【正文】 為 ： 又話筒輸入為5mV，則整個電路的增益為20lg（）=75dB。 低通濾波器：0dB。則可知各級的增益分配如下所示：前置放大器低通濾波器功率放大器5mv280mv280mv28V35dB0dB40dBAV3100倍AV21 倍AV156 倍AV=5600（75dB） 系統(tǒng)增益分配圖 低噪聲前置放大器設計 由于信號源輸入的信號幅度較小，不足以推動以后的功放電路，因此要用電壓放大電路對信號輸入的音頻信號電壓進行放大。從經(jīng)濟方面考慮，本設計采用的是集成運算放大器方案，低噪聲前置放大電路必須由低噪聲、高保真、高增益、快響應、寬帶音響集成電路構(gòu)成。主要考慮的技術(shù)指標是帶寬、電壓增益、噪聲和轉(zhuǎn)換速率等。這種運放的高速轉(zhuǎn)換性能可大大改善電路的瞬態(tài)性能, 較寬的帶寬能保證信號在低、中、高頻段均能不失真輸出, 使電路的整體指標大大提高。對于信號源，其負載約為47KΩ，所以選用電壓串聯(lián)負反饋方式的同相比例放大器，它可以使輸入電阻增大，輸出電阻減小，且輸入輸出電壓同相。 前置放大器電路圖其中第一級實際上是一個電壓跟隨器，具有輸入電阻大，輸出電阻小的特點，可以做多級放大器的中間級，即緩沖級。它提高了帶負載的能力。 二、集成運放的選擇 因為Auf2=56，根據(jù)通頻帶0Hz~100Hz，其上線頻率為100Hz，則集成運放的放大倍數(shù)帶寬積應滿足下列關(guān)系： GB≥Auf2*fh = 56*100Hz = 從運放的資料手冊中可查出NE5532的單位放大倍數(shù)帶寬GB=10MHz，滿足要求。由Auf2 = 1+R23/R22 及R21=R23//R22，Auf2=56，可得R21=R22=1K，R23=56K。NE5532的電源為177。又由于要求低噪聲，所以選用高性能低噪聲金屬薄膜電阻[5]。理想濾波器電路的頻響在通帶內(nèi)應具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內(nèi)其幅值應為零。濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性衰減的速率越快，但RC網(wǎng)絡節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計算越繁瑣，電路的調(diào)試越困難。巴特沃斯濾波器的幅頻響應在通帶中具有最平幅度特性，但是通帶到阻帶衰減較慢。三階及以上低通濾波器的設計計算復雜，所以選擇二階有源低通濾波器電路，即n=2。當信號頻率趨于零時，由于C的電抗趨于無窮大，因而正反饋很弱；當信號頻率趨于無窮大時，由于C1的電抗趨于零，因而Up趨于零。因為同相輸入端電位控制由集成運放RR4組成的電壓源，故稱之為壓控電壓源濾波電路[6]。 有源低通濾波器電路圖在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當信號頻率f＞＞fc時（fc 為截止頻率），電路的每級RC 電路的相移趨于90186。電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時通過電容C引到集成運放同相端的反饋是負反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號通過。從（3）式中可知，當=0時，（3）式有最大值1；時，（3），即Au衰減了3dB； （） Av=1+R4/R3； （） 設計方案電路元器件值Av12468R1′ R2′R3′開路R4′0C1C2C2C2C注：電阻為參數(shù)k=1 時的值，單位為kΩ取Av=1，根據(jù)公式（），選擇R3≈∞，R4≈0；為了得到相對應的電阻值，需要算出K值，用K值乘以相應的R′得到R；而 K=100/(fc*C) （）注釋：C以uf作為單位，fc以Hz為單位。R1=*1=，R2=*1=，R3=0，R4≈∞； 驗證：由 ()代入數(shù)據(jù)，R1=，R2=，C=1uF，C1=，算出fc=，符合設計要求。 簡化電路圖 功率放大器設計功率放大電路可由分立元件組成也可以由集成功放組成。這種方案的優(yōu)點是：由于反饋深度容易控制，故放大倍數(shù)容易控制。