放大器的輸出信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重過載失真，失去高保真放大的意義。因此，必須設(shè)置前置放大器，對(duì)輸出放大器的各種輸入信號(hào)進(jìn)行處理；或放大，或衰減，或進(jìn)行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。</p><p>　　在各種音源信號(hào)中，除了電平差別外，它們的頻率特性有的也不同，如電唱機(jī)輸出信號(hào)的頻率特性曲線呈上翹形，磁帶放音頻率特性曲線也呈上翹形，即低音呈衰減，高音被升，但

27、它們的衰減和提升的程度又各不同。這樣，在輸入功率放大器之前，必須進(jìn)行頻率補(bǔ)償，使其頻率特性曲線恢復(fù)到接近平坦的狀態(tài)。 </p><p>　　綜上所述，前置放大器的主要功能為：</p><p>　　（１） 對(duì)輸入功率放大器的各種音源信號(hào)進(jìn)行加工處理，或放大，或衰減，使其和功率放大器的輸入靈敏度相匹配，使功率放大器充分發(fā)揮其放大和保真的功能。</p><p>　?。ǎ玻?/p>

28、 進(jìn)行阻抗變換，使各種音源信號(hào)的輸出阻抗能與功率放大的輸入阻抗相匹配，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高效傳輸。</p><p>　?。ǎ常┻M(jìn)行頻率均衡處理，使音源信號(hào)的頻率特性恢復(fù)成平坦的狀態(tài)。</p><p>　　第二節(jié) 前置放大器的技術(shù)要求</p><p>　　對(duì)前置放大器的技術(shù)要求，就是必須要和功率放大器的特性相適應(yīng)，即對(duì)功率放大器的技術(shù)要求，同樣也適應(yīng)于前置放大器，而且對(duì)前置放

29、大器還應(yīng)略高一些。否則就不能成為一個(gè)高保真系統(tǒng)，也就是說(shuō)，構(gòu)成高保真系統(tǒng)的每一個(gè)單元都必須是一個(gè)高保真單元。</p><p>　?。?）失真度：包括諧波失真和互調(diào)失真，要求分別小于0.1%和0.05%。</p><p>　?。?）信噪比：應(yīng)大于5dB。</p><p>　　（3）頻率響應(yīng)：在20Hz～20kHz±0.5Db.</p><

30、p>　　（4）轉(zhuǎn)換速率：應(yīng)大于5V/us 。</p><p>　　（5）動(dòng)態(tài)范圍：應(yīng)大于75～80dB。</p><p>　　（6）輸入/輸出信號(hào)匹配：前置放大器的輸入端分別和節(jié)目源設(shè)備以及功率放大器相連，要使信號(hào)高質(zhì)量傳輸，必須滿足匹配條件，包括阻抗匹配，電平匹配，傳輸方式匹配等。</p><p>　　（7）均衡網(wǎng)絡(luò)要符合RLAA標(biāo)準(zhǔn)和NAB標(biāo)準(zhǔn)。</

31、p><p>　?。?）電源：高質(zhì)量的電源是前置放大器性能好壞的因素之一，應(yīng)包括低噪音，大容量和低內(nèi)阻等條件。前置放大器的電源應(yīng)與功率放大器的電源分開，單獨(dú)供電。</p><p>　　第二節(jié) 集成電路前置放大電路</p><p>　?。?３.１ 優(yōu)質(zhì)低噪聲前置放大器</p><p>　　如圖2.1優(yōu)質(zhì)低噪前置放大器</p><p

32、>　　電路如圖2.1所示。輸入信號(hào)經(jīng)過一個(gè)低通濾波器輸入到有場(chǎng)效應(yīng)管組成的差分放大器進(jìn)行一次前置放大，差分放大器的輸出分別輸入運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端。由于運(yùn)算放大器的輸入端為差分電路，因此由場(chǎng)效應(yīng)管差分電路輸出的信號(hào)，在運(yùn)放輸入后至少又一次差分放大。</p><p>　　唱機(jī)均衡RIAA電路由R7，R8及C6，C7等組成。</p><p><b>　　電路元件選

