【正文】 重地遭受著磨難，熱逃逸這個(gè)詞由此誕生。顯然，這些變壓器往往是笨重而價(jià)高，線性不佳，再加上其低頻和高頻相移，嚴(yán)重地限制了可安全使用的負(fù)反饋量，從而增加了其傷害性。于是出現(xiàn)了無(wú)變壓器的 Lin 氏電路組合，從而構(gòu)成了準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。 這時(shí)，全互補(bǔ)輸出級(jí)立刻證明了它比準(zhǔn)互補(bǔ)電路具有失真較小的優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)現(xiàn)在人們消費(fèi)和生活質(zhì)量的提高，對(duì)音頻功率放大器的要求也相對(duì)有了更高的基準(zhǔn)，一個(gè)新型高效率音頻功率放大器可以帶來(lái)很高的效益，所以有很多的企業(yè)投入到了對(duì)高效率音頻功率放大器的設(shè)計(jì)中。 功放的主要性能指標(biāo)有輸出功率，頻率響應(yīng)，失真度，信噪比，輸出阻抗，阻尼系數(shù)等。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 3 頁(yè) 共 32 頁(yè) 峰值功率：是指在不失真條件下，將功放音量調(diào)至最大時(shí)，功放所能輸出的最大音樂(lè)功率。也稱(chēng)做最大有用功率。頻響曲線的平直與否一般用分貝“ dB”表示。這個(gè)范圍越寬越好。但是由于各種原因經(jīng)功放放大后的信號(hào)與輸入信號(hào)相比較，往往產(chǎn) 生了不同程度的畸變，這個(gè)畸變就是失真。 HIFI 功放的總失真在 %～ %之間。 信噪比：是指功放輸出的各種噪聲電平與信號(hào)電平之比，用“ dB”表示，這個(gè)數(shù)值越大越好。 輸出阻抗：對(duì)揚(yáng)聲器所呈現(xiàn)的等效內(nèi)阻。本設(shè)計(jì)提供了基于 D 類(lèi)數(shù)字功放和模擬功放 TDA2030 實(shí)現(xiàn)的兩種方 案。這幾種放大電路的共同特點(diǎn)是晶體管都工作在線性放大區(qū)中，它按輸入音頻信號(hào)的大小控制著輸出信號(hào)，但自身也在消耗電能。 B 類(lèi)功率放大器雖然不需要偏置電壓，靠信號(hào)本身來(lái)導(dǎo)通放大管，理論效率可達(dá)%，但電路在小信號(hào)時(shí)失真嚴(yán)重。 方案二：采用 D類(lèi)功率放大器。由于輸出管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，故具有極高的效率（理論上為100%，實(shí)際電路可以達(dá)到 80%～ 95%），但 D 類(lèi)功放也有不足之處，就是保真度低、輸出音質(zhì)較差，所以一般應(yīng)用于手持式設(shè)備（如手機(jī)、 PDA 等）。傳統(tǒng)的模擬音頻功放保真度高，但效率低、能耗大，且要求有良好的散熱設(shè)備。 實(shí)現(xiàn)電路的選擇 首先確定整機(jī)電路的級(jí)數(shù)，再根據(jù)各級(jí)的功能及技術(shù)指標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計(jì)算各級(jí)電路參數(shù)，通常從功放級(jí)開(kāi)始向前逐級(jí)計(jì)算。 圖 22 基本組成框圖 各部分的基本功能如下： 前置放大模塊是把音頻信號(hào)放大至功率放大器所能接受的輸入范圍。其基本組成由音源選擇、輸入放大和音質(zhì)控制等電路。 音 頻 信 號(hào) 前 置 發(fā) 大 模 塊 音 量 控 制 模 塊 功 率 放 大 模 塊 揚(yáng) 聲 器 電 源 模 塊 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 6 頁(yè) 共 32 頁(yè) 給音頻放大器的負(fù)載 RL(揚(yáng)聲器 )提供一定的輸出功率。 方案論證 根據(jù)方案規(guī)劃及任務(wù)指標(biāo)設(shè)計(jì)基本組成框圖，如圖 23所示。 12V的雙電源，將音頻信號(hào)分別輸入到左右輸入端，信號(hào)經(jīng)前置放大器對(duì)電壓和電流進(jìn)行放大，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行高低音的提升或衰 減控制，輸出信號(hào)經(jīng)音量控制電位器對(duì)功率放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行大小調(diào)節(jié)，最后信號(hào)經(jīng)功率放大器輸出后幅度為 4V 的音頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器工作。