一種音頻小信號功率放大器信號放大電路設計淺析

2020-11-21 電子發燒友

一種音頻小信號功率放大器信號放大電路設計淺析

電子發燒友 發表於 2018-12-20 16:32:44

0 前言

音頻功率放大器的作用是將微弱的聲音電信號放大為功率或幅度足夠大、且與原來信號變化規律一致的信號，即進行不失真的放大。音頻功率放大器應用最廣的是音響技術領域，用於揚聲器的發聲，是音響設計與製作中必不可少的一部分。

本設計根據這種原理對比較小的音頻信號進行放大，使其功率增加，然後輸出。前級放大主要完成對小信號的放大，使用一個由電阻和電容組成的電路對輸入的音頻小信號的電壓進行放大，得到後一級所需的輸入。後一級主要是對音頻進行功率放大，使其能夠驅動電阻而得到需要的音頻。

1 設計方法

1．1 設計思路

本文設計的是一種音頻小信號功率放大器，設計中採用了OTL功放作為主要組成部分，通過前級放大電路與音頻功率放大電路的結合，利用兩次放大，從而實現音頻信號的輸出。前級放大主要完成對小信號的放大，使用一個由電阻和電容組成的電路對輸入的音頻小信號的電壓進行放大，得到後一級所需要的輸入。後一級主要是對音頻進行功率放大，使其能夠驅動電阻而得到需要的音頻。本設計用到了兩個電晶體：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補對稱式射極輸出器。還用到了OTL功率放大器，這些是本設計的核心部分。

1．2 整體框圖

系統整體設計框圖如圖1所示。

1．3 實施方案

採用一些電阻、電晶體和電容構成的音頻功率放大器，電路圖如圖2所示。本電路圖主要有前置放大電路和功率放大電路兩部分組成。前置放大電路由一些電容、電阻、滑動變阻器、電晶體等元件構成。前置放大電路主要應用了負反饋。負反饋具有提高電路及其增益的穩定性、減少非線性失真、擴展通頻帶、改變輸入電阻和輸出電阻等功能。

OTL電路具有線路簡單、效率高等特點，但要採用雙電源供電，給使用和維修帶來不便。為了克服這一缺點，可採用單電源供電的互補對稱電路，這種電路又稱為無輸出變壓器的功放電路，簡稱OTL電路。NPN、PNP複合管可以對音頻信號進行放大，獲得很強的信號。

2 電路總設計

2．1 前級放大電路設計

本設計的前級放大電路主要運用到了負反饋電路。負反饋電路主要是防止放大電路過載。即當輸入信號電流過大時，從放大後的輸出端反饋給輸入端一個負信號電流，用來抑制輸入信號電流的繼續增大。負反饋放大器的方框圖如圖3所示。反饋放大器由基本放大器和反饋網絡兩部分組成。

2．2 功率放大電路的設計

輸出功率較大的電路，應採用較大功率的功率管。大功率管的電流放大係數β往往較小，且選用特性一致的互補管也比較困難。在實際應用中，往往採用複合管來解決這兩個問題。

在一個電子管的殼內裝有兩個以上電極系統，每個電極系統各自獨立通過電子流，實現各自的功能，這種電子管稱為複合管。複合管是指用兩隻或多隻三極體按一定規律進行組合，等效成一隻三極體，複合管又稱達林頓管。複合管的組合方式如圖4所示。

3 電路仿真性能測試

先利用函數信號發生器，將信號設置成電壓有效值為5mV正弦波信號，然後連接到μi，將信號送入音頻功率放大器。在喇叭的兩端通過測試線連接到數字雙跡示波器，接通電源後，觀察示波器的波形，並記錄輸出功率的大小。仿真結果能夠證明我們設計的正確性和有效性。

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