33、用：</b></p><p>　　差分輸入場(chǎng)效應(yīng)管可選用3DJ4F或其它低噪聲優(yōu)質(zhì)場(chǎng)效應(yīng)管，ＩDSS>2mＡ,并按ＩDSS配對(duì)，誤差<3%。運(yùn)算放大器可選用ＴＬ072，ＴＬ082或ＮＥ5532等高性能運(yùn)放。電阻選用金屬膜電阻，Ｉ級(jí)精度。電容采用高質(zhì)量電容，耦合電容采用聚酯電容。電源采用正負(fù)對(duì)稱的穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo)：</b

34、></p><p>　　輸出噪聲： ２４uＶ（輸入端對(duì)地交流短路）；</p><p>　　頻率響應(yīng)： ２０Ｈz～７５kＨz(平直)；</p><p>　?。保埃葄～１５０kＨz(＋３dＢ)；</p><p>　　諧波失真: 0.01％（輸出為８Ｖp-p）；</p><p>　　最大輸出： １２Ｖ（失真<

35、0.2％）；</p><p>　　轉(zhuǎn)換速率： １３Ｖ／us。</p><p>　?。?３.２高精度唱機(jī)輸入均衡電路</p><p>　　這是一個(gè)由集成運(yùn)放LF353和晶體管2SC9014組成的高精度唱機(jī)輸入均衡電路，電路如圖2.2所示。該電路采用RIAA新標(biāo)準(zhǔn)，即在原三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率的基礎(chǔ)上又增加了一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率為20Hz的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。它的轉(zhuǎn)折頻率和相對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)分別為：T

36、1=7950us,對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)頻率為f1=20.02Hz;T2=3180us,對(duì)應(yīng)的f2 =50.05Hz;T3=318us,f3=500.5Hz;T4=75us,f4=2122Hz。</p><p>　　如圖2.2高精度唱機(jī)均衡器</p><p>　　電路中對(duì)應(yīng)四個(gè)時(shí)間常數(shù)的RC網(wǎng)絡(luò)為:T2的時(shí)間常數(shù)由C1與R2并聯(lián)而成,T3由R4,R2,R5,R1 及C1構(gòu)成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)決定,T4由R3和C

37、2構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)決定,T1則由R1及C3構(gòu)成,其時(shí)間常數(shù)為750Ω*10μF=7500μs,這個(gè)時(shí)間常數(shù)比標(biāo)準(zhǔn)T1=7950μs略高,采用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間常數(shù),則R1的阻值應(yīng)采用795Ω的精密電阻.這樣除了專業(yè)化大批量生產(chǎn)外不易做到,而且也無(wú)必要。對(duì)于一般使者來(lái)說(shuō)，采用標(biāo)準(zhǔn)化系列阻值795Ω或820Ω，其精度已經(jīng)是足夠的了。</p><p>　　由于決定衰減時(shí)間常數(shù)的R3與C2的輸出端是與下一級(jí)的輸入端相連接的，為了保證衰減

38、時(shí)間常數(shù)不致被破壞，下一級(jí)的輸入阻抗必須盡可能的高，一般需有10MΩ以上才行。阻抗變換電路至下一級(jí)輸入電路的匹配方法有兩種：一種是采用高阻抗運(yùn)放作阻抗變換，它的優(yōu)點(diǎn)是增益較高，缺點(diǎn)是噪聲較大且易自激和難以調(diào)試。另一種方法是采用低噪聲，高β晶體管作阻抗變換，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，信噪比高。該警惕管可以選用LM9014，直流放大系數(shù)應(yīng)在350～450之間，左右聲道配對(duì)使用。實(shí)際電路選用hFE=400的LM9014，發(fā)射極電阻選用30kΩ

39、,其輸入阻抗為30k*400=12MΩ，完全能滿足10MΩ以上輸入阻抗的要求。</p><p>　　供電電源電壓采用+12 ～+15V的正負(fù)對(duì)稱電源，這對(duì)提高電路的動(dòng)態(tài)范圍，降低失真有較好的作用。電路前級(jí)增益為30dB,后級(jí)阻抗變換電路有6dB的增益，整個(gè)電路的總增益為36dB左右，完全可以滿足輸出電壓為2.5 ～5V的接口要求。</p><p>　　元件選用：電路所用運(yùn)放LF353是一種

