【正文】 類 )放大器，是指器件導通時間為 50％的一種工作類別。該類放大器的偏置按 B類 (乙類 )設計，然后增加偏置電流，使放大器進入 AB 類 (甲乙類 )。 C 類 (丙類 )放大器，是指器件導通時間小于 50％的工作類別。此外，表現在頻響方面，它只能對某一特定負載阻抗保證平坦的頻率響應。 所有線性輸出級都消耗功率，這是因為產生 VOUT 的過程中不可避免地會至少在一個輸出晶體管上產生非零 IDS 和 VDS。 B 類放大器的拓撲不用直流偏置電流，消耗的功率要小得多。 AB 類放大器是 A類和 B 類的混合，使用一定的直流偏置電流，但比純 A類設計小得多。 不幸的是，即使設計優(yōu)秀的 AB 類放大器功耗也很大，這是因為其半量程輸出電壓一般離正或負電源軌都遠。 在效率、體積以及功率消耗方面， D類放大器具有明顯的優(yōu)勢。另外，由于 AB 類放大器的功耗大，就需要更大體積的電源對其供電，這樣也會使其開銷增加。另外 EMI 是一直困擾 D 類放大器發(fā)展的一個重要問題 。 現在的電子琴功放中存在的研究的熱點就是就是如何使用最低的成本能夠獲得符合標準的功放。 所以現在的主要的難點在于使用低成 本的線性電源的時候，如何使得功放的輸出能夠符合標準，為其他元器件 提供的電壓雖然會出現變化，但能夠不影響功放的輸出 。開機的時候利用電容的充電和芯片未正常啟動的不定態(tài)對其進行其進行控制。因此采用靜音控制電路直接控制功放芯片。 所以本設計的主要目的就是能夠設計一款功放，它能夠在使用線性電源的情況下其各種參數能夠符合標準。 功放設計常見參數介紹 額定功率指在規(guī)定的總諧波條件下功率放大器長期承受額定負載阻抗上的輸出功率，是適用的功率。峰值功率反映功率放大器處理音樂信號的能力，是一個參考功率。另一種采用橋式跨接法，雙通道立體聲可選用橋接方式進行跨接使用。如某個電位有點偏離，某個電路稍有點不平衡，一只功率放大器就會驅動另一只功率放大器， 兩只功率放大器就會產生相位差和電平差，使輸出波形產生嚴重的失真。一部分放大器而言。因為當功率下降了一半時，電平恰好下降了解情況分貝。其中的幅頻曲線圖就是我們常見的頻率響應圖，另一幅叫做相頻曲線圖，是用來表示不同頻常州工學院計算機信息工程學院畢業(yè)設計論文 6 率在經過了放大器后所產生的相位失真（相位畸變）程度的。對於 Hi Fi 放大器而言，相位失真起碼要在20~20KHz+5%范圍之內。在物理學上這些振動波被稱為諧波（ Harmonics）。大家所熟悉的方波就是由一個正弦波基波加上大量的廳次（單數）諧波所組成，這也解釋了為什么方波常常被用作測試訊號的原因。由不同的物理系統(tǒng)所產生的諧波其成份也不相同。可是由放大器所產生的諧波卻并不是一項常數，而是一項與信號頻率和輸出功率有關的函數。因為晶體管在接近過載（ Overload）的情況下會發(fā)生削波現象。即頻率是基波頻率 ?倍的諧波。在 40年代時，有許多較“小型”的收音機故意加入相當程度的二次諧波失真。通常貝計量，因為功率是電流和電壓的函數，所以訊噪比也可以用電 壓值來計算，即訊號電平與噪聲電平之比值，只是計算公式稍有不同。除了訊噪比外，衡量放大器噪音大小也可以用噪聲電平這個概念，這實際上也是一個用電壓來計算的訊噪比數值，只不過分母是一個固定的數： ，而分子則是噪聲電壓，所以噪聲電平和訊噪比的分別是：前者一個絕對值，后者則一個相對數。 功放設計要求 額定輸出功率為 50W； 訊噪比為 60dB 以上 ； 頻率響應在 20HZ 到 20KHZ 之間 ； 諧波失真度在 10%以下 ； 常州工學院計算機信息工程學院畢業(yè)設計論文 8 系統(tǒng)方案 設計 在功放電路中，實際的音頻信號由主板 提供。然后將音頻信號送入功放芯片 TDA7294，對其進行功率放大，放大后的信號輸入到揚聲器，發(fā)出聲音。因為 +20V 的電壓在不停的變化，所以靜音控制電路處的電壓要穩(wěn)定，防止因為電容的充放電造成斷音。 基本線性放大電路 最基本的線性放大電路是同相輸入放大電路和 反 相輸入放大電路 ， 別的電路都是由這兩種電路變化組合而來。 