图7-27前置放大器仿真结果（R2为120KΩ）

此时输出的信号峰-峰值为2.4V，放大倍数12倍。同样我们猜想R2的阻值与放大倍数之间可能存在着正比关系。观察一下几次仿真中放大倍数和电阻器R1、R2的阻值，三者之间恰好存在着如下关系：

放大倍数?R2 公式7-1 R1这样我们似乎已经得到了放大倍数与电阻之间的关系，但是作为一项研究，我们还必须继续弄清楚电阻器R3和运算放大器本身对放大倍数的影响。我们将R2的阻值恢复至100KΩ，改变R3的阻值，观察其对放大倍数的影响；同样，我们将运算放大器NE5532换成其他型号的运算放大器，比如LM358，观察其对放大倍数的影响。最后我们得出结论，前置放大电路中的放大倍数仅由电阻器R1和电阻器R2决定，其遵循公式7-1，与电阻器R3和运算放大器本身无关。可见，由运算放大器搭建的放大电路从设计上要比三极管简单得多，并且精度很高。

还有一点需要补充的是在本节的仿真结果中可以看到输入波形和输出波形虽然频率相同，但是二者是颠倒的，我们称其为反相，这也是这种放大电路被称为反相放大电路的原因。

除了NE5532，常见的运算放大器还有LM324、LM358、NE5534、uA741、OP07等，这些运算放大器的用途不同，因此性能指标上差异也很大。在选择运算放大器时要根据需要查阅运算放大器的数据手册，以确定所需的运算放大器种类。 7.5功率放大器中的集成电路

功率放大是多媒体音箱重要的一环，为了保证多媒体音箱最后输出的声音足够大，功率放大电路需要向扬声器单元输送足够大的够率。功率放大目前基本上使用集成功率放大器来完成，在一些比较高端的音响设备中也使用传统的电子管进行放大，但比较少见，因此集成功率放大器的性能从一定程度上决定着功率放大的结果。在某些场合，甚至可以通

过集成功率放大器的型号来判定一款音箱品质的好坏。本节我们将学习功率放大的基本知识，并了解集成功率放大器TDA1521的使用。 7.5.1什么是功率放大

在之前的章节中我们见到了多种放大电路，如三极管放大电路、运算放大器放大电路等，在观察这些电路放大效果的时候，我们都只测量了其对电压放大的效果，并且在其输出端没有接负载。此时若在输出端并联一个阻值为几百欧姆的电阻就会观察到以上放大电路的放大倍数大大减小。这是因为普通的信号放大电路只提供了电压放大的功能，其电流放大效果很小，我们说这样的电路为电压放大电路，其带负载能力很弱。音箱的扬声器也是一种负载，因此音箱的扬声器不能由这样的放大电路来驱动。此时我们需要一种既可以对信号电压进行放大又可保证输出电流的放大电路来驱动扬声器，由于电压和电流的乘积等于功率，因此我们把这种对电压和电流都放大的电路称为功率放大电路。

功率放大电路的形式有多种，其中根据工作状态可以分为甲类放大、乙类放大、甲乙类放大和丁类放大几种。

甲类功率放大电路的特点是保留信号的全部波形特征，因此使用这种功率放大器可以得到较好的音质。甲类功率放大器的缺点是效率太低，只有25%——35%。功率放大器的效率是指其输出的功率与电源提供给功率放大器的功率之比，效率低意味着大量的能量消耗在放大电路的器件上，使用起来不经济。

乙类功率放大器是为了解决甲类功率放大器的低效率而设计出来的，其效率提高到60%左右，大大增加了功率输出能力。但是乙类功率放大器在提升效率同时给信号引入了噪声，因此乙类功率放大器输出的音质不及甲类。

甲乙类功率放大器结合了甲类和乙类放大器的优点，具有效率高、音质好的特点。目前大部分集成功率放大器内部都采用了甲乙类功率放大的原理。

丁类功率放大又称D类功率放大，是开关型功率放大器的一种。丁类功率放大器的效率很高，理论上可达100%，实际可达90%，并且在丁类功率放大器提供如此之高效率的同时其音质损失很小，近几年来开始大量用于集成音频功率放大器的制造中，是一种非常有前景的功率放大器。