但外圍元器件較多，調(diào)試要困難一些。由于一般的功率放大集成塊體積小巧，外圍電路簡單，且輸出功率較大。根據(jù)題目設計要求，可供選擇的功率放大器可由分立元件組成，也可由集成電路完成。許多優(yōu)質(zhì)功放均是分立功放?，F(xiàn)在市場上有許多性能優(yōu)異的集成功放芯片，如TDA2040A、LM187TDA1514等。因此本設計采用集成模塊功率放大器來實現(xiàn)設計要求的大功率。“超級功放王”模塊電路實際上是準乙類同步動態(tài)偏置功放電路。實際電路又不同于國外介紹的超甲類（新甲類）同步動態(tài)偏置電路。在靜態(tài)微功耗、動態(tài)響應速度；低失真和功率頻響方面以及具有“膽機”音響效果均達到相當水平[6]。末級是乙類同步動態(tài)偏置功放。模塊整體靜態(tài)電流15mA，功放末級靜態(tài)僅3~5mA，基本達到了靜噪效果。由于乙類同步動態(tài)偏置作用，電路自動調(diào)整能力很強。D200W電路原理如下，現(xiàn)將電路分析如下。中間主增益級由VTVT12等組成。動態(tài)偏置電路由VTVTVT12等組成。總偏置電流供給穩(wěn)定電源由VDCVDR1等組成。開關(guān)機防沖擊電路由VTCVTVT6等組成。（一）主增益級動態(tài)偏置放大原理：由于獨特的同步動態(tài)偏置電路，將VT4巧妙地設置在差分級恒流源環(huán)節(jié)中，充分利用恒流源的交流阻抗(電位)在動態(tài)時的交變過程，通過VT4對后級VT12進行與信號同步的偏流控制，達到與后級功放同步動態(tài)偏置放大的目的。在這里，是將VT12與VT9互相作為集電極同步動態(tài)電流負載。當無信號輸入時(靜態(tài))，(對V)的穩(wěn)定偏壓經(jīng)RVDVT6的eb結(jié)、R14，構(gòu)成差動輸入級的靜態(tài)偏置和VT5的靜態(tài)偏置，可以推算出，晶體管VT5處于截止狀態(tài)。當在輸入端加入一交變信號時，由于差動輸入級采用非平衡輸入方式，必然引起R14上的電位變化，當時，VT5導通，VT4也導通，并向后級VT12提供與信號同步的動態(tài)偏置，與此同時，中間增益級的VT9從差動級輸出負載電阻R15處，取得交變(電流)電壓信號與VT12同時導通，整個功放進入工作線性區(qū)，達到了信號電壓和信號電流(即動態(tài)偏置電流的同步供給)同步、同相放大的目的。（二）末級同步動態(tài)偏置原理：當交變信號從輸入后，由于引入了同步動態(tài)偏置的措施，使VT9和VT12同步、同相位地放大導通，此時VT9和VT12互相為對方的集電極同步動態(tài)電流負載，并且導通幅度基本接近，中間增益級VTVT12集電極的回路動態(tài)電流比通常電路大幾倍到十幾倍。讓末級上、下臂功放管在動態(tài)時，從自身向上滑動的偏置中同步得到幾毫安到數(shù)安培的靜態(tài)起始電流，保證了輸出上、下波形銜接的完整光滑。（三）過流和過壓保護電路：VTVT15是末級功率管跟隨級電流采樣管。當總電源電壓一旦超過VD4的擊穿穩(wěn)壓值時，VD4導通，使C2上電壓升高，VT2正向?qū)?，并與VT3形成正反饋導通，切斷后級，電路停止工作。5％。全部晶體管β100以上。本電路調(diào)整點僅為R15。輸出中點失調(diào)電壓不得超出177。D200W電路典型電參數(shù)指標：工作電壓：177。60V；最大電流：；保護電流：6A；功率頻響失真度：輸出功率10W時20Hz~100kHz通頻帶正弦平均％；額定功率失真度(8Ω/100W，4Ω/200W)：平均％；最大峰值功率≥300W；靜態(tài)電流15mA；靜態(tài)輸出失調(diào)電壓10mV；電路增益：40dB；轉(zhuǎn)換速度：177。 總體電路原理圖由于直接耦合是前后級直接連接，比阻容耦合頻率響應要好，又因無需大電容量集成，提高了電流增益和放大器效率，被廣泛用于線性集成電路中，因此本設計采用直接耦合方式連接。 測試結(jié)果5 測試結(jié)果 前置放大器測試結(jié)果在Multisim中進行仿真，電路連接如下圖所示： 仿真電路圖如圖所示，XSCXBPXMM1分別為示波器、頻譜儀、電壓表，分別用來觀察輸出波形、頻譜范圍和電壓大小。