圖 反相輸入放大器 幾樣指標的近似計算： 電壓增益 Av 根據虛短和虛斷的概念 vn≈ vp＝ 0 ， ii＝ 0 所以 i1＝ i2 即： 12io RRA ??? vvv 輸入電阻 Ri： 11i iiii / RRiR ??? vvv 輸出電阻 Ro： Ro→ 0 反饋放大電路 反饋，顧名思義，在電子電路中就是指將電路輸出的電量（電壓或者是電流）的一部分或是全部通過反饋網絡，用一定的方式送回到輸入回路中，以達到影響輸入電量（電壓或者電流）的過程。 負反饋類型有四種組態(tài)：電壓串聯負反饋、電壓并聯負反饋 電流串聯負反饋 、電流并聯負反饋 本文中使用的是電壓串 聯負反饋， 所以主要討論這種類型，由 圖 39 的可知： ++uid+ufRSui+uS RLuO+AUFU 圖 39 電壓并聯負反饋 反饋網絡的輸入端口與基本放大電路的輸出端口并聯連接，而反饋網絡的輸出端口和基本放大電路的輸入端口串聯連接。用瞬時極性法判斷反饋極性，即令 Ui 在某一瞬間的極性為 +，經過放大電路 A 進行同向放大后， Uo 也為 +，與 Uo 成正比的 Uf 也為 +，于是該放大電路的凈輸入電壓Uid=UiUf 比沒有反饋時減小了，是負反饋。 ui uoudR+ARfR1 圖 310 電壓串聯負反饋電路圖 功放設計常用電路簡介 12 電壓負反饋的重要特點是具有穩(wěn)定穩(wěn)定輸出電壓的作用。 提高增益的穩(wěn)定性 放大電路的增益可能由于元器件參數的變化、環(huán)境溫度的變化、電源電壓的變化、負載大小的變化等因 素的影響而不穩(wěn)定，引入適當的負反饋后，可以提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性 當負反饋很深的時候，即（ 1+AF） 1 時 Af=1/F 這就是說引入負反饋后，放大電路的增益決定于反饋網絡的反饋系數，而與基本的放大電路幾乎毫無關系。用 dA/A 和 dAf/Af 分別表示開環(huán)和閉環(huán)增益的相對變化量。 如下面的曲線所示，該曲線斜率的變化反映了增益隨輸入信號的大小而變化。負反饋減小非線性失真的程度與反饋深度 (1+AF)有關。 如圖 312 所 示， 則反饋系統(tǒng)輸出的電壓表達式為： FAA AAVFAA AAVV VVV VVnVVV VVSO 21 2121 21 11 ???? 這樣可以得到信噪比為： S/N=|Av2||Vs|/|Vn| 它比原來的信噪比提高了 |Av2|倍。圖 314 是求電壓負反 饋放大電路輸出的基本框圖。閉環(huán)輸出電阻是開環(huán)輸出電阻的 1/(1+AoF)倍。 圖 315 RC 高通電路 圖 316 是 波特圖 采用與低通電路同樣的折線似方法，可畫出高通電路的幅頻和相頻響應波特圖如圖所示 功放設計常用電路簡介 16 圖 316 波特圖 RC 低通濾波 圖 317是 RC低通濾波 其頻率響應為 :RCjCjRCjjK????????? 1 111)( 其幅頻特性為2)(11)( RCK ?? ?? 其相頻為 )()( RCarctg ??? ?? 表示負值，即輸出電壓總是滯后于輸入電壓。 （ 3）當 時， 。對于精確是設計您可以在 PADS Logic 中定義屬性，它們可以在整個設計過程中均有效。所有的設計規(guī)則都可以自動地被傳輸到 PADS Layout（ PowerPCB）中，并可以利用在線的設計規(guī)則檢查的功能進行監(jiān)視，以確保設計的正確性。 PADS Layout（ PowerPCB）支持 Microsoft 標準的編程界面，結合了自動化的方式，采用了一個 Visual Basic 程序和目標連接與嵌入 (Object Linking and Embedding)功能。 PADS Router 功能實現了在交互式布線領域的一次飛躍。 PADS 的優(yōu)點在于： （ 1）學習簡單：適合初學者學習 （ 2）建庫比較簡單常州工學院計算機信息工程學院畢業(yè)設計論文 19 （ 3）鋪銅很方便 （ 4）可以適時的修改網絡，適用于改動不大或者是簡單板的走線。最好的是帶大 S 標志的美國產品，其次是 PHILIPS，最差的是臺灣生產的。它雖然是一個比較舊的運放型號，但現在仍被認為是性價比最高的音響用運放。 