40、頻響，低噪聲，大動(dòng)態(tài)的雙運(yùn)放，它具有兩路運(yùn)放增益對(duì)稱的特點(diǎn)。也可以選用其它類型的運(yùn)放如TL072,LM4558以及TL082，NE5534等。</p><p>　　電阻可采用金屬膜電阻，一級(jí)精度。C1,C2采用CBB聚苯乙烯電容，C3和C5采用漏電極小的無(wú)極性電解電容或鉭電解。C4,R6是配合電磁唱頭的負(fù)荷電容和阻抗所設(shè)，若采用動(dòng)圈唱頭則不可以用C4。</p><p>　　２.３.３低噪聲

41、前置放大器</p><p>　　(1) 源阻抗與前置放大器的合理匹配</p><p>　　不同源阻抗的信號(hào)源 ,只有滿足源阻抗與前置放大器的合理匹配 ,才能獲得最小噪聲系數(shù)。由噪聲理論 ,放大器的等效輸入噪聲</p><p>　　式中 EnS 為 信 號(hào) 源 電 阻 產(chǎn) 生 的 熱 噪 聲, EnS =，K 為波爾茲曼常數(shù), T 為絕對(duì)溫度,4 KT =

42、116*10 —20 (在室溫(290 K) 下) ,Δf 為噪聲帶寬; En 和 In 分別為等效到輸入端的噪聲電壓和電流。定義噪聲系數(shù) F =總有效輸入噪聲功率/信號(hào)源 EnS 產(chǎn)生的輸入噪聲功率</p><p>　　輸入噪聲功率= </p><p>　　則噪聲系數(shù)(對(duì)數(shù)表示)</p><p>　　N F = 10log F = 10log（）<

43、;/p><p>　　圖2. 3是Eni-Rs噪聲系數(shù)圖解。當(dāng)InRS=En時(shí), Eni最接近EnS ,亦即F得最小值 F| RS=En/In=Fmin。對(duì)應(yīng)的源電阻 Rs = Ro= En/In = 最佳源電阻。此時(shí)</p><p>　　Fmin = 1 +EnIn/2KT△f (1)</p><p>　　在最佳源電阻鄰近區(qū)域,

44、F 均能取較小的值,這是我們正確選擇源電阻以達(dá)到最佳噪聲性能的依據(jù)。</p><p>　　圖2. 3噪聲系數(shù)Eni-RS模型圖解</p><p>　　(2) 　工作頻率對(duì)噪聲系數(shù)的影響</p><p>　　因?yàn)?En 、In 均為工作頻率 f 和工作電流的函數(shù)。因此選擇低噪聲運(yùn)放時(shí), 要考慮它們的影響。如令放大器的固有噪聲功率為 S n = En In ,

45、由[ 1 ] 中提供的S n —f 曲線可看出在中頻率段, S n 為平滑段, 公式(1) 可寫成</p><p>　　Fmin = 1 +Sn/2KT△f (2) </p><p>　　即 Fmin穩(wěn)定, 頻率影響不大。而在高頻和低頻工作時(shí), S n 增加很多, Fmin 將大大增加。另外工作點(diǎn)電流越小, Fmin也越小。</p>

46、<p>　　綜上所述,中頻段工作時(shí), 由于 Fmin 相對(duì)穩(wěn)定, 使用低噪聲運(yùn)放及其它有源器件時(shí),可參照?qǐng)D 1 進(jìn)行,主要因素是噪聲阻抗匹配問題。</p><p>　　低頻或超低頻工作時(shí)(20Hz 以下) 盡量采用 In 較小或低 1/ f 轉(zhuǎn)角頻率的低噪聲運(yùn)放,因?yàn)?In 與f ^-1/2成正比。一般可選用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(J FET) 或以J FET 作前置級(jí)的低噪聲運(yùn)放。對(duì)于純直流信號(hào)必須

47、有自動(dòng)穩(wěn)零裝置或進(jìn)行調(diào)制 ,如運(yùn)放 5 G7650。</p><p>　　在較高頻工作時(shí)(一般在 100kHz～1MHz 以上 ,視器件而定) ,由于 In 與 f 成正比, S n 即 Fmin也將大大增加,此時(shí)應(yīng)選用截止頻率 f T高的雙極性晶體管或金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET) 為前置級(jí)的低噪聲運(yùn)放。在超高頻工作時(shí),功率和效率也要在設(shè)計(jì)中予以考慮。</p><p>　　在超低

