闫朝明_高保真功率放大器设计报告

电子线路综合实训设计报告

题目：高保真音频功率放大器

系部：信息与通信学院

专业：电子信息工程

年级： 2011级

学生姓名：闫朝明

学号： 1100220429

指导老师：韦照川

职称：高级实验室

2013年11月13日

【摘要】以NE5532和LM1875芯片为核心，NE5532芯片作为前置放大电路，LM1875作为功率放大后级。辅以必要的模拟电路，设计要求音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。音频范围约为20HZ~20KHZ。最终作品效率>60%,

带宽18HZ~270KHZ，大于音频范围，而且放大倍数也达到了比较高的倍数。电源采用桥式整流电路，同时采用LM317和LM337芯片输出稳定可调电压值，达到高保真音频功率放大的目的。

【关键词】桥式整流电路；高保真音频功率放大器；NE5532；LM1875；LM317；LM337。

Abstract ：with NE5532 and LM1875 chip as the core, NE5532 chip as the preamplifier circuit, LM1875 as a power amplifier stage. Supplemented by the necessary analog circuit, the design requirements and the power level of sound volume output element regenerate true, efficiency and low distortion of the input audio signal. Audio range is about 20HZ ~ 20KHZ. Final work efficiency> 60%, the bandwidth 18HZ ~ 270KHZ, than the audio range, and the magnification is achieved a relatively high ratio. Power supply using bridge rectifier circuit, while using LM317 and LM337 adjustable voltage chip output stability, achieve high fidelity audio power amplification purposes.

Key word：bridge rectifier circuit; fidelity audio amplifier; NE5532;

LM1875; LM317; LM337.

目录

1 方案设计与要求 (1)

2 系统设计原理介绍 (2)

2.1 音频功放的基本结构 (2)

2.2 音频放大的设计指标 (2)

2.3 方案确定 (2)

3基于LM1875音频功放的设计 (2)

3.1 LM1875简介 (3)

3.2 LM1875工作原理 (3)

3.3 LM1875典型应用电路 (5)

4 NE5532特点 (5)

4.1 NE5532典型电路 (6)

4.2 NE5532和LM1875组成的前后置放大原理图与PCB (7)

5 电源模块设计 (7)

5.1电源原理图 (9)

5.2电源PCB图 (9)

6测试仪器 (10)

7 实验数据 (10)

8总结 (10)

9参考文献 (101)

1 方案设计与要求

任务要求设计设计并制作高保真音频功率放大器。音频功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高。非线性失真尽可能小。系统整体框架如图1所示。

前置放大均衡电路功率放大后级

电源

（图1）

1.1音频功率放大器的特点：

1）输出功率足够大；

为获得足够大的输出功率，功放管的电压和电流变化范围应很大。

2）效率要高；

功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。

3）非线性失真要小；

功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区，造成输出波形的非线性失真，因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。

1.2 设计要求

1）要求了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法。

2）要求掌握音频功率放大器的设计方法与小型电子线路系统的装调技术。

3）最终达到音频放大的目的，输出音质较为动听。

2 系统设计原理介绍

2.1 音频功放的基本结构

音频放大器的基本组成框图和基本作用如下图所示

音源前置放大器音调控制器功率放大器

（图2）

前置放大器是指置于音源（如MP3等）与放大器后级之间的电路或电子设备。前置放大器是专门为接收来自信源的微弱电压信号而设计的，已接收的信号先以较小的增益放大，另一个作用是在传送到功率放大器之前便先行加以修正。

音调控制器是用来调节音频信号中的高频、中频和低频成分的比例，以改变前级放大器的频率响应特性，使信号中不同频率成分产生不同程度的提升或衰减，以达到改变放大电路频率响应的目的。

后级功率放大器是把从前级来的信号放大给扬声器用，而后级必须有足够的功率输出才能推动扬声器发音。

2.2 音频放大的设计指标

音频功放根据功能可分为很多类，单声道、立体声、多声道。此次设计采用单身道。音频功放的基本参数包括频率响应，额定功率，最大输出功率，输出阻抗，输入信号电压，失真度，信噪比等

2.3方案确定

为了达到要求，有较大的功率放大倍数，输出得到比较理想的效果，决定采用两级放大。NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器，有不错的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道。所以前级放大采用NE5532。LM1875是美国国家半导体公司九十年代初推出的一款音频功放电集成电路，采用TO-220封装，外围元件少，但是性能优异，具有频率响应宽和速度快等特点,从九十年代初一直到现在还被广大音响爱好者推荐。最可贵的是其价格已从当初的十几元降至现在的八九元，最适合于不想花太多的钱又想过过发烧隐的爱好者业

余制作。该IC最的优点是在小功率输出时的音质能直逼中高档音响的听音效果。NE5532作为前级缓冲音调电路，LM1875作为电流反馈后级放大电路。所以后级放大采用LM1875。