20V ) (2) 小信號帶寬 ( 10MHz typ. ) (3) 輸出驅動能力 ( 600Ω ,10Vrms typ. ) (4) 輸入噪聲電壓 ( 5nV/√ Hz typ. ) (5) 功率帶寬 ( 140kHz typ. ) (6) 擺率 ( 8V/μ s typ. ) (7) 封裝： DIP DMP SIP8 下圖 41為其引腳圖 圖 41 5532 引腳圖 引腳說明： OUTPUT –INPUT +INPUT +INPUT –INPUT OUTPUT + 系統(tǒng)設計 23 圖 42 為 5532 內部等效電路圖 圖 42 5532 內部等效電路圖 5532 在本設計中的運用： 1．反相輸入放大電路 反相輸入放大電路如圖 43所示 圖 43 反相輸入放大電路 電壓 R69 作用與放大器的反相端， R56 跨接在放大器的反相端和輸出端口。常州工學院計算機信息工程學院畢業(yè)設計論文 21 電壓增益的計算 反相端為虛地點，即 Vn=0，由虛斷的概念（ ip=in=0）可得知， i1=i2， 故有 （ UiUn） /R1=（ UnUo） /R2由此得： Au=Uo/Ui=R2/R1 所以在該電路中的放大倍數為： 18/= R30 是一個平衡電阻，它 是用來平衡運放的兩個輸入端子的失調電流的，使得兩個端子的電壓平衡。 所以設計的上線頻率為 1/（ RC?2 ） =230Hz。當電位器在左邊的時候，高通截止頻率為： f=1/（ RC?2 ） =。 在高通濾波器中：放大倍數 A2=(R21+Y)/(R25+X)。 最大輸出功率可以達到近 100W 的輸出功率 。在輸出功率在 到 50W，供電電壓為 27V，負載電阻為 4 歐姆的 的時候，此時 THD 值為 %。靜音控制的原理圖如圖 46 所示： 46 靜音控制電路 靜音控制電路中主要用到了兩種三極管， 9014 和 SS8550。所以，集電極處電壓為 0V， ice=11V/10K=。 所以，當 CPU_MUTE 輸出為高電平的時候， STBY 和 MUTE 輸出都是高電平。因為 Q3 的 ice=，所以 Q2也處于飽和狀態(tài)，則 STBY 和MUTE 的電壓為低電平，接近 0V。 關機靜音的工作原理 當電源關閉后， C37 開始 放電，當放出的電流功過 D2的電流小于 23mA 的時候， +11V常州工學院計算機信息工程學院畢業(yè)設計論文 25 處的電壓就迅速減小。 當 CPU 通電時， CPU_MUTE 有輸出為低電平 ：工作原理參照正常工作的時候，靜音工作的原理。樣品測試的主要目的就是查出硬件系統(tǒng)中的存在問題，然后進行修改，直至完成設計要求。所以先要測試功放板的基本功能。這時候要查找一些元器件是否焊接錯誤。測試 結束后根據測試結果，修改參數。 第三步專業(yè)人員測視的結果是，開機的時候還是有一點的噪聲， 關機的時候噪聲很大， 當低音，高音還有音量調節(jié)按鈕都調到最大的時候，多鍵按下，有斷音產生。維持 +11V 的穩(wěn)定，所以斷音前還是有一段聲音的。而 C9處的電壓還是 11V，那么三極管 Q1 就導通了。過一段時間后，功放所需的功率變小，則 +20V 處的電壓上升，電容充電， D2 處的穩(wěn)壓二極管的電流也開始增加，那么 D2 起到的+11V 處的電壓也開始上升，一直到 D2處的電壓與 C9 兩端的電壓相同的時候，三極管 Q1系統(tǒng) 調試 29 就不工作，那么 Q2 的基極處的電壓就變小， Q2 就處于不工作的狀態(tài)。 圖 53關機的時候 R57處和 +20V 示波器顯示的圖像 圖 53 關機 R57和 +20V處關機圖像 原因分析 ： 關機有噪聲 主要是因為 +20V 的電壓跌處芯片正常工作的范圍后而關機的靜音電路沒有能夠及時的開始工作。所以將 R7 改為 310，使得通過穩(wěn)壓二極管的電 流在穩(wěn)壓二極管工作范圍之下。而原來電路之所以可以沒有關機響，從圖 56 主要還是因為 R57 處的那個拐點，那時候電路已經開始工作了。因為穩(wěn)壓 +11V 處的電阻為 1K，則 C11 放電的時候流過穩(wěn)壓 +11V 處電阻處的電流很小，則 C11 通過 +20V 放電的速度很慢。這樣使得 C11 直接通過 2K 的電阻對地直接放電。更改 C91000uF 改為 470uF，是為了減少穩(wěn)壓 +11V 的放電時間。我在設計過程中有很多工作要做，如： 學習畫圖工具、繪制原理圖、制作 PCB