48、頻和超高頻工作時(shí) ,噪聲阻抗匹配已不是主要矛盾 ,而應(yīng)保證其頻率特性為。</p><p>　　(3) 運(yùn)放的通用噪聲模型</p><p>　　圖 2.4 示出了運(yùn)放的通用噪聲模型想運(yùn)放 ,則失調(diào)、漂移及偏置電流均很小 ,故外接的反</p><p>　　饋電阻、匹配電阻均可略去。RS1,RS2看作為信號(hào)源內(nèi)阻。反相輸入時(shí), RS2=0 , RS1=RS;同相輸入時(shí),R

49、S1=0,RS2=RS;差動(dòng)輸入時(shí), RS=2RS1=2RS2;令 RS1=RS2=RS，In1=In2= In </p><p>　　圖 2.4 運(yùn)算放大器的通用噪聲模型</p><p>　　實(shí)際工程應(yīng)用時(shí), 最佳源電阻 RO 左右(亦即 EnS靠近的一些點(diǎn)) 的一段區(qū)域均能取得好的效果。圖2. 5(a) 中 ,OP - 27/ 37 的最佳源電阻 RSO = 15kΩ左右。工程實(shí)際

50、應(yīng)用時(shí), RS取在8kΩ< Rs < 40kΩ的一段區(qū)間內(nèi) ,NF均很小。由OP-07的曲線看出15k<RS <40k 左右的區(qū)間內(nèi)的數(shù)值 ,為最佳源電阻區(qū)間。圖 2. 5(b) 中可以看出 ,在 011～10 Hz 低頻工作時(shí),OP-27/37 的最佳工作區(qū)間為RSO=2kΩ左右 ,OP-07 在En1=En2 = En，EnS1= EnS2 = EnS則等效輸入噪聲 </p><p&g

51、t;<b>　　Eni = </b></p><p><b>　　而 </b></p><p>　　Fmin| RS=En/In=1+3 En In/4 KTΔf （3）</p><p>　　比較公式 (3) 和公式 (1) , 可看出它們是等價(jià)的, 最佳源電阻均為 RO =En/In,

52、 也就是說(shuō)最佳源電阻應(yīng)該是 Eni 曲線與 EnS 曲線是最接近的一段區(qū)域, 圖 2. 5示出了幾種低噪聲運(yùn)放在中頻和低頻時(shí)的 Eni ～ RS曲線。</p><p>　　a. Rs —源電阻</p><p>　　1.R s = R s1 = 10k , Rs2 = 0</p><p>　　2.R s = 10k , Rs1 = Rs2 = 5k&

53、lt;/p><p>　　b. Rs —源電阻</p><p>　　1.R s = R s1 = 10k , Rs2 = 0</p><p>　　2.R s = 10k , Rs1 = Rs2 = 5k</p><p>　　圖2. 5幾種低噪聲運(yùn)放的Eni～RS曲線比較</p><p>　　由圖 2.5 看出,

54、運(yùn)放的噪聲系數(shù)圖解與圖 1 比較是完全相同的。即圖2. 5中的直線表示 EnS 。可以用前述方法確定最佳匹配電阻,即 Eni 與 EnS 最接近的點(diǎn)為最佳源電阻。</p><p>　　由前面分析已得出,選擇和使用低噪聲運(yùn)放時(shí),可以從最佳源電阻的噪聲分配與頻率影響兩個(gè)因素來(lái)考慮。圖2.5中的(a) 圖和( b) 圖分別示出了 50～1000 Hz和 011～10 Hz 時(shí)的 Eni ～ RS 曲線。30kΩ左右。

55、Rs > 3kΩ后 ,OP - 07 的噪聲性能較 OP -27/ 37 為佳。</p><p>　　以上分析可看出 ,不同頻段工作時(shí) ,低噪聲運(yùn)放的最佳源電阻區(qū)域是不同的。應(yīng)根據(jù)低噪聲運(yùn)放在不同頻率段的 Eni ～ RS 曲線,確定其最佳源電阻區(qū)域。</p><p>　　圖2.6 示出了 OP - 37 與其它普通運(yùn)放噪聲電壓譜頻率特性。Eni ～ f 特性曲線可看出 ,低

