音频功率放大器设计与制作

1、目 录引言1第一章 课题概况21.1 课题设计要求21.2 毕业设计目的2第二章 音响技术简介32.1人耳的听觉特性32.2高保真度3第三章 高保真音响的原理介绍53.1设计思路53.2滤波器的介绍53.3功率放大器的介绍63.4 音频功率放大器83.5 电源14第四章 焊接与调试154.1电路的焊接154.2电路的调试15第五章 全文总结和展望165.1总结165.2展望16致 谢17参考文献18附录19引言人们总是喜欢用听音乐的方式来放松工作中的疲劳，或者欢聚庆祝，或者陶冶情操。随着改革开放的深入，经济的快速增长和城市规模的不断扩大，人类的生活水平也都相应的提高了，人们懂得了听音乐来缓解生活中所带来的各种巨大压力，通过解放神经来提高自己的生活水平，如今的市场上有着许许多多，琳琅满目的音响品牌，具体那些好，商家各执一词，消费者也很难选择，因此，通过此次设计，可以解决消费者难以选择的麻烦，直接自己动手制作，了解音响的结构和特点，不光扩大了自己的知识面，从制作到完成作品，最后欣赏自己的作品，简直有种说不出的美妙感觉，连上CD机，放上自己喜欢的音乐，来享受音乐的魅力，从而能缓解压力，使心情

2、放松，能更好的投入工作，从而提高自己的生活水平。2.1AV有源音响是音频功率放大器和扬声器的有机组合体。放大器置于音响内部，结构紧凑、价格低廉、系统消耗低、占用空间小，是居室不太宽敞的家庭和广大音响爱好者较喜欢的一种机型。这种音响可直接接各种家庭有源设备（如随身听、CD唱机、收音机、录像机、电视机、影碟机等），有的还设有开机延时和扬声器保护电路，消除开机喇叭冲击噪声，解除了烧坏喇叭的后顾之忧。全部电路有集成电路组成，须调试，还给业余制作提供了可靠保障。第一章 课题概况1.1 课题设计要求本次毕业设计要求设计与制作一款适合电脑多媒体2.1音箱的有源功率放大器，系统包括重低音功率放大器、左右声道功率放大器、音量调节、电源等组成。性能主要指标：额定输出功率：低音10W；中高音2*5W频率响应：低音40HZ250HZ；中高音200HZ20KHZ谐波失真：0.2%（1W，1KHZ） 0.5%（1W，100HZ）输入灵敏度：600mV（1000HZ，额定输出时）信噪比：85dB（A）1.2 毕业设计目的通过本次设计，其目的是让我们掌握低频电子线路的设计与应用以及功率放大器的工作原理，可以促进我们的

3、全面发展，使我们的思想品质、工作态度、工作作风得到充分的提高与完善，为今后从事相应工作打下扎实的基础。第二章 音响技术简介2.1人耳的听觉特性音响系统放音的最终目的是让人们的耳朵逼真地听清楚讲话声或高质量地欣赏各种不同类型和风格的音乐或戏剧。因此人的耳朵对所听声音的主观感觉是评价音质好坏的唯一标准。但是人们对于音质的评价往往又容易受到民族风格、文化程度、生活习惯和个人爱好等各种因素的影响，因此不同的人对相同音质的声音评价的结论往往是不完全一致。为了更深入地了解人类对声音的主观感受，人们将声音的各种客观特性在人类听觉上所能形成的主观感觉进行了研究，在分析这些感觉的基础上探索综合的评价标准。人们对于声音的主观感觉可以分别对应声音在幅度领域、频率领域、时间领域和空间领域的各种物理特性，事实证明在这四方面的物理特性对声音的主观感觉不是简单地不相关，而是彼此相互影响的。而影响人类对声音的主观感觉包括以下几种：（1）、对声音幅度大小的主观感觉。（2）、对声音频率高低的主观感觉。（3）、对声音时间长短的主观感觉。（4）、对声音空间方位的主观感觉。（5）、对噪声的主观感觉。2.2高保真度人们利用放音系

