【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計(jì)原理說明 整體框圖 前置放大的原理說明 前置放大器 音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，然后輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。聲音源的種類有多種，如傳聲器（話筒）、電唱機(jī)、錄音機(jī)（放音磁頭）、 CD唱機(jī)及線路傳輸?shù)?，這些聲音源的輸出信號(hào)的電壓差別很大，從零點(diǎn)幾毫伏到幾百毫伏。一般功率放大器的輸入靈敏度是一定的，這些不同的聲音源信號(hào)如果直接輸入到功率放大器中的話，對(duì)于輸入過低的信號(hào)，功率放大器輸出功率不足，不能充分發(fā)揮功放的作用；假如輸入信號(hào)的幅值過大，功率放大器的輸出信號(hào)將嚴(yán)重過載失真，這樣將失去了音頻放大的意義。所以一個(gè)實(shí)用的音頻功率放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，以便使放大器適應(yīng)不同的的輸入信號(hào)，或放大，或衰減，或進(jìn)行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。另外在各種聲音源中，除了信號(hào)的幅度差 別外，它們的頻率特性有的也不同，如電唱機(jī)輸出信號(hào)和磁帶放音的輸出信號(hào)頻率特性曲線呈上翹形，即低音被衰減，高音被提升。對(duì)于這樣的輸入信號(hào)，在進(jìn)行功率放大器之前，需要進(jìn)行頻率補(bǔ)償，使其頻率特性曲線恢復(fù)到接近平坦的狀態(tài)，即加入頻率均衡網(wǎng)絡(luò)放大器。對(duì)于話筒和線路輸入信號(hào)，一般只需將輸入信號(hào)進(jìn)行放大和衰減，不需要進(jìn)行頻率均衡。前置放大器的主要功能一是使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入阻抗相匹配；二是使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。由于話筒輸出信號(hào)非常微弱，一般只有 100μ V~幾毫伏，所以前置 放大器輸入級(jí)的噪聲對(duì)整個(gè)放大器的信噪比影響很大。前置放大器的輸入級(jí)首先采用低噪聲電路，對(duì)于由晶體管組成的分立元件組成的前置放大器，首先要選擇低噪聲的晶體管，另外還要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。由于場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)武漢理工大學(xué)《音響放大器設(shè)計(jì)與制作》 13 一般比晶體管小，而且它幾乎與靜態(tài)工作點(diǎn)無關(guān)，在要求高輸入阻抗的前置放大器的情況下，采用低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管組成放大器是合理的選擇。如果采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成前置放大器，一定要選擇低噪聲、低漂移的集成運(yùn)算放大器。對(duì)于前置放大器的另外一要求是要有足夠?qū)挼念l帶，以保證音頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大。 由于話筒的輸 出信號(hào)一般只有 5mV 左右，而輸出阻抗達(dá)到 20kΩ (亦有低輸出阻抗的話筒如 20Ω， 200Ω等 )，所以話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號(hào) (最高頻率達(dá)到 10kHz)。其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗。 圖 43 所示 電路由話音放大器與圖 44混合前置放大器兩級(jí)電路組成， 其中 U1A 組成同相放大器，具有很高的輸入阻抗，能與高阻話筒配接作為話音放大器電路，其放大倍數(shù) A1V =1+R5/R1= 。 四運(yùn)放 LM324 的頻帶雖然很窄（增益為 1 時(shí)，寬帶為 1MHz）， 但這里放大倍數(shù)不 高，故能達(dá)到最高頻率 10KHz 的頻響要求。 電壓跟隨器的原理說明 射極跟隨器的特點(diǎn)是：電壓的放大倍數(shù)小于 1，而略等于 1；輸出電壓與輸入電壓同向；輸入電阻高輸出電阻低。鑒于共集電極電路具有以上優(yōu)點(diǎn)，它在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用： 1）由于其輸入阻抗高，說明該放大器向信號(hào)源索取信號(hào)能力強(qiáng)，同時(shí)放大器信號(hào)源索取的電流較小，如果發(fā)射極跟隨器用作多級(jí)放大器的輸入級(jí)，可以提高測(cè)量的精度。 2）由于其輸入電阻低，說明放大器帶負(fù)載的能力強(qiáng)，所以射極跟隨器常常用在多級(jí)放大器的輸出端，以提高 多級(jí)放大器的負(fù)載能力。 3）由于它同時(shí)具備輸入電阻高武漢理工大學(xué)《音響放大器設(shè)計(jì)與制作》 14 和輸出電阻低的特點(diǎn)，他可作為多級(jí)放大器的隔離級(jí)，實(shí)現(xiàn)阻抗變換，如對(duì)于多級(jí)放大器前后級(jí)匹配不當(dāng)?shù)碾娐?