56、噪聲運(yùn)放 OP- 37 的 1/ f 拐角頻率較其它運(yùn)放如μA741 等要低得多,其性能也較一般的音頻低噪聲運(yùn)放好,但是輸入信號(hào)必須大于所選擇運(yùn)放的 Eni 值, 否則放大器將無(wú)法工作。由 Eni～f 曲線可看出在低于所選擇運(yùn)放的 1/f 拐角頻率工作時(shí), Eni 將增加很多, 在超低頻工作的情況下,要選擇 1/ f 拐對(duì)于高源阻抗的信號(hào)源 ,由 Eni ～ RS 曲線看出,已大大超過其最佳匹配工作區(qū)域, 一般的低噪聲

57、運(yùn)放無(wú)法正常工作, 此時(shí)可選用 J FET為輸入級(jí)的低噪聲運(yùn)放 , 如 L F155/ L F156 等 , 因?yàn)槠?In 值很低, 僅有0101pA/ Hz , 根據(jù)公式 , 故Eni值也大大降低。角頻率較低的低噪聲運(yùn)放, 如OP - 37 等。</p><p>　　圖2.6幾種運(yùn)放的Eni～f曲線</p><p>　　圖2.7變壓器耦合運(yùn)放電路</p><p&

58、gt;　　對(duì)低源電阻或純電抗的信號(hào)源,如超導(dǎo)測(cè)溫、熱電偶測(cè)溫,后者如光電器件和壓電晶體等,均不能直接與放大器直接耦合,而需加一匹配網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　圖 2.7 為低源電阻信號(hào)用變壓器耦合的低噪聲運(yùn)放前置放大器電路。C 是改變動(dòng)態(tài)特性(τ= 2μs) 和消除高頻噪聲的 ,運(yùn)放采用同相輸入方式 ,變壓器將低源電阻 150Ω變換為 15kΩ,考慮到信號(hào)源帶寬為 20Hz～20kHz ,由圖2. 5 (a)

59、 來(lái)看最佳源電阻區(qū)域 ,15kΩ是合適的。從測(cè)出的噪聲數(shù)據(jù)來(lái)看 ,150kΩ電阻 ,R1 、R2 及放大器的總噪聲電壓約為220nV/Hz左右 ,相當(dāng)于放大器增益為 73dB 時(shí) ,輸出 1mV 的噪聲電壓 ,可見 ,該放大器的低噪聲性能是極佳的。</p><p>　　綜上所述 ,低噪聲運(yùn)放的性能和使用有其特殊性。如果使用者忽略了這些因素 ,將低噪聲運(yùn)放簡(jiǎn)單地作為普通運(yùn)放前置放大器設(shè)計(jì)將無(wú)法達(dá)到低噪聲放大的效果

60、。因此 ,作為電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在使用低噪聲運(yùn)放前置放大時(shí) ,要充分考慮本文論述的最佳源電阻的噪聲匹配和頻率影響兩大因素 ,同時(shí)還要考慮測(cè)量信號(hào)的通頻帶、動(dòng)靜特性、穩(wěn)定性、抗干擾等因素 ,以使低噪聲運(yùn)放前置放大器達(dá)到理想的效果。</p><p>　　所以根據(jù)這些知識(shí)我所設(shè)計(jì)的前置放大電路如圖2.8</p><p>　　如圖2.8TDA2822M前置放大電路</p><p&

61、gt;<b>　　第三章 分頻器電路</b></p><p>　　音響是整個(gè)影響系統(tǒng)的喉舌，而分頻器則是音箱的心臟。一對(duì)音箱看似極其簡(jiǎn)單，只有幾個(gè)喇叭加分頻器，但要做好，做精，其學(xué)問之大，身不可測(cè)。生產(chǎn)廠家，根據(jù)每個(gè)品牌揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)特性，經(jīng)過繁雜計(jì)算，合理選擇分頻點(diǎn)，再經(jīng)過專業(yè)設(shè)備測(cè)試，調(diào)整，得到理想曲線。這還不算，還要通過主觀聽音，修改，補(bǔ)償，才能定型。所以市場(chǎng)上有幾千甚至幾萬(wàn)元一對(duì)的音箱

