音响放大器的设计
摘要：音响放大器所需要设计的电路为话筒放大器，音调控制器及功率放大器。
话音放大器的作用是不失真的放大声音信号（最高信号达到10kHz)。
其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗；音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性，因此音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器组成。
关键词：音响放大器；话放级；音调控制级；功放级
1设计内容
1．1设计目的
(1)学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
(2)学会音响放大器的设计方法和性能指标测试方法。
(3)培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
1．2设计要求
(1)设计并制作一个音响放大器，主要技术指标要求：
①额定功率： P。
>=1W
②负载阻抗： R=8Ω
③频率范围： 40Hz~10kHz
④话放级输入灵敏度： 5mV
⑤输入阻抗： R>>20Ω
⑥系统的总电压增益A>560倍（55dB）
(2)设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。
(3)自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。
(4).批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。
参考方案
(1).电路图设计
①确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出音响放大器方框图。
②系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。
③参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。
(2).电路安装、调试
①为提高学生的动手能力，学生自行焊接电路板。
②在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。
③重点调试每一级的输出波形。
④将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。
2设计方案：
设计方案分析论证
(1)．音响放大器设计思路
①由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ（亦有低输出阻抗的话筒如20Ω,200Ω等），所以话音放大器的作用是不失真的放大声音信号（最高信号达到10kHz)。
其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。
②音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性，由其特性可知音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升和衰减，因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器组成。
③功放级的作用是给音响放大器的负载提供一定的输出功率。
当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能的小，效率尽可能提高。
(2). 音响放大器原理
音响放大器主要由话放级、音调级和功放级组成，见图1。
图1 音响放大器原理图
其中：
①A1：是话放级，它是由很高的输入阻抗和高阻话筒配接的，仿真图见图2。
输出波形见图3：
图3 话放级仿真图输出波形
②A2：是音调级，它是由低通滤波器和高通滤波器构成的，仿真图见图4：
图4 音调级仿真图
输出波形见图5：
图5 音调级仿真图输出波形
③A3：是功放级，它的作用是给音响放大器的负载提供一定的输出功率。
当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能的小，效率尽可能提高。
仿真图见图6：
输出波形见图7：
图7 功放级仿真图输出波形
3 电路设计
(1)根据设计所要求的性能指标，选择运算放大器。
(2)结合实际情况和受到运放增益带宽积限制，话放级，音调级和功放级都采用uA741。
管脚图和典型电路如下图示：
4实验器材的选择
音响放大器所需原件下表-1所示：
表-1 音响放大电路设计实验供应元器件
表-1 音响电路实验可供（可选）元器件列表
序号名称型号数量序号名称型号数量
仿真电路
输出波形见图9：
图9 音响放大器总体仿真图输出波形
我们通过电路的仿真，验证了以上所述原理的正确性，接着在学校的实验箱上进行操作，电路图像如下图10所示：
图10 音响放大器实物电路图
示波器输出图形如下图11所示：
电路安装与调试技术
(1)合理布局，分级装调
①音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局
②一般按照电路的顺序逐级布线；
·功放级应远离输入级；
·每一级的地线尽量接在一起；
·连线尽可能短，否则很容易产生自激。
③可以从输入级开始向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。
安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。
(2)电路调试技术
①电路的调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性能指标测试，分级调试又分为静态调试与动态调试。
②静态调试
·输入端对地短路，测量该级输出端对地的直流电压；
·话放级、音调级、功放级都是由运算放大器组成的，其静态输出直流电压均为VCC/2；
·功放级的输出(OTL电路)也为VCC/2，且输出电容CC两端充电电压也应为VCC/2。
③动态调试
输入端接入规定的信号，观测该级输出波形，应满足各级性能指标要求（相差不大）。
(3)电路调试技术-级间联调
级联时，由于级间相互影响，可能使单级的技术指标发生很大变化，甚至两级不能进行级联。
产生的主要原因：
·布线不太合理，形成级间交叉耦合，应考虑重新布线；
·级联后各级电流都要流经电源内阻，内阻压降对某一级可能形成正反馈，应接RC去耦滤波电路。
R一般取几十欧姆，C一般用几百微法大电容与?F小电容相并联。
(4)电路调试技术-自激现象处理
由于功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。
常见高频自激现象如图12所示。
低频自激现象是电源电流表有规则地左右摆动，或输出波形上下抖动。
图12 高频自激现象
处理方法：
功放级①脚与⑤之间接入几百皮法的电容，形成电压并联负反馈，可消除叠加的高频毛刺;
旁路电容；接入RC去耦滤波电路消除。
6注意事项
(1) 输入阻抗问题；
(2) 电源供电问题；
(3) 合理布局问题；
(4) 多级调试问题；
(5) 实际参数与理论参数的关系；
(6) 自激的排除方法。
7收获体会
通过这次设计实践。
我学会了音响放大器的基本设计方法，对音响放大器的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对各种放大器的掌握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的方案应用到实践中的时候，问题出现了，不是不能测试，就是测试的结果和要求的结果不相符合。
经过解决一个个测试中出现的问题，我们对音响放大器的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
加深了我们对理论与实践联系的理解，促进了我们运用知识解决具体问题的综合应用能力，特别是对音响放大器的应用、理解上升到了更深的一个层次。
