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音频功率放大器设计

目录

**一、 实验目的 **

**二、 设计任务—音频功放设计 **

**三、 设计方案 **

**四、 仿真结果 **

**五、 电路实现及技术指标测试结果 **

**六、 实验中遇到的问题及解决方法 **

**七、 总结 **

一、 实验目的

1.学习并掌握音频功率放大器的结构与原理；

2.学习并掌握音频功率放大器的设计与调试方法；

3.学习并初步掌握元器件、集成电路的安装与焊接；

4.掌握音频功率放大器的主要性能参数与指标的设计与测试方法。

二、 设计任务—音频功放设计

1.基本要求

功能要求：话筒扩音、音量控制、混音功能

额定功率：0.5W(失真度 THD≤10%)

负载阻抗：8Ω

频率响应：fL≤50Hz，fH≥20kHz

输入阻抗：≥20kΩ

话音输入灵敏度：5mV

2.提高要求

音调控制特性：1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围

3.发挥部分

可自行设计实现一些附加功能

三、 设计方案

1.整体音频功率放大器设计方案

2.正弦信号发生器

图3-2 正弦信号发生器原理图

（1）采用文氏电桥正弦波振荡电路

（2）Vo很小时，D1和D2开路，等效Rf较大，从而Avf很大，有利于起振；Vo增大后D1和D2短路，等效Rf减小，从而Avf减小，使Vo趋于稳定；无输出时调节R5以调整负反馈R系数，从而调节放大电路部分的增益，使其满足振荡的幅值条件

（3）起振条件Av=1+(R3+R5)/R4 >3

（4）调节R6控制输出幅度

3.麦克风放大电路

图3-3 麦克风放大电路原理图

（1）放大倍数Av=1+(R2)/R1 =20

（2）输入阻抗20KΩ 输入阻抗10KΩ

4.加法器电路

图3-4 加法器电路原理图

  1. 放大倍数Av=(1+R4/R5)*{(R1//R3)/[R2+(R1//R3)]}=3
  2. 输入阻抗10KΩ

5.音调电路

图3-5 音调电路原理图

（1）输入1KH的信号，调节R7、R8，振幅不发生改变

（2）输入125HZ的信号，调节R7可以实现振幅变化

（3）输入8KHZ的信号，调节R8可以实现振幅变化

6.功率放大电路

图3-6 功率放大电路原理图

（1）放大倍数Av=(1+R5/R2)=10

（2）输出阻抗8Ω

四、仿真结果

1.正弦信号发生器

图4-1 正弦信号发生器仿真波形图

输出频率为1KHz、峰峰值为100mv的正弦波

2.麦克风放大电路

图4-2.1 麦克风放大电路仿真波形图（1KHz）

图4-2.2 麦克风放大电路仿真波形图（50Hz）

图4-2.2 麦克风放大电路仿真波形图（20KHz）

3.加法器电路

图4-3 加法器电路仿真波形图

频率为1KHz、峰峰值为100mv的正弦波和频率为1KHz、峰峰值为100mv的方波叠加

4.音调电路

（1）频率为1KHz时，调节R7和R8，幅值不变

图4-4 音调电路仿真波形图（1KHz）

1KHz时，增益为0dB

（2）频率为125Hz时，调节R7改变振幅

图4-4.2.1 音调电路仿真波形图1（125Hz）

Av=1,增益为0dB

图4-4.2.2 音调电路仿真波形图2（125Hz）

Av=4.8,增益为+13.6dB

图4-4.2.3 音调电路仿真波形图3（125Hz）

Av=0.26,增益为-11.7dB

综上可得125Hz时，增益为-11.7dB~+13.6dB

（3）频率为8KHz时，调节R6改变振幅

图4-4.3.1 音调电路仿真波形图1（8KHz）

Av=1,增益为0dB

图4-4.3.2 音调电路仿真波形图2（8KHz）

Av=4.8,增益为+13.6dB

图4-4.3.3 音调电路仿真波形图3（8KHz）

Av=0.2,增益为-14.0dB

综上可得8KHz时，增益为-14.0dB~+13.6dB

5.功率放大电路

图4-5 功率放大电路仿真波形图（1KHz）

图4-5 功率放大电路仿真波形图（50Hz）

图4-5 功率放大电路仿真波形图（20KHz）

五、电路实现及技术指标测试结果

1.正弦信号发生器

图5-1 正弦信号发生器实际波形图

输出频率为900KHz，峰峰值为100mV的正弦波

2.麦克风放大电路

图5-2.1 麦克风放大电路实际波形图（1KHz）

图5-2.2 麦克风放大电路实际波形图（50Hz）

图5-2.3 麦克风放大电路实际波形图（20KHz）

输入信号输出信号放大倍数
峰峰值（mV）频率(Hz)峰峰值（mV）频率(Hz)理论实际
141K282997.32020.1
145028450.122020.3
1420K28019.94K2020

3.加法器电路

图5-3 加法器电路实际波形图

正弦信号发生器输出信号（100mV/1Khz）和麦克风放大电路输出信号（280mV/1Khz）叠加

4.音调电路

图5-4.1 音调电路实际波形图（1KHz）

图5-4.2.1 音调电路实际波形图1（8KHz）

图5-4.2.2 音调电路实际波形图2（8KHz）

图5-4.2.3 音调电路实际波形图3（8KHz）

图5-4.3.1 音调电路实际波形图1（125Hz）

图5-4.3.2 音调电路实际波形图2（125Hz）

频率 （Hz）输入峰峰值 （mV）输出峰峰值（mV）增益（dB）
最小相等最大
1K100/100/0
8K10025.699.2384-11.8~11.7
12510027.291.2372-11.3~11.4

图5-4.3.3 音调电路实际波形图3（125Hz）

5.功率放大电路

图5-5.1 功率放大电路实际波形图（1KHz）

图5-5.2 功率放大电路实际波形图（20KHz）

图5-5.3 功率放大电路实际波形图（50Hz）

输入信号输出信号放大倍数
峰峰值（mV）频率(Hz)峰峰值（mV）频率(Hz)理论实际
141K1481.002K1010.6
145014849.801010.6
1420K14620K1010.4

6.实际性能参数

要求实际
额定功率0.5W0.48W
频率响应fL≤50Hz，fH≥20kHzfL≤50Hz，fH≥20kHz
输入阻抗≥20kΩ20kΩ
话音输入灵敏度5mV/V3.2mV/V

六、实验中遇到的问题及解决方法

1.各级电路都调试正常，但级联后出现问题

解决方法：检查前后级是否阻抗匹配

2.调试好的电路板其他时间再测试时波形变得不正常

解决方法：检查示波器、信号发生器接线是否松动或受损；换其他的示波器或信号发生器测试

七、总结

  1. 在前期仿真的基础上焊接电路会更顺利，但也要根据实际电路情况进行调试，不能完全依赖仿真；
  2. 细心耐心检查电路，避免连线错误；
  3. 各级电路预留出测试点，方便调试。

音频功率放大器设计Multisim仿真

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