高保真OCL音频放大器

蚌埠学院模拟电子技术课程设计课程名称模拟电子技术课程设计题目名称高保真OCL音频放大器专业班级学生姓名学号指导教师二○一一年十二月二十五日目录一．设计任务书 (2)1.设计题目： (2)2.设计要求： (2)二．总体设计 (2)1.设计课题的基本要求和实现方法 (2)2.音频放大器的共组原理 (2)1.输出级 (3)2.低音区 (4)3.高音区 (8)4.输出级 (11)三．单元电路设计计算 (12)1.选择电路形式 (12)2.各级电压增益的分配 (12)3.确定电源电压 (13)4.功率输出及计算（见图4.2.12） (13)5.推动级的计算 (14)6.衰减式音调控制电路的计算（参见图4.2.3） (15)四、调试说明 (16)1电路检查 (16)2检查静态 (16)五、小结与结论 (17)六、参考文献 (18)高保真OCL 音频放大器课程设计任务书一．设计任务书 1.1任务题目音频放大器电路 1.2 任务要求⑴设计、组装、调试音频放大电路；⑵额定输出功率PO Ω≤1W ，频率响应为10HZ ～40KHZ ； ⑶负载阻抗RL=8Ω，输入阻抗Ri ≥20K Ω；⑷具有音调控制功能：在1 kHz 处增益为0dB 、100 Hz 和10 kHz 出具有±12dB 的调节范围；二．总体设计1. 设计课题的基本要求和实现方法音频放大器主要用来对音频信号（频率范围大约为数十赫兹~数千赫兹）进行放大，它应具有以下几方面功能：1. 对音频信号进行电压放大和功率放大，能输出大的交流功率。

2. 具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，负载能力强。

3. 非线性失真和频率失真要小（高保真）。

4. 能对输入信号中的高频和低频部分（高低音）分别进行调节（增强或减弱），即具有音频调控能力。

为了实现音频放大电路的上述功能，构成电路时可采用多种方案，比如，可完全采用分立元件组装，也可以采用运算放大器和部分晶体管等分立元件实现，还可用集成音频功率放大电路制作，现在广为应用的是后两种。

无论采用哪种形式，音频放大器的基本组成都应包括以下几部分：1. 输入级主要是把输入的音频信号有效的传递到下一级，并完成信号源的阻抗变换。

2. 音调控制电路完成高低音的提升和衰减，为了与音调控制电路配合，这部分还应设置电压放大电路。

3. 输入级将电压信号进行功率放大，以使在扬声器上得到足够大的不失真功率。

音频放大器的组成方框图可用4.2.1表示图4.2.1 音频放大器组成方框图2. 音频放大器的共组原理图4.2.2是有集成运放和晶体管构成的音频放大电路，下面结合该电路说明它的工作原理。

该电路结构很简单，包括了上述组成的各部分，由运放进行电压放大，使用±15V 两组直流电源供电，可提供约10W 的输出功率（8Ω扬声器），现在分析其各单元电路。

1. 输出级图4.2.2电路采用射极输出器作为输入级，利用它的高输入电阻以减小信号电流。

并且为了提高输入电阻，该级的各电阻（2R ,3R ,4R ,5R ,1w R ）的阻值都选择的比较大。

该输入级的输出信号经电容耦合到电位器（1w R ）上，1w R 是阴历那个调剂电位器，通过它来调节输入到下一级（电压放大电路）信号电压的大小。

2. 电压放大电路电压放大电路由运算放大器1A （5G23）构成，1A 和外接的电阻元件构成典型的同相输入放大电路。

该电路的放大倍数1U A 为7911R R A u += 图中的R6为直流平衡电阻，13C 为外接的校正电容，用来消除电路可能产生的高频振荡，它应接在运放的补偿端上，如果采用带有内部校正的运算放大器时他就可以省去了。

3. 音调控制电路音调调节电路有多种类型，常用的有三种：一是衰减式RC 音调控制电路，另一种是反馈是音调控制电路，第三种是混合式音调控制电路。

下面主要介绍衰减式音调控制电路。

典型的衰减式音调控制电路如图4.2.3所示。

电路中的元件参数满足下列关系：1C 和2C 容量远小于3C 和4C ，电位器1W R 和2W R 的阻值远大于1R 和2R 的阻值。

根据放大电路频率特性的分析方法，下面分成三个频段来讨论。

（3) 中频区此时3C 和4C 可视为短路，而1C 和2C 可视为开路，简化等效电路如图4.2.4所示时电路的电压传输系数为2120R R R U U A i M +==可见，中频区输入信号是按固定比例由衰减的传输过去。