3基于LM1875音频功放的设计

3.1 LM1875简介

LM1875是美国（NSC）一款久负盛名的高性能音频功率放大集成电路，最大输出功率可达30W，音色醇厚、噪声和失真都相当低，而且保护功能比较完善，性能稳定。

LM1875采用TO-220-5封装结构，形如一只中功率管，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。LM1875功放板由一个高低音分别控制的衰减式音调控制电路和LM1875放大电路以及电源供电电路三大部分组成，音调部分采用的是高低音分别控制的衰减式音调电路，其中的R02，R03，C02，C01，W02组成低音控制电路；C03，C04，W03组成高音控制电路；R04为隔离电阻，W01为音量控制器，调节放大器的音量大小，C05为隔直电容，防止后级的LM1875直流电位对前级音调电路的影响。放大电路主要采用LM1875，由1875，R08，R09，C066等组成，电路的放大倍数由R08与R09的比值决定，C06用于稳定LM1875的第4脚直流零电位的漂移，但是对音质有一定的影响，C07，R10的作用是防止放大器产生低频自激。本放大器的负载阻抗为4→16Ω。

（图3）

3.2 LM1875工作原理

LM1875引脚封装如下图

（图4）

特点为：

LM1875功率较TDA2030及TDA2009都为大，电压范围为16～60V。不失真功率为20W（THD=0.08%），THD=1%时，功率可达40W（人耳对THD<10%以下的失真没什么明显的感觉），保护功能完善。LM1875是一个不错的选择。其接法同TDA2030相似，也有单双电源两种接法。LM1875是美国国家半导体器件公司生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。如图1所示，该集成电路在±25V电源电压RL=4Ω时可获得20W的输出功率，在±30V电源8Ω负载获得30W的功率，内置有多种保护电路。LM1875广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、LM1875输出功率大、失真小等特点.

LM1875电路特点：

1）LM1875单列5脚直插塑料封装，仅5只引脚。

2）开环增益可达90dB。

3）极低的失真，1kHz，20W时失真仅为0.015%。

4）AC和DC短路保护电路。

5）超温保护电路。

6）峰值电流高达4A。

7）极宽的工作电压范围（16-60V）。

8）LM1875内置输出保护二极管。

9）LM1875外接元件非常少，TO-220封装。

10）LM1875输出功率大，Po=20W(RL=4Ω)。

3.3 LM1875典型应用电路

（图5）

4 NE5532特点

（图6）

NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。

NE5532特点：

小信号带宽：10MHZ

输出驱动能力：600Ω，10V有效值

输入噪声电压：5nV/Hz(典型值)

直流电压增益：50000

交流电压增益：2200-10KHZ

功率带宽： 140KHZ

转换速率： 9V/μs

大的电源电压范围：±3V-±20V NE5532引脚图

（图7）

4.1 NE5532典型电路

（图8）

4.2 NE5532和LM1875组成的前后置放大原理图与PCB

图（9）前级放大原理图

（图10）

5 电源模块设计

电源采取LM317和LM337进行稳压。

形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用.

LM337是比较常见的降压型线性稳压器,目前市面上有很多家有提供同型号性能相近的产品。意法半（ST）、安森美（Onsemi，老牌子是摩托罗拉），国半（NS）、德州仪器（TI）、凌特（Linear）以及其它国内产品，同一品牌可能有不同的外观和品质，这点需要注意。如果要构成对称双电源输出，最好挑选同品牌同一生产批号的产品。

LM337 的输出电压范围是 -1.2V 至 -37V，负载电流最大为 0.4~2.2A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

通常 LM337 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 LM337 输入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比

为了保证功放板的音质，电源变压器的输出功率不得低于80W，输出电压为2*25V，滤波电容采用2200UF/25V电解电容并联，正负电源共用2个2200UF/25V的电容，两个104的独石电容是高频滤波电容，有利于放大器的音质。

本电源采用桥式全波整流、大电容滤波、三端稳压器件的方法，产生各种直流电压，满足系统涉及的±24、±12V 、+5V电压需求，如图11所示。

5.1电源原理图

(图11) 5.2电源PCB图

（图12）

6．测试仪器

测试仪器

仪器名称型号规格

数字万用表DT-9208A+

RIGOL双踪示波器DS1062C 60MHz 400Msa/s

RIGOL函数信号发生器20MHz 100Msa/s

直流稳压器DF1731SLL3A

直流电阻器ZX36

7.实验数据

为8Ω下，在放大通道的正弦信号输入电压幅度范围为（1～100）mV，等效负载电阻R

L

放大通道数据：

最大不失真电压（此时输入电压为0.088vpp）V=20.35vpp

放大倍数20/0.088=231.25

带宽BW为18HZ~200KHZ

最大输出功率P OR25.88W

效率61.2%

性噪比90db

8．总结

经过努力，我终于把本次课程设计完成了！在此首先要感谢我的指导老师给了我一个选择机会和空间，让我选择了自己想做的东西。我觉得一个人就是在完成一个又一个实践的过程中逐渐获得经验并得到自我提升的。在此，向韦老师致以衷心的感谢！

通过本次的课程设计，也让我对所学的电路知识有了更深一层的认识。同时，也要感

谢二院科协给我提供了各种做板过程中所需要的设备和测试仪器！

9.参考文献

[1] 邱关源.电路原理（五版）.北京：高等教育出版社，2006

[2] 曹丙霞.protel原理图设计.北京：电子工业出版社，2007

[3] 田良,王尧,黄正谨,陈建元,束海泉.综合电子设计与实践.南京：东南大学出版社，2002