【正文】 果，并非幾項測試數據所能概 括 ，聽音評價如美食家品嘗菜肴，各有各的口味，主觀聽音更是如此 [1]。 所以， 為了使產品得到大多數 人 的認可，在產品設計上兼顧低成本和大多數人的使用習慣和要求 [1]。 音頻功率放大器是一個技術已經相當成熟的領域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐Γ瑹o論從線路技術還是元器件方面，乃至于思想認識上都取得了長足的進步。 緒論 2 功率放大器 [2]隨著科技的進步是不斷發(fā)展的，從最初的電子管功率放大器到現在的集成功率放大器，功率放大器經歷了幾個不同的發(fā)展階段：電子管功放 、 晶體管功放 、 集成功放。功放按不同的分類方法可分為不同的類型，按所用的放大器件分類，可分為電子管式放 大器、晶體管式功率放大器（包括場效應管功率放大器）和集成電路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶體管和集成電路式功率放大器為主，電子管功率放大器也占有一席之地。電子管功率放大器俗稱膽機，電子管功放的生產工藝相當成熟，產品的穩(wěn)定性很高，而離散性極小，特別是它的工作機理決定了它的音色十分溫柔，富有人情味，因而成為重要的音響電路形式。電子管電路的設計、安裝、調試都比較簡單， 其 缺點是輸出變壓器、電源變壓器的繞制工藝稍麻煩，耗電大、體積大、有一定的使用期限。因此在實際使用中有一定的局限性?，F在大功率晶體管種 類很多，優(yōu)質功放電路也層出不窮，因此晶體管功率放大器是應用最廣泛的形式。人們研制出許多優(yōu)質新型電路使功放的諧波失真很容易減少到 %以下。場效應管是一種很有潛力的功率放大器件，它具有噪聲小、動態(tài)范圍大、負溫度特性等特點 ， 音色和電子管相似，保護電路簡單。場效應管生產技術還在不斷發(fā)展，場效應管放大器將有更為強大的生命力。由于集成電路技術的迅速發(fā)展，集成電路功率放大器也大量涌現出來， 目前市場上的集成功放產品價格已經很低并且種類也很 多 , 典型的有 LM187 TDA152 TDA1514 等。這些優(yōu)質功放模塊 的 工藝和指標都達到了很高水平， 其突出特點是 體積小、性能優(yōu)越、保護功能齊全、外圍電路簡單、易制作易調試 [3]等 。 緒論 3 前置放大器及功率放大器的發(fā)展現狀 由于在很多情況下主機的額定輸出功率不能勝任帶動整個音響系統(tǒng)的任務，這時就要在主機和播放設備之間加裝功率放大器來補充所需的功率缺口，而功率放大器在整個音響系統(tǒng)中起到了“組織、協調”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個系統(tǒng)能否提供良好的音質輸出?，F今功率放大器不僅僅是消費產品 (音響 ) 中不 可缺少的設備 ,還廣泛應用于控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中。然而低頻功率放大器已經是一個技術相當成熟的領域 ， 幾十年來 ,人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?， 無論從線路技術還是元器件方面 ， 乃至思想認識上都取得了長足的進步。目前市場上的集成功放產品價格已經很低并且種類也很多 ， 典型的有 LM187 TDA152 TDA1514 等 。這些優(yōu)質功放模塊體積小、性能優(yōu)越、保護功能齊全、外圍電路簡單、易制作易調試。最近，一種應用砷化鉀 MESFET 制成的功率放大器 MMIC，在移動電話和個人數據終端領域中應用越來越廣泛，一片尺寸為 平 方毫米的 MMIC 輸出功率可達 ，工作頻率達 950MHz。 前置放大器 [4]是指置于信源與放大器級之間的電路或電子設備，例如置于光盤播放機與高級音響系統(tǒng)功率放大器之間的音頻前置放大器。前置放大器是專為接收來自信源的微弱電壓信號而設計的，已接收的信號先以較小的增益放大，有時甚至在傳送到功率放大器級之前便先行加以調節(jié)或修正，如音頻前置放大器可先將信號加以均衡及進行音調控制 。 前置放大器在音頻系統(tǒng)中的作用至關重要。 