几种功率放大器的工作状态各有优缺点，但是总体来说是甲类功率放大器的音质最好，只是其效率低下，那可不可以用提高电源功率的方法提高甲类功率放大器的输出功率呢？这个提议虽然是个解决方案，但是却忽略了甲类功率放大效率低下的原因——大量的能量消耗在放大电路的器件上。放大电路的器件消耗能量意味着功率放大器会发出大量的热，若一味提升输出功率会使功率放大器烧毁。这个问题在其他类型的功率放大器上也同样存在，因此在使用集成功率放大器时，若其输出功率较大，必须在功率放大器上加上散热片进行散热。

7.5.2TDA1521功率放大器

TDA1521是飞利浦公司出品的双声道高保真集成音频功率放大器，其最大输出功率为每声道12W，其特点为外部元件少、输出功率大、两声道增益差小、开关机扬声器无冲击声及可靠的过热过载短路保护等，并且使用TDA1521搭建的功率放大电路调试简单，非常适合初学者使用。下图是一颗TDA1521功率放大器的实物：

图7-28 TDA1521集成功率放大器

在使用TDA1521进行设计之前，同样需要知道其引脚功能，但首先我们要知道引脚的顺序。通常来说，一个单列直插的集成电路如果正面面向使用者时，其最左边的引脚为1脚，向右依次递增。此外，芯片制造商通常也会在1脚所在的方向做标记，以便使用者辨别，如图7-28中，在TDA1521的最左侧有一条白条，意味着芯片的第1引脚应该在最左侧。

查阅飞利浦公司的数据手册，我们得到下面的引脚定义：

图7-29TDA1521引脚定义

据图7-29可知，TDA1521内包含两个功率放大器，分别用于两个声道的功率放大。其中1、2、4引脚分别为一个功率放大器的同相输入端、反相输入端、输出端；9、8、6引脚分别为另一个功率放大器的同相输入端、反相输入端、输出端。引脚7为芯片提供正电源，引脚8为芯片提供负电源，引脚3为接地点。

TDA1521的数据手册中也包含了其应用电路，如下：

图7-30 TDA1521应用电路

图7-30中，Vi是信号的输入端，两个Vi分别接左右两个声道的两路信号。左侧方框内的为TDA1521芯片的内部原理结构。整个功率放大电路的外接元件仅仅为两个电阻和几个电容，可见，使用TDA1521搭建功率放大电路是非常简单的。 7.6尝试一下——常用音响电路 7.6.1 分频器

2.1音箱是多媒体音箱中常见的组合方式，除了传统的左右音箱外，2.1音箱还附带一个专门进行低音播放的低音炮。若仔细分辨三个音箱中发出的声音可以发现左右音箱发出的声音中确实不存在低音成分，而低音炮也确实只会输出低音。要实现这样的效果就需要借助分频器。

图7-31 2.1音箱

分频器的任务是将音源信号中的低音和高音成分分离，然后分别送到不同的功放进行输出。我们知道，声音中的低音成分对应音源信号中的低频信号，而高音成分则对应音源信号中的高频信号，因此所谓分频器实际上是分别对应于高频和低频的滤波器，在需要低频信号的支路上加入低通滤波器，在需要高频信号的支路上加入高通滤波器，这样就完成了分频的任务。据此，我们设计分频器如下图：

图7-32分频器

图7-32的分频器中，输入的信号通过分频后分别输送到高音和低音的功放单元。其中，电感L1和电容器C1组成低通滤波器，电感L2和电容器C2组成高通滤波器；电阻器R1和R2是为了防止L1和C1产生自激振荡，以免给输入信号带来失真；R3和R4的作用同R1、R2。此外，两路滤波器的中心频率点并不相同，这是为了避免使处于在高低音分界处的信号衰减过大，造成信号频率损失，因此高低音两路滤波器在通频带上有少部分重叠。

为了观察分频器的作用，我们可以对图7-的电路进行仿真，观察不同频率下分频器通过信号的效果，仿真电路如下：

仿真与实践7-3