【正文】 ???????????????? 3 第一章 緒論 選題的目的和意義 伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對(duì)音頻功率放大器的要求越來越高。 如何利用分析儀器讓音頻功放達(dá)到更高的要求是許多人為之努力的永恒的課題，聲音通過模擬設(shè)備記錄或再生，成為模擬音頻， 再經(jīng)數(shù)字化成數(shù)字音頻，音頻分析就是以數(shù)字音頻信號(hào)為分析對(duì)象以數(shù)字信號(hào)處理的各種理論為分析手段，提取信號(hào)在時(shí)域、頻域內(nèi)一系列特性的過程。 本文所設(shè)計(jì)的一個(gè)集成化的利用直流電源供電的音響放大器可有效增強(qiáng)各種電子設(shè)備的輕巧性、便攜性，同時(shí)其設(shè)計(jì)所依據(jù)的原理及方法對(duì)今后的數(shù)字音響的研究也有重要的指導(dǎo)意義。 1906 年美國(guó)的德福雷斯發(fā)明了真空三極管，開創(chuàng)了揉電聲技術(shù)的先河；1927 年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了負(fù)反饋 NFB（ Negative feedback）技術(shù)后，使音響技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，比較有代表性的如“威廉遜”放大器，而 1947 年威廉遜在一篇設(shè)計(jì) HiFi（ High Fidelity）放大器的文章中介紹了一種成功運(yùn)用反饋技術(shù)，成為 HiFi史上的一個(gè)重要里程碑?；诰w管放大器細(xì)膩動(dòng)人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動(dòng)態(tài)范圍等 特點(diǎn)，各種電路也相應(yīng)產(chǎn)生，如“ OTL（ Output transformer less）”無輸出放大器、“ OCL（ Output capaciror less）”放大器等。從而使晶體管放大電路成為音響發(fā)展技術(shù)中的主流。發(fā)展至今，厚膜音響集成電路、運(yùn)算放大集成電路被廣泛應(yīng)用于音響電路。 D類音頻功率放大器是 PWM 型功率放大器，其工作于開關(guān)狀態(tài)以及高效、節(jié)能、數(shù)字化特點(diǎn)漸漸進(jìn)入全球音頻功放研究人員的眼球。因?yàn)椋β试酱?，效率也就越重要。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。 隨著社會(huì)的發(fā)展，人們居住條件的改善，高保真 音響 設(shè)備和更高檔的家庭影院逐漸開始興起。這時(shí)，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的 關(guān) 鍵部件 。從作為通信工具的手機(jī)，到作為娛樂設(shè)備的 MP3 播放器等，各種便攜式電子設(shè)備已經(jīng)和人們的生活密不可分。所有這些便攜式的電子 設(shè)備的一個(gè)共同點(diǎn)，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個(gè)音頻放大器；另一個(gè)特點(diǎn)就是它們都是電池供電的。就是在這種需求的背景下， D類放大器 被開發(fā)出來了。 本課題的研究?jī)?nèi)容 主要內(nèi)容 主攻方向及主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)額定輸出功率為 3w，負(fù)載阻抗 8Ω，失真度3%，頻率響應(yīng)范圍在 40Hz~10KHz，同時(shí)要求采用 DC：177。 研究方法以及技術(shù)路線 研究方法及技術(shù)路線：本設(shè)計(jì)定于設(shè)計(jì)制作 D類音響放大器，故打算采用 PWM型開關(guān)功率放大器。放大后的信號(hào)進(jìn)入音調(diào)放 大器，然后進(jìn)入功率放大器進(jìn)行功率放大，再由揚(yáng)聲器輸出。 電子混響延時(shí)器 電子混響器是用電路模擬聲音的多次反射，產(chǎn)生混響效果，使聲音聽起來具有一定的深度感。其中，集成電路 BBD 稱為模擬延時(shí)器，其內(nèi)部有由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的多級(jí)電子開關(guān)和高精度存儲(chǔ)器。電子混響器的實(shí)驗(yàn)電 路如圖 所示，其中兩級(jí)二階低通濾波器（ MFB） A A2 濾去 4KHz 以上的高頻成分，反相器 A3 用于隔離混響器的輸出與輸入級(jí)間的相互影響。 RP3 調(diào)節(jié)始終頻率， RP4 控制混響器的輸出電壓。 