如今 人們對前置放大器的要求越 來越高，不僅要高保真、高增益、 寬頻響 ，而且要快響應，最好還要低噪聲。符合上述條件的集成電路有： LM521 LM521 TDA151 NE5532 等。 低噪聲放大器 被廣泛應用于視頻放大器中， 是數字電視和超寬頻信號處理器必不可少的一部分 [5]。 緒論 4 本課題的研究內容 及總體設計方案 本 課題 主要研究低噪聲前置放大器和超低頻功率放大器。 本文給出一種簡單實用、制作成本低廉的 低噪聲前置放大器 和 超 低頻功率放大器的設計方案 ， 并給出 仿真 測試結果。 本 設計 可由分立元件組成 ,也可由集成電路完成。由分立元件組成放大器，如果進行精心的設計，則在效率和失真方面更優(yōu)于集成的，價格方面便宜一點，但如果電路選擇和參數設置不恰當時 ， 元件性能就不能很好的表現出來 ,制作調試比較困難。從電路的簡單性和易調性 考慮 ，集成電路更好些。 所以， 本次設計 前置放大器 采用集成電路 實現 ，功率放大器采用模塊完成 。 本 超 低頻功率放大器 及低噪聲前置放大器 系統(tǒng) 總體設計框圖如圖 所示，共由 四 部分組成 ： 前置放大 器 、低通濾波 器 、 功率放大 器 和穩(wěn)壓電源 。前置放大 器 主要任務是完成小信號 的 電壓放大，同時要求低噪 聲 。 低通濾波 器 主要實現頻率的選擇 ，達到 通帶為 0~100Hz 的要求 。 功率放大 器主要任務是在允許的失真限度內 ， 盡可能高效率地向負載提供足夠大的功率 ， 最少 達到 300W 以上 。 穩(wěn)壓電源主要是為前置放大器、功率放大器提供穩(wěn)定的直流電源。 通過詳盡的資料查詢和嚴密的方案論證后，我們選擇通過集成運放 NE553 UA741 及 D200W 模塊 的配套使用來使本電路系統(tǒng)設計簡潔、實用并且達到 大功率、低噪聲、 高增益、高保真、高效率、寬頻帶、快響應的指標。 總體設計框圖如下： 前置放大器 低通濾波器 功率放大器 負載 穩(wěn) 壓 電 源 圖 系統(tǒng)總體設計框圖 基礎知識介紹 5 2 基礎知識 介紹 放大器常見名詞 一 、 靈敏度 對放大器來說 ， 靈敏度一般指達到額定輸出功率或電壓時輸入端所加信號的電壓大小，因此也稱為輸入靈敏度 ； 對音箱來說 ， 靈敏度是指給音箱施加 1W 的輸入功率 ， 在喇叭正前方 1 米遠處能產生多少分貝的聲壓值 。 二 、 阻尼系數 阻尼系數是指放大器的額定負載 (揚聲器 )阻抗與功率放大器實際阻抗的比值。 三 、 反饋 也稱為回授 ， 一種將輸出信號的一部分或全部回送到放大器的輸入端以改變電路放大倍數的技術 。 負反饋 導致放大倍數減小的反饋稱為負反饋。負反饋雖然使放大倍數蒙受損失 ， 但能夠有效地拓寬頻響 ， 減小失真 ， 因此應用極為廣泛。 正反饋 使放大倍數增大的反饋稱為正反饋。正反饋的作用與負反饋剛好相反 ，因此使用時應當小心謹慎。 四 、 動態(tài)范圍 信號最強的部分與最微弱部分之間的電平差 。 對器材來說 ， 動態(tài)范圍表示這件器材對強弱信號的兼顧處理能力 。 五 、 響應 基礎知識介紹 6 頻率響應 簡稱頻響 ， 衡量一件器材對高 、 中 、 低各頻段信號均勻再現的能力 。對器材頻響的要求有兩方面，一是范圍盡量寬 ， 即能夠重播的頻率下限盡量低 ， 上限盡量高；二是頻率范圍內各點的響應盡量平坦，避免出現過大的波動。 瞬態(tài)響應 器材對音樂中突發(fā)信號的 跟隨能力。瞬態(tài)響應好的器材應當是信號一來就立即響應 ， 信號一停就嘎然而止 ， 決不拖泥帶水。 六 、 信噪比 (S/N) 又稱為訊噪比，信號的有用成份與雜音的強弱對比，常常用分貝數表示。設備的信噪比越高表明它產生的雜音越少。 七 、 阻抗匹配 一件器材的輸出阻抗和所連接的負載阻抗之間所應滿足的某種關系 ，以免接上負載后對器材本身的工作狀態(tài)產生明顯的影響。對電子設備互連來說 ， 例如信號源連放大器 ,前級連后級 ， 只要后 一級的輸入阻抗大于前一級的輸出阻抗 5~10 倍以上 ， 就可認為阻抗匹配良好 ； 對于放大器連接音箱來說 ， 電子管機應選用與其輸出端標稱阻抗相等或接近的音箱 ， 而晶體管放大器則無此限制 ， 可以接任何阻抗的音箱。 