62、。</p><p>　　我們業(yè)余制作所配喇叭各有良莠，選購(gòu)成品分頻器有時(shí)又達(dá)不到要求，愛好者常常自己制作。</p><p>　　一般來(lái)講，低頻單元分頻頻率應(yīng)低于喇叭上限頻率一個(gè)倍頻程；高頻單元分頻頻率應(yīng)高于喇叭下限頻率一個(gè)倍頻程；而中頻單元的分頻頻率應(yīng)高于喇叭下限頻率一個(gè)倍頻程；高頻分頻頻率應(yīng)低于中頻喇叭上限頻率一個(gè)倍頻程。所以，音箱設(shè)計(jì)成三分頻形式，大多數(shù)喇叭大致都能滿足要求。但用二分頻

63、形式，則對(duì)喇叭特性的要求較高。</p><p>　　人聲和樂器的頻率大約在500Hz～５kＨz范圍，對(duì)音質(zhì)影響很大。所以中音揚(yáng)聲器的好壞，最能直接影響到聲音的音質(zhì)音色表現(xiàn)。但并不是說(shuō)高，低音揚(yáng)聲器就不重要，相反，高頻的細(xì)節(jié)，低頻的力度，全靠高，低音單元發(fā)出。</p><p>　　本分頻器分頻點(diǎn)低端取800Hz,高端?。祂Hz。分頻器的長(zhǎng)處是適合應(yīng)用于各種高中低檔喇叭，屬通用型設(shè)計(jì)，能滿足大

64、多數(shù)聽友的要求。當(dāng)然喇叭越高檔，音質(zhì)也會(huì)越好。</p><p>　　分頻電路高，低音分頻采用12dB/oct分頻網(wǎng)絡(luò)。中音采用6dB/oct單元件型，其衰減曲線斜率較緩，有利于高低頻率音頻頻率的銜接，并且中音揚(yáng)聲器不必反相連接。</p><p>　　所以設(shè)計(jì)出的電路如圖3.1</p><p>　　如圖3.1分頻器電路圖</p><p>　　第

65、四章 功率放大電路</p><p>　　第一節(jié) 功率放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　功率放大器是整個(gè)高保真音響系統(tǒng)的主要部分，它的設(shè)計(jì)制作水平對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的音質(zhì)起著十分重要的作用。制作一款高性能的功效，首先應(yīng)當(dāng)選擇和設(shè)計(jì)一款好的電路，然后精心挑選所用元件，最后在制作中要精心調(diào)整電路的參數(shù)，使其符合設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)。</p><p>　　要設(shè)計(jì)一個(gè)電路，首先要確定電

66、路需要多大的輸出功率，滿功率輸出時(shí)的非線性失真度和電路的輸入靈敏度等主要技術(shù)指標(biāo)，然后確定要采用的電路形式。根裾這些條件首先計(jì)算出所需要的電源電壓，進(jìn)而通過分析個(gè)元件在電路中的作用，承受的工作電壓，流過的工作電流并結(jié)合相關(guān)的因素，分別計(jì)算和選取晶體管，電阻，電容等元件。</p><p>　　通過對(duì)電路的分析計(jì)算，還可以弄清各元件在電路中的作用，進(jìn)而抓住電路的關(guān)鍵部分，不僅為電路的調(diào)整打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，而且為今后

67、對(duì)電路的改進(jìn)，即所謂的“摩機(jī)”，也是必不可少的。</p><p>　　在前面已介紹過的各種電路形式中，以O(shè)CL電路最具有代表性。它是各種形式電路的基礎(chǔ)，其它形式的電路都是OCL電路的改進(jìn)形式。因此下面就以O(shè)CL電路為代表作電路的分析計(jì)算。</p><p>　　第二節(jié) TDA系列的集成功率放大電路</p><p>　　TDA2030 和TDA2040集成功放電路是SG

68、S公司開發(fā)和生產(chǎn)的集成功放電路，它們輸出功率，諧波失真小，內(nèi)部設(shè)有熱過載保護(hù)，外圍電路簡(jiǎn)單，可以作OTL使用，也可OCL使用，還可以作BTL功效使用，表1是這兩種電路的性能參數(shù)。</p><p><b>　　表一：</b></p><p>　　４.２.１　TDA2030/2030A的特性及應(yīng)用電路</p><p>　　TDA2030。它可以在雙