其作用一是要選擇所需要的音源信號(hào)，并放大到額定電平；二是要進(jìn)行各種音質(zhì)控制，以美化聲音。 集成運(yùn)放 集成運(yùn)放的應(yīng)用十分廣泛，包括模擬信號(hào)的產(chǎn)生、放大、濾波以及進(jìn)行各種線性和非線性的處理。 集成運(yùn)放可以用來(lái)組成對(duì)模擬量進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算功能的電路，例如比例、加減、積分和微分、對(duì)數(shù)和指數(shù)、乘除等運(yùn)算電路。 LM324 簡(jiǎn)介 LM324 為四運(yùn)放集成電路，采用 14 腳雙列直插塑料封裝，其引腳圖和實(shí)物圖如圖31和 引腳功能如表 31 所示。電路功耗很小， LM324 工作電壓范圍寬，可用正電源 3～ 30V，或正負(fù)雙電源177。 15V 工作。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互單獨(dú)。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM124 是軍品， LM224為工業(yè)品，而 LM324 為民品。 輸入放大電路 前置放大電路可以用晶體管也可采用集成運(yùn)放來(lái)完成。 放大器電壓放大倍數(shù) Av 僅由 外接電阻 R1 R11 決定： Av= R11/R12。按圖 32中所給數(shù)值， Av=2。一般情況下先取 R12與信號(hào)源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)再選定 R11 。集成運(yùn)放交流放大器只放大交流信號(hào)，輸出信號(hào)受運(yùn)放本身的失調(diào)影 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 9 頁(yè) 共 32 頁(yè) 響較小，因此不需要調(diào)零。 1KR13100KR1110KR12C1212V12V321411ALM324C16UiUo 圖 32 同相輸入放大電路 元件的選擇： R12 取 10KΩ，由 Av=R11/R12 可知 R11 取 100KΩ， R13 為平衡電阻，根據(jù)平衡電阻的概念， R13=R12//R11=1KΩ的電阻， C16一般取幾微法，本文中取 F/25V 的電解電容。 音調(diào)控制 電路 負(fù)反饋式高低音調(diào)節(jié)的音調(diào)控制電路 比較簡(jiǎn)單，圖中只畫(huà)出了一個(gè)聲道的電路 ,如圖 33所示。 所謂音調(diào)控制就是人為地改變信號(hào) 里高、低頻成分的比重，以滿足聽(tīng)者的愛(ài)好、渲染某種氣氛、達(dá)到某種效果或補(bǔ)償揚(yáng)聲器系統(tǒng)及放音場(chǎng)所的音頻不足。音調(diào)處理電路的基礎(chǔ)是各種形式的濾波器。音頻器件中無(wú)論是簡(jiǎn)單的單調(diào)處理電路還是復(fù)雜的均衡器，均由各 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 10 頁(yè) 共 32 頁(yè) 種有源或無(wú)源濾波器組成。 音調(diào)控制電路用來(lái)對(duì)音頻信號(hào)各頻段內(nèi)的 信號(hào)進(jìn)行提升或衰減，調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的低頻、中頻、高頻成分的比例，改變前置放大器的頻率特性，以補(bǔ)償音頻系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的頻率失真，或滿足聽(tīng)者對(duì)音色的愛(ài)好和需求。常用的音調(diào)控制電路只有高音和低音頻段兩個(gè)控制電路，可以對(duì)高、低頻成分進(jìn)行提升或衰減的控制。低音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng) W1 滑臂到左端時(shí)， C21被短路， C30 對(duì)低音信號(hào)容抗很大，可視為開(kāi)路；低音信號(hào)經(jīng)過(guò) R23 直接送入運(yùn)放，輸入量最大；而低音輸出則經(jīng)過(guò) R1 W1 負(fù)反饋送入運(yùn)放，負(fù)反 饋量最小，因而低音提升最大；當(dāng) W1 滑臂到右端時(shí)，則剛好與上述情形相反，因而低音衰減最大。 