音频功率放大器模拟电路设计

3.3.1主要元器件
本滤波器设计采用通用型集成运算放大器uA741。uA74是通用高增益运算放大器,内部具有频率补偿、输入、输出过载保护功能，并允许有较高的输入共模电压和差模电压，电源电压适应范围较宽，是早些年最常用的运放之一.这种集成运放的主要参数如下：
电源电压±15V最大共模输入电压±13V最大输出电压±14V
运放稳压电源电路选用7812和7912集成稳压器件，用以为滤波所用集成运算放大器提供正负12V电源来驱动进行工作，运放稳压电源电路如图3-1-2所示。
图3-1-2
两块电路中设置了保护电路，万一输入端短路，大电容放电会使集成稳压块由于反电流冲击而损坏，在稳压块上加上二极管可使反相电流流向输入端起到保护作用。
3.2
3.2.1
前置放大是指将音频信号放大至功率放大器所能接受的范围。前置级要求输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小。前置放大器设计如图3.2.1，运算放大器组成一个反向放大电路，输出电压 的表达式：
(2)
录音机输出的信号一般为100mv，已经大于 的要求，所以要对 进行适当的衰减，否则输出会产生失真。取R1=100KΩ，R2=39 KΩ，以使录音机输出经混合级后达到 要求。
Key words:Audio power amplifier, power supply, filter, power amplifier circuit
前言
1.在当代生活中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的提高，人们对音响的性能要求也越来越高。所以，制作出完美音响也成了人们追求的目标。
3.1.1
1、集成稳压器：
集成稳压器的输出电压 应与稳压电源要求的输出电压大小及范围相同。稳压器的最大电流 ，稳压器的输入输入电压 范围为 （3）
式中，
——最大输出电压
——最小输出电压
——稳压器的最小输Байду номын сангаас输出压差
——稳压器的最大输入输出压差
2、电源变压器
对于容性负载，变压器副边的输出电压 与稳压器输入电压 的关系为 ,在此范围内， 越大，稳压器的压差越大，一般取副边电压
图3-1-1
在图3-1-1所示电路中，R1和Rw组成输出电压调节电路，输出电压Uo≈1.25×（1+Rw／R1）,R1取120～240Ω，流过R1的电流在空载时，最大为5～10mA，最大为50uA。根据R1=1.25/I，取R1=200Ω，则Uo=1.25（1+Rw／R1），通过计算后选取Rw为5kΩ精密绕线电位器。
音频功率放大器
摘要：本音频功率放大器由四部分组成：电源，前置放大级，滤波器，功率放大电路。电源电路输入交流电，输出18V的直流电，为集成功率放大器供电；再经过变换输出+12V与-12V的直流电，为滤波器及前置放大级的运算放大器的供电。前置放大级将音频信号放大至功率放大器所能接受的范围。滤波器电路，分为高通滤波器、中通滤波器、低通滤波器，将输入的音频信号分为不同频率音频信号，并设有开关可以按个人喜好调节输出音频信号。功率放大电路，将输入的信号功率放大。
按照滤波器的工作频率，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、全通滤波器（APF）。由阻容元件和运算放大器组成的滤波器电路称为RC有源滤波器。由于集成运算放大器有限带宽的限制，目前RC有源滤波器的工作频率比较低，一般不超过1MHz。本设计共设有低通、带通、高通三个滤波器以对输入信号频率进行选择，正常人耳能听到的声音范围是20Hz-20kHz，所以不用考虑运算放大器带宽限制。
4.随着时代的发展，信息时代的来临，音频功率放大领域取得了喜人的硕果。新的技术飞跃往往是新材料、新理论、新方法的出现之后产生的，音频放大器同样也不会例外。在科技日新月异的时代，我们有理由期待更完美的功率放大器的出现。
5.此次电子技术课程设计我们选择的就是音频功率放大电路的设计。我们采用了LM1875集成芯片作为音频功率放大电路的核心器件。而且我们还采用了低通、高通、带通滤波器这样我们可以根据个人的不同爱好对不同频段的音频信号做选择性的处理。为了给集成芯片和滤波器提供稳定的电压以保证它们正常的工作。我们制作了直流稳压电源，通过该电路可以为电路提供稳定的直流电。但是由于滤波器和LM1875集成芯片对直流电压大小需求不同，所以我们运用了运放电路，这样可以分配直流稳压电路产生的电压分配到滤波器和集成芯片对电压不同的要求。概括的说此功率放大器由直流电源电路、运放电路、滤波器电路、集成功放电路等四部分组成。
关键字：音频功率放大器、电源、滤波器、功放电路
Abstract:The audio power amplifier consists of four parts: power supply, level preamp, filter, power amplifier circuit. AC input power supply circuit, output DC 18V, power supply for the integrated power amplifier; another transform output +12 V and-12V DC, in order to filter and preamp-level op-amp power supply. Preamp-level audio signal amplification will be acceptable to the scope of power amplifier. Filter circuit, is divided into high-pass filter, in-pass filter, low pass filter, the input audio signal into different frequency audio signal and a switching regulator in accordance with personal preference, audio output. Power amplifier circuit, the input signal power amplifier.
图2.5.1音频功率放大电路方案图五
方
综合上述方案比较分析：
方案一采用的是甲类功率放大器。甲类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过，它的优点是输出信号的失真比较小，但是输出信号的动态范围小，效率低。理想情况下其最高效率为50%。方案三采用的是乙类功率放大器。乙类功率放大器在整个输入信号周期内的导通时间为50%，它的优点是在理想情况下效率可达78.5%，但缺点是会产生交越失真，增加噪声。方案二采用的是甲乙类互补对称电路，积甲乙类功率放大器的优点于一身，同时克服交越失真。方案四采用TDA2030集成功率放大器，具有输出功率大，失真小，且具有完善的热保护电路等优点。方案五采用了LM1875做为音频功率放大器具有工作电压范围大16～60V，失真率小，输出功率大等特点。
2.音频功率放大器作为音响设备的重要器件，完美的音频功率放大器是做出完美音响的必要条件。音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力。无论是从线路技术还是元器件方面，乃至思想认识上都获得了长足的进步。
3.回顾一下功率放大器的发展历程，对我们来说也是一件积极有意义的事情。
图2.4.1音频功率放大电路方案图四
2.5
LM1875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%一下的失真没什么明显的感觉），保护功能完善。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。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、输出功率大、失真小等特点。
TDA2030 集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。
TDA2030 在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0．5％）；在电源电压 ±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0．5％）。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电路可供低频课程设计选用。
其原理方框图为：
图2.1.1音频功率放大电路方案图一
2.2
由晶体管与集成运放组成的ＯＣＬ功率放大电路。其中运算放大器组成驱动级，晶体管组成复合式对称电路。音量控制器由５５５产生手动控制音量设需脉冲，集成模拟开关ＣＤ４０５１的８路输出信号控制电阻分压网络的衰减倍数，其地址由计数器ＣＤ４５１６提供。
其原理方框图为：
开环差模电压增益106最大差模输入电压±30V差模输入电阻2MΩ
（4）
副边输出电流有效值
（5）
——稳压电源最大输出电流
3、整流二极管及滤波电容
整流二极管的反向击穿电压 应满足：
(6)
滤波电容C的容量可估算：
（7）则 =11.3KΩ，使 + 可在11KΩ～12kΩ间调节。
3.1.2
根据性能指标，集成稳压器为驱动集成功放选用LM317，其输出电压范围为Uo=1.3～37V，最大输出电流Iomax为1.5A，为集成功率放大器设计的稳压电源电路如图3-1-1所示
TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。