69、電源下工作，也可以在單電源下工作。在雙電源+14，4Ω負(fù)載揚(yáng)聲器可輸出14W，失真度為0. 5%。在8Ω負(fù)載上的輸出功率為9W。它的應(yīng)用電路如圖4.1：</p><p><b>　　雙電源工作</b></p><p><b>　　單電源工作</b></p><p>　　圖4.1.TDA2030的應(yīng)用電路</p>

70、<p>　　TDA2030A是TDA2030的改進(jìn)型產(chǎn)品，它將原工作電壓最高+18V提高到+22V，使最大輸出功率提高到18W。諧波失真度也大大降低。它的應(yīng)用電路如圖4.2。</p><p><b>　　單電源工作</b></p><p>　　圖4.2.TDA2030A的應(yīng)用電路</p><p>　?。?２.２　TDA2040/2

71、040A的特性及應(yīng)用電路</p><p>　　TDA2040是SGS公司的又一種功率放大電路。它的工作電壓范圍比TDA2030更寬，在+2.5V～+20V間，輸出功率也較大，在+16V，4Ω的負(fù)載上可輸出18W功率，失真度也大大降低。應(yīng)用電路如圖4.3。</p><p>　　TDA2040A。為TDA2040的改進(jìn)型產(chǎn)品。它的電源電壓范圍較TDA2040小，但是輸出功率提高了。應(yīng)用電路與T

72、DA2040完全相同。</p><p><b>　?。╝）單電源工作</b></p><p><b>　　（b）雙電源工作</b></p><p>　　如圖4.3 TDA2040（A）的應(yīng)用電路</p><p>　　因此所設(shè)計(jì)的電路圖如4.4:</p><p>　　如4.4功

73、率放大器推動(dòng)級(jí)</p><p>　　第五章 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果分析</p><p>　　對(duì)于整個(gè)的電路進(jìn)行了仿真，仿真通過了，電路是正確的。完整電路原理圖見附錄。</p><p>　　整個(gè)電路焊接完成之后，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，得到：</p><p>　　(1)額定功率為9.1%，負(fù)載阻抗約為所有喇叭共為16Ω，與預(yù)先的設(shè)計(jì)指標(biāo)基本相吻合。</p&g

74、t;<p>　　(2)與預(yù)先設(shè)想的一樣，采用的是分立元件，實(shí)現(xiàn)了頻響較寬，易于集成化的特點(diǎn)。</p><p>　　(3)動(dòng)態(tài)特性較好，具有一定抗干擾的能力，但是對(duì)手機(jī)等的干擾的抵抗能力不是很好，這是我仍然需要在以后的研究中繼續(xù)研究的。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　這次所做的音頻功放板還是比較成功的

75、。首先，用MP3試音后，發(fā)現(xiàn)他的效果還不錯(cuò)，中音比較清晰，低音也還不錯(cuò)，高音是一般的，整個(gè)的失真比較小，能過滿足人們的聽覺需求；其次，我所做的音頻功放板在元件位置的擺放、元件焊點(diǎn)的焊接以及板塊的整體布局等方面，達(dá)到了一定的效果，線條的走向還算是不錯(cuò)，加了幾條跳線；最后，所做的整個(gè)音頻功放板的整機(jī)測(cè)試的某些技術(shù)指標(biāo)所給定的要求，如基本上沒有多大的失真，對(duì)于輸入信號(hào)的放大效果還較好的。這是我第一次通過自己設(shè)計(jì)電路、仿真、購(gòu)買元件、焊接裝配調(diào)

76、試來(lái)做的，不僅又讓我學(xué)習(xí)了一下模電基礎(chǔ)知識(shí)，還加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力。</p><p>　　通過測(cè)試試音發(fā)現(xiàn)我的功放板同樣也存在一些問題:有一定的交流噪聲和觸摸噪聲，高音部分不太理想，這可能與我的元器件的選取、元件布局以及布線走向有關(guān)。元器件的選取方面，電容的選取可不太好，特別是一些瓷片電容，不穩(wěn)定，抗干擾能力差；加上音頻功放板的布線走向和元件布局也可能會(huì)有一些影響的，如電源部分的交流電源對(duì)輸入信號(hào)的干擾，可能會(huì)提高

