音频功率放大电路设计(附仿真)

南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：音频功率放大电路设计一、设计任务设计一小功率音频放大电路并进行仿真。二、设计要求已知条件：电源9V或12V；输入音频电压峰值为5mV；8/0.5W扬声器；集成运算放大器（TL084）；三极管（9012、9013）；二极管（IN4148）；电阻、电容若干基本性能指标：Po200mW（输出信号基本不失真）；负载阻抗RL＝8；截止频率fL＝300Hz，fH＝3400Hz扩展性能指标：Po1W（功率管自选）三、设计方案音频功率放大电路基本组成框图如下：话音放大器滤波器功率放大器话筒输出扬声器音频功放组成框图由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，通过话音放大器不失真地放大声音信号，其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗；滤波器用来滤除语音频带以外的干扰信号；功率放大器在输出信号失真尽可能小的前提下，给负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。应根据设计要求，合理分配各级电路的增益，功率计算应采用有效值。基于运放TL084构建话音放大器与宽带滤波器，频率要求详见基本性能指标。功率放大器可采用使用最广泛的OTL（OutputTransformerless）功率放大电路和OCL（OutputCapacitorless）功率放大电路，两者均采用甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好，在实际电路中得到了广泛的应用。对于负载来说，OTL电路和OCL电路都是射极跟随器，且为双向跟随，它们利用射极跟随器的优点——低输出阻抗，提高了功放电路的带负载能力，这也正是输出级所必需的。由于射极跟随器的电压增益接近且小于1，所以，在OTL电路和OCL电路的输入端必须设有推动级，且为甲类工作状态，要求其能够送出完整的输出电压；又因为射极跟随器的电流增益很大，所以，它的功率增益也很大，这就同时要求推动级能够送出一定的电流。推动级可以采用晶体管共射电路，也可以采用集成运算放大电路，请自行查阅相关资料。在Multisim软件仿真时，用峰值电压为5mV的正弦波信号代替话筒输出的语音信号；用性能相当的三极管替代9012和9013；用8电阻替代扬声器。由于三极管（9012、9013）最大功率为500mW，要特别注意工作中三极管的功耗，过大会烧毁三极管，最好不超过400mW。如制作实物，因扬声器呈感性，易引起高频自激，在扬声器旁并入一容性网络（几十欧姆电阻串联100nF电容）可使等效负载呈阻性，改善负载为扬声器时的高频特性。四、电路仿真与分析黄色为输入信号，蓝色为输出信号。输出信号峰峰值放大，且波形基本不失真。输出阻抗用8Ω电阻替代，输出功率为236mW200mW幅频特性图：频率范围大致在300~3400Hz电路前一部分为宽带放大电路，将300~3400Hz的信号放大，而范围外的进行减弱；后一部分为集成运放与晶体管组成的功放，电压增益为Av=Vo/Vi。五、计算（1）话音放大器前置放大器应采用低噪声电路。前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。取Rf=19k，R1=1k，则Auf=20（2）滤波器（音调控制电路）采用的是高、低音分别可调的音调控制电路。负反馈式音调控制电路的噪音和失真较小，并且在调节音调时，其转折频率保持固定不变，而特性曲线的斜率却随之改变。R24是高音调节，R21是低音调节。C8是音频信号输入耦合电容，C5、C6是低音提升、衰减电容，一般C5=C6；C7是高音提升和衰减电容，要求C7C5；fl1一般为几十赫兹，且fl2=10*fl1;fh2一般为几十千赫兹，且fh2=10*fh1；R21=R24=9*R20；R20=R23=R25；C5=C6；FL=300Hz,FH=3400Hz；根据设计要求的放大倍数和各点的转折频率大小，确定出音调控制器电路的电阻、电容大小。取C1=C8=10uF取R21=R24=470K，则R20=R23=R25=54K；由于fL1=0.1fL=30Hz,得C5=C6=0.01uF；1221212121CRfCRfLPLfH1=10fH=34000Hz,得R3=15K,C3=300nF；（3）功率放大器功率放大器采用OTL功率放大电路和OCL功率放大电路组成的甲乙类互补对称电路，这种功放电路在具有较高效率的同时，又兼顾交越失真小，输出波形好。运放构成负反馈放大器，提供电压增益。11RRAPVR7支路提供合适的静态工作点，一般1~3mA。T1~T4构成两组复合管，T3、T4选取大功率管，从而可以提供较大的负载电流输出。电阻R14、R15一般阻值很小。喇叭有电感性质，会影响输出的阻抗特性，在输出并接一条RC支路，使输出的频率特性更好。运放741电源处接有RC去耦电路，以滤除因功率管工作电流大而造成的电源电压的波动。电路的下限频率取决于耦合电容，一般取值较大；上限频率频率取决于元件（运放、三极管等）的频率特性，以及外接电阻、电容的大小。共射极电路的上限频率比较高。182013608.1226.13123212VVVVVVViPPOPPVOOPPLOOLOOAAAAAAAVVAVVVVRPVRVP取总谐波失真0.002%；负载功率Po=235.788mW六、实验总结本次实验除了元件选取与连线比较麻烦外，最难的还是参数的选取，参考PPT将电路搭建完成，但对参数还是有很大疑问。通过翻阅书本与上网查资料，大致了解了前两部分的参数设计，由于上学期的模电的知识不够扎实，对功率放大电路部分的参数设计还有疑问。在今后，还需要在这些方面加强学习。通过仿真，各项指标基本达到了要求。七、仿真原件功率放大器.ms14话音放大器.ms14音调控制电路.ms14音频放大器最终版.ms14