，直接相接將大大影響器電壓放大倍?shù)，如果在這兩級(jí)放大電路的中間加上以及射極跟隨器，由于它的輸入電阻高，在與前后級(jí)電路相連后，使前級(jí)放大倍數(shù)提高；由于它的輸出電阻很低，在與后級(jí)電路相連后，使后級(jí)電路的電壓放大倍數(shù)提高。 4）雖然它不具備電壓放大作用，但它具有電流放大作用，以及功率放大作用。 綜上所述，采取其第三個(gè)作用，使其前后級(jí)放大互不影響。 功率放大器的原理說明 功率放大器，簡稱“功放”。很多情況下主機(jī)的額定輸出功率不能勝任帶動(dòng)整 個(gè)音響系統(tǒng)的任務(wù)，這時(shí)就要在主機(jī)和播放設(shè)備之間加裝功率放大器來補(bǔ)充所需的功率缺口，而功率放大器在整個(gè)音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個(gè)系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出。 當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望其輸出的功率盡可能大，其輸出信號(hào)的非線性失 真盡可能地小，效率盡可能高，功放的常見電路有 OTL(Output Transformerless)電路和 OCL(Output Capacitorless)電路。有用集成運(yùn)算放大器和晶體管組成的功放，也有專用集成電路功放。 TDA2030A 是 SGS 公司生產(chǎn)的單聲道功放 IC，該 IC 體積小巧，輸出功率大， 最大功率到達(dá) 40W左右 ；并具有 靜態(tài)電流小（ 50mA 以下） ， 動(dòng)態(tài)電流大（能承受 的電 流 ）；負(fù)載能力強(qiáng)，既可帶動(dòng) 416Ω 的揚(yáng)聲器，某些場(chǎng)合又可帶動(dòng) 2Ω 甚至 的低阻負(fù)載；音色中規(guī)中舉，無明顯個(gè)性， 特別適合制作輸出功率中等的高保真功放 等諸多優(yōu)點(diǎn)。 在功率放大器中， THD+N、放大作用和反饋?zhàn)饔枚际俏覀冏铍U(xiǎn)考慮到的重要指標(biāo)。THD+N 表示失真 +噪聲，因此 THD+N 自然越小越好 ， 但這個(gè)指標(biāo)是在一定條件下測(cè)試的 ， 一個(gè)音頻功率放大器，若改變其條件，其 THD+N 的值會(huì)有很大的變動(dòng)。 一般電路中的放大作用只是利用了運(yùn)算放大器的運(yùn)算放大作用，因此最后的性能效果不會(huì)很好，武漢理工大學(xué)《音響放大器設(shè)計(jì)與制作》 15 對(duì)于噪聲也沒有一定的濾出作用，而該設(shè)計(jì)電路利用了運(yùn)算放大器的反相輸出來穩(wěn)定輸出，同時(shí)在正反饋中來進(jìn)行放大，并且利用了二極管 D D2 來單向?qū)щ?，然后?輸出端口利用一個(gè)電阻和電容的并聯(lián)關(guān)系來選擇輸出能很好的解決這些問題。 在總體電路設(shè)計(jì)中，該設(shè)計(jì)使用的是橋式振蕩電路的原理電路，這個(gè)電路由兩部分構(gòu)成，即放大電路和選頻網(wǎng)絡(luò)電路。其中放大電路是有輸入阻抗高和輸出阻抗低的特點(diǎn)。而選頻網(wǎng)絡(luò)同時(shí)兼作正反饋網(wǎng)絡(luò)。 【指標(biāo)參數(shù)的確定】 選頻網(wǎng)絡(luò)電路的反饋網(wǎng)絡(luò)中反饋系數(shù)為： 212()() ()fViVs ZFs V s Z Z?? ?21 3 ( )sCRsC R sC R? ?? 就實(shí)際的頻率而言，可用 sj??替換，則得 2 2 2(1 ) 3V j R CF R C j R C?? ? ? ? ? 故當(dāng)0 1RC??，則上式變?yōu)? 0013 ( )VF j? ?????? 幅頻響應(yīng)的幅值為最大，即 max 13VF ? 即當(dāng)輸出電壓的幅值最大（當(dāng)輸入電壓的幅值一定，而頻率可調(diào)），并且輸出電壓是輸入電壓的，同時(shí)輸出電壓與輸入電壓同相時(shí)。在輸出端中放置一個(gè)電位器（滑動(dòng)變阻器），以此來選擇信號(hào)的輸入大小，這樣就可以避免在電路中因?yàn)樾盘?hào)的過強(qiáng)而導(dǎo)致的飽和失真。因此在這里 放置的一個(gè)滑動(dòng)變阻器需要一個(gè)較大的阻值，以達(dá)到分壓的目的，所以我們這里選擇一個(gè)最大值為 10K 的滑動(dòng)變阻器。 在集成塊中正負(fù)輸入端的兩個(gè)電阻 R R2，則是作為一個(gè)分壓作用，以此對(duì)集成塊進(jìn)行電壓信號(hào)的輸入，和反饋中的反饋網(wǎng)絡(luò)的一部分，在正負(fù)工作電壓旁接一個(gè)電容來抵消工作電流對(duì)于電路中的而影響，體現(xiàn)了電容“隔直流，通交流”的特點(diǎn)。這是由于它的阻抗是隨電壓頻率變化所致，如其阻抗變化為： 武漢理工大學(xué)《音響放大器設(shè)計(jì)與制作》 16 1CZ jC? ? 可以看出，其阻抗與頻率成反比。 在 R3構(gòu)成 的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)中，由于 R3?? R2，故在這里是基本上的原樣輸出，沒有進(jìn)行縮小，因?yàn)樵谳斎攵丝诘哪抢?，就已?jīng)進(jìn)行了分壓調(diào)試。 音頻功率的放大倍數(shù)為： 43()() ()oViVs RFs V s R?? 通常這種音頻功率放大中，放大倍數(shù)為 3001000 倍左右，為了保證音頻的帶寬，我就選擇較小的 300倍，同時(shí)結(jié)合市面上常見電阻的阻值，故定 3 680R ??， 4 22Rk??。 在運(yùn)算放大 器的使用中，