77、信噪比。還有就是部分走線有點(diǎn)太長(zhǎng)，這對(duì)提高音質(zhì)較少噪音有影響。。</p><p>　　在繪制功率放大器原理圖期間我也發(fā)現(xiàn)了很多問題，經(jīng)過反復(fù)思考與分析，發(fā)現(xiàn)原來(lái)許多理論的功率放大器原理圖都與實(shí)踐有很大的區(qū)別。我第一步就是要繪制功率放大器的原理圖，接著設(shè)置元件的各種參數(shù)。接著我購(gòu)買了所需的電路元件，開始了我的實(shí)物焊接階段。本來(lái)以為之前在模電實(shí)驗(yàn)室讓我簡(jiǎn)單的接觸到了焊接實(shí)物現(xiàn)在的焊接會(huì)比較輕松，但實(shí)際焊接起來(lái)才發(fā)現(xiàn)此

78、次與先前的焊接實(shí)物有很大的不同，要自己對(duì)焊板上元件進(jìn)行布置和焊接電路元件連線，增加了一定的難度。在此期間，除了對(duì)元件較好的焊接外，還要考慮電路元件間的影響，如元件之間信號(hào)的干擾等問題，還要考慮元件連線的不相交以及焊板面積的大小、元件擺放和連線的美觀性等，所以想要焊出一塊實(shí)用又美觀的板子，還是有一定的難度的。</p><p>　　這次電路設(shè)計(jì)不僅使我的電學(xué)知識(shí)有一點(diǎn)提高，而且還使我學(xué)到了許多其他方面的知識(shí)。比如，在

79、計(jì)算機(jī)上制圖，提高了我的動(dòng)手能力。 但是我還仍然存在具體的一些問題。例如，讓功放的抗干擾能力變強(qiáng)，我做得不是很好的，我的設(shè)計(jì)仍然會(huì)受到像手機(jī)等的干擾。在抗干擾能力方面還有待以后去解決。</p><p>　　總之，通過這次電路設(shè)計(jì)，不僅使我對(duì)所學(xué)過的知識(shí)有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。而且提高了我考慮問題，分析問題的全面性以及動(dòng)手操作能力。使我的綜合能力有了一個(gè)很大的提高。</p><p><b&g

80、t;　　致謝語(yǔ)</b></p><p>　　本論文是在**老師悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在這里，

81、我非常感謝我的指導(dǎo)老師的耐心輔導(dǎo)以及同學(xué)們的熱心幫助。我忠心的感謝指導(dǎo)老師，您辛苦了</p><p>　　本論文的順利完成，離不開各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在此感謝老師的指導(dǎo)和幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩(shī)白，華成英?！赌M電子技術(shù)基礎(chǔ)》，2001年，第二章，71頁(yè)—124頁(yè)<

82、;/p><p>　　[2] 胡斌?！峨娮泳€路快速識(shí)圖》，2005年，第五章，145頁(yè)—156頁(yè)</p><p>　　[3] 肖景和，趙健?！陡弑Ｕ嬉繇戨娐放c家庭影院音響系統(tǒng)》，2000年，</p><p>　　[4] 將卓勤，鄧玉元?！禡ultisim 2001 及其在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》 2003年</p><p>　　[5] 謝自美?！峨娮泳€路

83、設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試》，2006年，第五章第五節(jié)，143頁(yè)—144頁(yè)</p><p>　　[7]劉曉東，劉春新，張幫鳳?！兑繇懺砼c電路分析》，2000年，第七章，124頁(yè)—149頁(yè)</p><p>　　[8] Liubin,Zhangqiu-chan, Journal of Yanshan University，燕山大學(xué)學(xué)報(bào)，期刊榮譽(yù)：ASPT來(lái)源刊 &#

84、160;CJFD收錄刊</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　總機(jī)電路圖：</b></p><p>　　Audio Power Amplifier</p><p>　　Abstract With the further improvement of people&

85、#39;s living standard, audio equipment systems have gradually entered the people's family, to this end audio equipment on the principle of the system performance is studied. This article mainly introduces the system

86、of audio equipment and circuit working principle, which relates to the importation of pre-amplifier, power amplifier circuit, power circuit.Sound system in one of the main components of the power amplifier circuit, and i