6 B B D 延 時(shí) 器二 階 低 通濾 波 器二 階 低 通濾 波 器時(shí) 鐘 脈 沖 產(chǎn)生 器緩 沖 器輸出輸 入 圖 電子混響器組成框圖 圖 BBD 延時(shí)器的實(shí)驗(yàn)電路圖 混合前置放大器 混合前置放大器的作用是將磁帶放音 機(jī)輸出的音樂信號(hào)與電子混響器混向后的聲音信號(hào)混合放大。這是一個(gè)反相加法器電路，輸出與輸入電壓間的關(guān)系為： )(2211 R VRR VRVo ff ????? ， 式中 1V 為話筒放大器的輸出電壓； 2V 為磁帶放音機(jī)的輸出電壓。 音調(diào)控制器 音調(diào)控制器主要是控制、調(diào)節(jié)音響放大器的幅頻特性，理想的控制曲線如圖。 20 17 3 0 － 3 － 17 － 20 f L x f L 1 f L2 f 0 (1 k H z ) f H x f H2 f H1 f /H z 2 0 d B/ 1 0 倍頻 A V / d B 圖 音調(diào)控制曲線 功率放大器 7 功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載 LR （揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率，襠負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能地小，功率盡可能高。有集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱運(yùn)放）和晶體管組成的功率放大器，也有專用集成電路功率放大器 8 第三章 設(shè)計(jì)方案選擇 設(shè)計(jì)方案探討 在開始進(jìn)行實(shí)踐時(shí)，首先先確定整機(jī)電路的級(jí)數(shù)分配，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)電路的參數(shù)，通常從功放級(jí)開始向前逐級(jí)計(jì)算。下面簡(jiǎn)述一些在本設(shè)計(jì)中有所考慮的指標(biāo)： （ 1）失真度：包括諧波失真和互調(diào)失真，要求分別小于 %和 . （ 2）信噪比：應(yīng)大于 90dB。 （ 4）移動(dòng)速度：應(yīng)大于 5V/us。 （ 6）輸入 /輸出信號(hào)匹配：前置放大器的輸入端和輸出端分別和節(jié)目源設(shè)備以及功率放大器相連。 （ 7）均衡網(wǎng)絡(luò)要符合 RIAA 標(biāo)準(zhǔn)和 NAB 標(biāo)準(zhǔn)。前置放大器的電源應(yīng)與功率放大器的電源分開，單獨(dú) 的供電。電路工作原理是：輸入信號(hào)通過 22 腳與 23 腳組成的低通濾波器進(jìn)行濾波，控制器發(fā)出取樣信號(hào)通過20腳與 21 腳組成的運(yùn)放和內(nèi)部比較，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣、存儲(chǔ)、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換、延時(shí)、低通濾波后，經(jīng) 13腳輸出延時(shí)信號(hào)。 10 腳為低電平時(shí)， M65831 芯片處于工作模式；為高電平時(shí)，芯片處于睡眠模式，僅消耗 14mA 的電流。語言放音的頻率范圍為 100Hz 10 到幾 KHz；交響樂放音的頻率范圍則大于 40Hz~14KHz，這樣他們對(duì)放大電路的頻率響應(yīng)就要求不同了。 常用的音調(diào)控制電路 有兩種：一種是衰減型 RC 音調(diào)控制電路，另一種是反饋型音調(diào)控制電路。在本設(shè)計(jì)中采用的是反饋型音調(diào)控制電路。通過比較可以知道，前者的轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)隨著音調(diào)的調(diào)節(jié)而發(fā)生移動(dòng)，但其控制特性曲線的斜率確保每倍頻衰減 6dB，并不受音調(diào)調(diào)節(jié)的影響；后者的控制特性正好與前者相反，在調(diào)節(jié)音調(diào)時(shí)，其轉(zhuǎn)折頻率 保持固定不變，但特性曲線的斜率卻隨之改變。如果用 BZ 代表反饋系數(shù) B= BZ / fZ 。 圖 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 為了分析簡(jiǎn)便起見，可以按照電路的四種不同的工作特性分解成如圖 所示的反饋型低音提升電路。輸入回路的總阻抗 BZ 就是 1R ，所以1221R CjRKvf??? 。 圖 反饋型低音提升電路 11 在圖 b中，輸入回路的總阻抗是由 1R 與 3C 并聯(lián)而成的，即131 1 RCjRZ B ??? 。則電壓閉環(huán)增益為 )1(1312 RCjRRZ cf ???。即：12RRKod? ；頻率一旦高于中音， 3C 就不能認(rèn)為短路， 3C 的容抗隨頻率升高而減小，于是引起 BZ 減小， odK 增大。因此，音調(diào)控制器的電路可由低通濾波器與高通濾波器構(gòu)成。下面分析該電路的工作原理。 （ 1