(2) 低音区因为信号频率较低，1C 和2C 仍可看成开路，但3C 和4C 不能看成为短路，等效电路如图4.2.5所示。

此时，根据2W R 滑动端所处的位置的不同，输出电压0U 的大小也有所不同① 当2W R 动端在最上端时，对用的等效电路如图4.2.6（a ）所示。

电路的电压传输系数为124214242212422221242212422221242422142422j1j1)(j 1j 1j j j 1j 111C j L L W W W W W W W W W W W W L C R R C R C R R R R C R R R R R R CR R R R C R R R R R R c j R c j R R R c j R R R A ωωωωωωωωωωωωωω++=+++=+++⋅+≈+++++⋅+=+++++=式中 42242111,)(1C R C R R L L =+=ωω则L A 的幅值为2222)(1)(1L L LA ωωωω++=（b ）图4.2.6 2W R 动端处于最上端时的等效电路和幅频特性当信号频率较高（接近中频区），满足 ω》l1ω时，则|L A |≈l1ω/l2ω=212R R R +,即为上述中频区的电压传输系数。

如果信号频率很低，满足≤ωl1ω和l2ω时，则由于ω/l1ω和ω/l2ω，均远大于1，使|Àl |≈1，表明此时信号几乎没有衰减的传递到输出端，故在此频率范围的信号电压相对于中频区提高了（212g201-R R R +）= 20lg(1+21R R ) dB 当信号频率处于21l l f f f <<范围时，电路的传输系数随着频率的降低而逐渐增大，其变化的斜率近似为-6dB/倍频程。

2w R 动端在最上端时的低频区电压传输系数和频率的关系（幅频特性）如图4.2.6（b ）所示，该图是用折线代替曲线的近似画法。

由图可看出低音区的电压信号相对于中频区而言，得到了提升（增强）的效果，其中频率2l f 为低音开始提升的转折频率，1l f 为由提升的转入平坦时的转折频率，在低频区电压信号提神的最大值为20lg221R R R +dB ② 当把电位器2R 滑动端移动到最下端时，其等效电路如图 4.2.7（a ）所示，它构成了低音衰减电路。

此时输出电压为)//X (R C3W22120++=R R R U U i（b ）图4.2.7 2W R 动端处于最下端时的等效电路和幅频特性式中32//W W R R 为电位器2W R 与电容3C 并联支路的阻抗。

当频率f 降低时，3C X 增大，则32//C W X R 增大，从而使输出电压减小，即低音受到衰减。

同样可以写出该电路的电压传输系数，其值为21223213222322123221232212322123232212i011)(111111L L W W W W W LjjRw R C R R j C Rw j Rw R C Rw j R R Rw C Rw j R R R C R j R R R C R j R R R C j R C j R R R R U U A ωωωωωωωωωωωω++⋅=+++⋅=+++⋅+≈++++⋅+=+++==式中3212321)(1w 1C R R C R LL+='='ωω则 222122)(1)(1L L LRw R A ωωωω++= 当信号频率较高(接近中频区)，满足ω》L2ω和L2ω时，|L A |≈212L1L222ωω.R R R R R W +=即为中频区的电压传输系数。

当信号频率很低（ω→0时）|L A |≈22W R R ,即20lg|L A |≈20lg 22W R RdB,相对于中频区的电压信号衰减了20lglg 20212-+R R R 22W R R =20lg212R R R W +dB 在信号频率处于21l l f f f <<范围时，电路的传输系数随着频率系数随着频率的减小而降低，其幅频特性如图 4.2.7（B ）所示，可见在低音区的电压信号相对于中音区产生了衰减，图中321﹚C R π﹙R 21+=l fl2f 为信号开始衰减时的转折频率，而3W2πR 21f C =l1f 是由衰减转变到平坦时的转折频率，衰减段的斜率为-6DB 倍频程。

（3) 高音区信号在高频率区，电容3C 和4C 都可看成短路，简化电路如图4.2.8所示。

此时，根据1W R 滑动端的位置即可确定所对应输出电压的大小。

① 滑动端移至最上端（A 点）时，由于W21R ≥W R ,，1W R 和2C 支路可视为开路，于是简化电路如图4.2.9（A ）所示，可得11220U Z R R U +=式中111jw 1//C R Z = 随着频率F 的升高，1C 容抗下降，Z 减小，0U 增大，即高频信号被提升。

当频率上升到某一频率时，电容1C 可看成短路，Z ≈0，于是，0U ≈1U 输出达到最大值f（b ）图4.2.9 电位器1W R 动端在最上端时的等效电路和幅频特性该等效电路的电压传输系数为212111212111212211112i0111111H H HjjR R R C R R R R j C R j R R R R C j R C j R R U U A ωωωωωωωω++⋅+=+⋅++⋅+=++⋅== 式中1212111)//(1/1C R R C R H H ==ωω 所以2221212)(11H H HR R R A ωωωω+++=）（若信号频率较低（接近中频区），满足ω≤H1ω和H2ω，则h1ωω和h2ωω均≤1，于是||A H ≈22R R R +为中频取得电压传输系数。

若信号频率很高，满足ω≥H1ω和H2ω时，，则h1ωω和h2ωω均≥1于是||A H ≈22R R R +，h1h2ωω=1，此时几乎全部输入信号都传递到输出端，，表明在高音区的电压被提升的最大范围为20lg221R R R +dB 当信号频率处于21h h f f f <<范围时，随着频率的增加使电路的传输系数也增大，其幅频特性如图4.4.9（b ）所示。

可见，高音电压信号得到提升的状况。