（二）XSC1仿真結(jié)果：圖 輸入輸出信號波形圖 。調(diào)節(jié)滑動變阻器Rp2有：當變阻器從0~47k變化時，輸出輸入波形的幅值及Scale的比值經(jīng)計算可得輸出波形的放大倍數(shù)在4~57倍范圍內(nèi)變化。設計的放大倍數(shù)為56，在誤差允許的范圍內(nèi)，可以得到，所以本設計滿足設計要求。理論值為280mV,。所以設計的前置放大器達到了設計要求。（二）XSC1示波器輸出圖形如下：圖 輸入信號為120V時輸入輸出波形，輸入為正弦波，輸出為矩形波。所以電路設計或參數(shù)選取中必有錯誤。用示波器觀察輸出波形的同時，調(diào)節(jié)低頻信號源使輸出波形緩慢變化，直至放大器輸出信號在示波器上的波形剛要產(chǎn)生失真而又未產(chǎn)生失真時為止。即A=1，滿足設計要求。將 XMM1連接到輸出端，則可得測試結(jié)果如下： 輸出電壓由此可見與理論值280mV，在誤差允許的范圍內(nèi)近似相等。 噪聲測試結(jié)果本設計要用AV4446型數(shù)字示波器測試噪聲。將數(shù)字示波器的輸入端短路，測試出示波器的噪聲波形如下圖所示 ：圖 示波器噪聲由波形可見：；；。將音響系統(tǒng)的輸入端短路，輸出端接示波器的通道一（CH1），測試電路輸出結(jié)果。總結(jié)：由示波器自身的噪聲測試結(jié)果及連接上設計的音響系統(tǒng)后的噪聲測試結(jié)果可見，兩者之差為音響系統(tǒng)的噪聲。 結(jié)論6 結(jié)論本文在現(xiàn)有音頻系統(tǒng)中前置放大器及功率放大器的基礎上，通過對前置放大器和功率放大器的設計，可以實現(xiàn)低噪聲 、大功率、超低頻，達到了設計要求。為實際低噪聲前置放大器和超低頻功率放大器的設計提供合理依據(jù)。音頻系統(tǒng)中前置放大器及功率放大器對于硬件和系統(tǒng)整體框架的技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，因此將設計的重點放在對低噪聲、超低頻和大功率的實現(xiàn)上。通過課題的設計，學習到了很多關(guān)于放大器及放大電路設計的知識，對于前置放大器及功率放大器的工作原理，以及相關(guān)的噪聲問題、低頻實現(xiàn)、功率放大的實現(xiàn)等都有了較為深刻的認識，在設計的過程中加深了對于運放的了解及電路的設計水平，使自己的構(gòu)思、設計、分析能力有了很大的提高。由測試結(jié)果可知：（1） 噪聲由噪聲的測試結(jié)果可見，當示波器測得的系統(tǒng)噪聲減去示波器內(nèi)部噪聲后所得噪聲為系統(tǒng)真實噪聲， uV為系統(tǒng)平均噪聲。所以可見設計符合本課題的要求。由于Multisim中的芯片種類有限，其中并沒有D200W功放模塊，所以并未完成仿真出整個電路的幅頻特性曲線的任務。由電路原理圖分析可知，造成低通濾波器的帶寬與0~100Hz不完全符合的原因是：一、 低通濾波器采用二階巴特沃斯低通濾波器，雖然通帶比較平滑，但過渡帶下降不是十分陡峭。二、 由于電阻、電容等元件的誤差，三極管本身特性的不穩(wěn)定性，其容易受周圍環(huán)境的影響等原因，使實驗結(jié)果存在誤差。左右兩聲道之和為400W。與現(xiàn)在市面上的只能接收20Hz~10KHz的音頻系統(tǒng)相比有更好的低頻性。不僅運放是低噪聲的，而且選用的電阻、電容等元件也是考慮了低噪聲。所以功率放大方面還需進一步設計更大功率的功率放大電路。1967， 14(1)：33 [14]. 陳思．巴特沃斯低通濾波器的簡化快速設計．自然出版社，1997[15]. 夏路易，石宗義．電路原理圖與電路板設計教程PROTEL99SE．北京希望電子出版社，2002[16]. 耿爽，張小瓊，劉亞偉．音頻前置放大電路性能優(yōu)化設計[ J]． 火力與指揮控制，2003，28(S1)：48~54[17]. 牛艷煒．有源低通濾波器的設計與仿真分析．現(xiàn)代電子技術(shù), 2007，12(12)：188~190[18]. 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