高音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng) W2 滑臂到左端時(shí)，因 C24 對(duì)高音信號(hào)可視為短路，高音信號(hào)經(jīng)過(guò)W C24 直接送入運(yùn)放，輸入量最大；而高音輸出則經(jīng)過(guò) W C24 負(fù)反饋送入運(yùn)放，負(fù)反饋量最小，因而高音提升最大；當(dāng) W2 滑臂到右端時(shí)，則剛好相反，因而高音衰減最大。 音量控制 模塊 音 量 控制 模塊作用是控制輸入到功率放大器的信號(hào)幅度 ， 常用的音量控制 電路 有分壓式音量控制電路和電子音量控制電路兩種。圖中只畫(huà)出了一個(gè)聲道的分壓式音量控制 電路。調(diào)節(jié) W5滑動(dòng)端的位置即可改變輸入電壓的大小。 W5滑動(dòng)端滑到最上端時(shí)， Ui=Uo，輸入電壓全部輸入 到功率放大器中，音量最大。不同于前置放大器的功率放大器不僅對(duì)音頻電壓信號(hào)進(jìn)行放大，而且放大了音頻電流信號(hào)，以滿足外接負(fù)載的功率需求。一般認(rèn)為電子管功率放大器（俗稱(chēng)膽機(jī)）的音色優(yōu)于晶體管功率放大器音色。場(chǎng)效應(yīng)管功率放大 器的音色是晶體管機(jī)中音色最好的一種。 TDA2030 集成音頻功率放大器就是其中的一種。 TDA2030 簡(jiǎn)介 (如圖 35所示 ) 圖 35 TDA2030引腳圖 圖中， 1腳是正相輸入端， 2 腳是反向輸入端， 3腳是負(fù)電源輸入端， 4 腳是功率輸出端， 5 腳是正電源輸入端。瞬態(tài)互調(diào)失真是決定放大器品質(zhì)的重要因素，在目前流行的數(shù)十種功率放大集成電路中，規(guī)定瞬態(tài)互調(diào)失真指標(biāo)的僅有包括 TDA2030 在內(nèi)的幾種該集成功放。 TDA2030 集成電路的第三個(gè)特點(diǎn)是外圍電路簡(jiǎn)單，使用方便。 TDA2030 的電氣性能穩(wěn)定、可靠、能適用長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，集成塊內(nèi)部具有過(guò)載保護(hù)和熱切斷保護(hù)電路，不會(huì)損壞器件。是目前音質(zhì)較好、價(jià)格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的一款性價(jià)比較高的集成功放。 6 177。18 靜態(tài)電流 Icc mA 40 60 Vcc=177。為了提高電路的穩(wěn)定性，電路的反饋采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋。反饋愈深，即︱ 1+AF︱的值愈大，這 種作用愈強(qiáng)，對(duì)電路性能的改善愈為有益。由此可見(jiàn)，負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善是以犧牲增益為代價(jià)的。 321411U1ATDA2030A39KR822uFC51KR739KR6C7R912V12VC6Ui 圖 36 功放電路基本原理 R7一般取幾百歐到幾千歐，本次 R7取標(biāo)稱(chēng)值為 1KΩ，則 R6為 39KΩ，取標(biāo)稱(chēng)值為39KΩ的電阻。 C5 一般取幾十微法，本文中取為 22μ F、耐壓為 50v 的鋁電解電容。 R9一般取幾歐到幾十歐，本次取 。 C6為耦合電容，取容量為 F 耐壓 50V 的鋁電解電容。 為了使運(yùn)放 電路更穩(wěn)定的工作，還需要在運(yùn)放的正負(fù)電源端與地之間分別接幾十到 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 15 頁(yè) 共 32 頁(yè) 上百微法的電解電容和 F的電容用來(lái)旁路非直流信號(hào)。 級(jí)間耦合電容的選擇 考慮到功放電路通常設(shè)有前置放大電路，且常用阻容耦合方式，在選取這類(lèi)電容時(shí)應(yīng)留有裕量。因此多級(jí)電路下限截止頻率通常由下式計(jì)算： ?L= n)332211( fLfL nfLfLfLfLfLfL ??????? ?? 設(shè)每級(jí)下限截止 頻率相同，則 一 二級(jí)前置放大電路、功放電路的各級(jí)下限頻率為： ?L′= ?L/( 4 )≈ 忽略前一級(jí)輸出電阻，則 C=(3～ 10)/(2? Ri?L′) =(3～ 10)/(2? 101000) =(3～ 10) = ～ 本文中 C6 取標(biāo)稱(chēng)值為 ，耐壓為 50V 的鋁電解電容 。 電源 模塊 電源電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 37 電源電路組成框圖 很多常見(jiàn)的電子設(shè)備中都需要直流電源供電，小功率不間斷時(shí)可以用電池供電，而 整流電路 變 壓 器 濾波電路 濾 波電路