音响放大器设计实验
龙从玉编写
一、综合设计任务与要求
1、综合设计任务
用给定元器件设计一个能对外接受高阻话筒信号、进行音调控制调节、外接扬声器输出功率达1W的音响放大器。 2、设计音响放大器性能要求
2.1、 输出功率：POM ≥1W 扬声器阻抗ZL=4Ω/1W 电源电压VCC=12V。 2.2、 输入阻抗 Ri≥20kΩ
2.3、 *音响频率响应:fL=40Hz、 fH =15KHz。 2.4、 *音调控制特性：1KHz:Au=0dB;
二、可供实验元器件
1、音响放大电路设计实验供应元器件如表-1
表-1 音响电路实验可供（可选）元器件列表
序号 1 名 称 运算 放大器 大功率管 三极管 二极管 电位器 大电阻 型号 UA741 或LM324 TIP41 TIP42 9012 9013 1N4007 100K 5 6 10K 1 K 10Ω/2W 100K 51K 7 电阻 20K 10K 2K 数量 4片 1片 1支 1支 1支 1支 2支 2支 2支 1支 1支 2支 1支 4支 12支 2支 13 14 15 16 10 11 12 话筒 MP3 扬声器 9 瓷片电容 8 电解电容 序号 名 称 型号 470 u/50V 10 uF 1uF 0.033uF 3300pF 0.1uF 音响电路公用测试元器件 1W/8Ω TDA2003 或LM380 AD623 略 略 1支 1支 1支 1块 1块 1块 若干 若干 数量 2支 8支 2支 2支 2支 1支 2 3 4 *扩展实验可选元器件清单 集成功放 仪表运放 电阻 电容
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音响放大电路综合设计实验
2、音响放大电路设计实验供应元器件的分类说明：
2.1、必做实验部分可供元器件：通用集成运算放大器、三极管、大功率管、二极管、电位器、常用电阻和电容。
2.2、音响测试元器件为调试与测试公用元器件，以实验教室为单位配置。 2.3、选作实验部分选供元器件；音响集成功放模块、仪表专用集成运算放大器等。选做实验供应元器件必须将设计电路与选择元件清单，交指导老师审查签字方可领取。
三、综合设计实验流程与电路设计参考方案
1、一般电路实验综合设计流程 如图-1：
图-1 音响电路设计实验流程图
2、音响放大器各级增益的分配
根据设计实验要求，音响放大整机电路可分为：话放与混放级、音调控制级与功放级。根据各级的功能及性能指标要求分配电压增益如下两种方案：
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音响放大电路增益分配方案1
音响放大电路增益分配方案1的特点是：各级增益大体均分，话放级增益5dB较小，主要任务解决输入信号的阻抗匹配。音调控制级主要任务是音调调节，虽然在电位器居中时增益为零，但在增益衰减调节时为-20dB；在增益提升调节时为20dB。由于普通运放的上限频率较低，增益较高则上限频率更低，因此采用运放驱动大功率管电路可采用此增益分配。
音响放大电路增益分配方案2
音响放大电路增益分配方案2的特点是： 功放级电压增益较大，比较适用于集成功放电路及采用三极管驱动大功率管的功放电路。 3、音响放大电路输入输出的阻抗匹配
高阻话筒的输出电阻较高，为了使电路的输入阻抗匹配，话放电路宜采用阻抗较高同相输入电路。
同理，因为音响的负载是8Ω的扬声器，在采用单电源时电源在12—15V，要求电路的输出电阻足够小，使音响能输出要求的功率。
四、音响放大器中单元电路分析
音响放大电路设计主要包含：功放电路、话筒信号放大与混放电路、音调控制电路三大部分。设计实验重点是功放电路部分。虽然现在有性能极好的音响集成功放电路模块，但是本设计实验采用普通运放驱动大功率管的功放电路。 1、采用通用运放的前置放大电路
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，600Ω等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声电
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音响放大电路综合设计实验 信号(最高频率达到20kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗，可采用输入阻抗较大的同相放大器。采用同相输入的放大电路，在实际应用中的自激噪声较大。可在运放的输出端与反向输入端之间并接一个0.01uF的电容来消除自激。 话筒AMP=5mOFFSET=0FREQ=1kPHASE=0THETA=0话放电路MP3R2100kU1+VALUE=12混放电路C4100%RV1100á73AMP=50mOFFSET=0FREQ=1kPHASE=0THETA=0U2(V+)VALUE=12V10u10u10k2UA741U167C210uRV310kR610k32UA741610uU2R420kC5R120kRV20A5VALUE=-12U1-415C310uR510kR310kR1010kVALUE=-12VU2(V-)10kGNDR751k 图-2 采用通用运放741的话放与混放电路图 音响放大电路采用单电源比双电源电路要简单，运放的单电源接法只不过是将输入输出电压的参考点由双电源的零电位，改变为单电源的电压VCC的1/2而已。事实上不仅LM324可采用单电源，UA741同样可采用单电源接法，图-3 就是图-2运放741的话放与混放都采用单电源供电的电路图。 MP3话筒信号放大电路R4话筒信号AMP=5mOFFSET=0FREQ=1kPHASE=0THETA=010kRV210k100%AMP=100mFREQ=1kOFFSET=0PHASE=0THETA=0U1+VALUE=15C410u前置混放电路R9R1010kU2+VALUE=1510kR5R330k10k66%RV1C110u100k7R873U1UA741610kC310u32UA741U26C510uuoR610kR110k2415415R1110kC210uR251kR7100k 图-3用单电源供电的通用运放741前置放大电路图 2、采用专用集成运放的话放电路*（扩展实验选做） 典型的仪表集成运放AD632用双电源电压：±2.5---±5V，一般用单电源电压可取10V，但其双电源性能也好，电路增益设置简单，用仅用一个电阻就可设置电路增益值，在输出端负载电阻应大于10K时，输出稳定，作话筒信号放 4
大性能良好。图-4是采用双电源的低阻话筒信号放大电路。
图-4 用AD623的话音放大电路图
AD623采用单电源供电时，要特别注意调偏置电压，信号可采用桥式电路输入，信号输出则最好采用电容耦合输出。 3、采用运放驱动功率管的OTL功放电路
功率放大器(简称功放)的作用是给音响放大器的负载RL(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，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。
功放的常见形式OTL功放电路、OCL功放电路、BTL平衡桥式功放电路，还有立体声功放电路。
采用单电源的运放驱动功率管的功放电路如图-5。其中，运放为驱动级，晶体管Q1-Q4组成复合式晶体管互补对称电路。 RPF20k5%RF10kR45.1kR65112VC210uQ1bQ19013Q3TIP41RV221%1kQ1eR11kuiR7100uo415D1U16RV150%uiC110u23UA741UAC3470uR8D2Q2eQ2b100UA1uo10k20kVCU1N4001RAR210k7Q29012C4扬声器Q4TIP420.1uRB10kR55.1kR10R95114/1WVNOM=2VLOAD=4Y运放驱动功率管OTL功放电路电压增益：Au=(RPF+RF+R1)/R1 图-5 单电源供电运放驱动功率管的OTL电路 5 / 16