前置放大器及功率放大器的 相關知識 一、 前置放大器 前置放大器 是指置于信源與放大器級之間的電路或電子設備 ， 用于放大信號、降低噪聲干擾、提高信號靈敏度 , 使系統(tǒng)獲得所需的數據信息。前置電路的噪聲干擾 , 對后級的影響極大 [4]。 基礎知識介紹 7 低噪 聲前置放大電路的影響因素 [4] ( 1 )電導體內電流的電子能量不規(guī)則波動產生的具有寬帶特性的熱噪聲 ； ( 2 )由于晶體表面不斷產生或整合載流子而產生的閃爍噪聲 ； ( 3 )由半導體內具有粒子特性的電流載流子所產生肖特基噪聲。 低噪聲放大電路的設計要求 [4] 為保證微弱的接受信號不被環(huán)境和電路內部固有噪聲所淹沒 [79]，所以必須要求： ( 1 )足夠的增益和 頻帶寬度 ； ( 2 )良好的增益線性 ， 較小的失真 ； ( 3 )較低的輸入阻抗 ； ( 4 )降低電路元件內部噪聲 ； ( 5 )降低輸入電阻的熱噪聲。 二、功率放大器 [10] 功率放大 器 的任務是實現對信號的電壓和電流放大； 功率放大器隨著科技的進步是不斷發(fā)展的，從最初的電子管功率放大器到現在的集成功率放大器，功率放大器經歷了幾個不同的發(fā)展階段：電子管功放 晶體管功放 集成功放。 低頻、超低頻放大器的工作頻率范圍是 : 10~ 300 kHz。 此頻段放大器具有廣泛的用途 , 主要應用有 ： ( 1 ) 軍事通信 ， 用于國家軍事指揮系統(tǒng) ， 將指揮命令調制到載波信號上 ，用功率放大器放大到所需要的等級 ， 再傳輸到天線上發(fā)射出去 ； ( 2 ) 導航 ， 用于羅蘭 C 等遠程精確定位導航 ； ( 3 ) 低頻時碼授時發(fā)送 ， 用于國家標準時間的發(fā)布 ， 將標準原子鐘產生的標準時間信息 ， 如 ： 年、月、日、時、分、秒、毫秒、微秒等經編碼、 基礎知識介紹 8 調制到載波信號上 ， 再用功率放大器放大到一定功率 ， 傳輸送到天線上發(fā)射出去 ； ( 4 )高頻加熱 ， 用于各種工業(yè)加熱 ， 如鋼管、鉛管的高頻焊 接 ， 將載波放大到較大功率 ， 經匹配器送給焊槍進行各種焊接 ； ( 5 )海洋探測 ， 將一定功率的低頻、超低頻放大器定向發(fā)送至海水中 ， 接收反射回波 ， 像雷達一樣 ， 對海洋進行探 測 ， 如深海探礦等 。 對于了解、利用海洋資源具有深遠的意義 ， 從而被推廣使用。 ( 6 ) 醫(yī)療設備 ， 低頻 、 超低頻波段的放大器由于其波長特性 ， 對人身有較好的作用 ， 目前有許多低頻、超低頻醫(yī)療設備應用 ， 如肌肉拉傷后的恢復治療、腫瘤加熱治療等。 低頻、超低頻放大器隨著應用的發(fā)展 ， 所需要的功率等級越來越大 ，從 20 世紀 50~ 60 年代的幾十千瓦到現在的幾百千 瓦、幾兆瓦 ， 尤其是軍事和高頻加熱領域 ， 幾兆瓦的需求比比皆是 ， 放大器的功率從小到大 ， 到超大功率在迅猛地發(fā)展。 低頻 、 超低頻放大器的實現途徑 超大功率等級的低頻、超低頻放大器 ， 由末級功率器件及放大電路決定的 ， 可以有下述 4 種途徑實現 ： ( 1 ) 用電子管為功率放大器件的模擬放大器 ； ( 2 ) 用電子管為功率放大器件的開關放大器 ； ( 3 ) 用充氫閘流管為功率放大器件的開關放大器 ； ( 4 ) 用固態(tài)晶體管為功率放大器件的開關放大器。 4 種大功率放大器 ( 1 )用電子管為功率放大器的模擬放大器 用電子管作為末級放大器件 ， 采用模擬放大技術被廣為應用多年 ， 是經典、成熟的技術 ， 被世界各國使用至今。 基礎知識介紹 9 ( 2 ) 用電子管作為功率放大器件的開關放大器 近幾年 ， 俄羅斯成功研制了電子管開關放大器 ， 并已投入使用 ， 美國也有相關產品的介紹 ， 而我國還是空白。 ( 3 ) 用充氫閘流管為功率器件的開關放大器 在俄羅斯 ， 俄羅斯專家采用原本應用于雷達設備領域的大功率充氫閘流管作為功率器件的放大器 ， 用作無線電發(fā)送設備。我國也引進了這種技術 ， 研制出兆瓦級設備 ， 現已投入使用。 已投入使用的兆瓦級設備采用了俄羅斯 2 1000/ 30型充氫閘流管。其特點是 ： 脈沖電流大 ， 板級電壓高 ，