4、统放音的最终目的是供自己欣赏或传递信息。而人类的听觉是相当复杂的过程，它牵涉到心理声学和生理声学等一系列有关的问题。然而不管怎样，对放音系统本身的放音质量要求却是一致的。由此，人们对放音系统提出了高保真度的要求。所谓高保真度即是要求放音系统能准确记录并重放节目的原有的声学特性，也就是借助与高质量的电声设备并利用人们听觉的有限辨别力重现实况演出的主要升学特征，使听音者主观上不引起失真的感觉。要想达到电声系统的高保真度，就必须对放音系统的技术指标进行严格控制。早期，放音系统的三大技术指标是：频率特性（即频率响应）、谐波失真和信号噪声比。后来随着高保真技术的发展，又提出了互调失真和相位失真这两个指标。近年来，人们对放音系统和设备的瞬态技术指标也提出了更高的要求，因为在某种意义上来说几乎所有的音乐、语言信号都可以看作为是时刻不断在变化着的瞬态信号，所以放音设备的瞬态失真这两个指标也成了高保真放音系统极其重要的技术指标。具体来说，对于放音系统中的功率放大器而言，除了上述各项技术指标外，它的阻尼系数指标也是一个很重要的技术指标。而对于扬声器、传声器、耳机等一系列电声器件来说，则除了上述各项指标外，

5、还需要注意它们的指向性、灵敏度、效率等各项技术指标。总之，对一个具有高保真度放音系统来说，它要求有较宽的频响，尽可能小的各种失真，而且要求在有足够高信噪比的前提下，动态范围尽可能的大。人耳的辨别力和允许畸变量如表2.1表2.1 人耳的辨别力和允许畸变量说明特性声压级辨别力1dB频率辨别力1000HZ以下为3HZ，1000HZ以上 f/f=0.003方位辨别力3时差辨别力0.02s高频范围变窄上限8500HZ，大约有50%听众感觉到低频范围变窄下限100HZ，30%听众感觉到；下限150HZ，50%听众感觉到频率范围变窄带宽5010000HZ，大约有30%35%听众感觉到频率范围的平衡感觉f高*f低500000峰谷的频率失真在200HZ以下，15000HZ以上基本感觉不出，在150200HZ，68KHZ范围内5dB的峰或谷有50%听众感觉到失真辨别力纯音为0.5%，音乐为2%允许非线性失真对4014000HZ，7.5%三次谐波有50%听众感觉到，对2004000HZ，14%三次谐波有50%听众感觉到允许频率畸变高低频同时衰减10dB，有65%听众感觉到注：在实验研究中，通常15%30%的

6、受试者感觉到的畸变定义为“实际上不能感觉到”，它相应于在通常条件小感觉不到畸变。第三章 高保真音响的原理介绍3.1设计思路 本系统为2.1声道功率放大输出，左右声道信号源Lin和Rin经高通滤波器，送至各左右声道功率放大器，最后馈至左右声道扬声器；重低音通道由Lin和Rin混合至带通滤波器，再经功率放大器送至重低音扬声器。方案见图3.1所示。 图3.1 系统方案图3.2滤波器的介绍3.2.1高通滤波器高通滤波器是指功放中能够让中、高频信号通过而不让低频信号通过的电路，其作用是滤去音频信号中的低音成分，增强中音和高音成分以驱动扬声器的中音和高音单元。此外高通滤波器常常和低通滤波器成对出现，不论哪一种，都是为了把一定的声音频率送到应该去的单元。3.2.2低通滤波器低通滤波器是指功放中能够让低频信号通过而不让中、高频信号通过的电路，其作用是滤去音频信号中的中音和高音成分，增强低音成分以驱动扬声器的低音单元。由于功放大部分都是全频段功放，通常采用AB类放大设计，功率损耗比较大，所以滤除低频段的信号，只推动中高频扬声器是节省功率、保证音质的最佳选择。此外高通滤波器常常和低通滤波器成对出现，不论哪

7、一种，都是为了把一定的声音频率送到应该去的单元。3.2.3带通滤波器所谓带通就是让它们在规定频率范围内通过高通滤波器+低通滤波器=带通滤波器。比如:600Hz-5KHz的带通滤波器先做一个600Hz的高通滤波器,再做一个5KHz的低通滤波器,让通过的频率在高通滤波器中滤掉600Hz以下的频率,然后经过低通滤波器滤波器滤掉5KHz以上的频率,剩下的就是600Hz-5KHz的频率的了! 高阻滤波器+低阻滤波器=带通滤波器的原理同理。3.3功率放大器的介绍功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。以其主要用途来说，功放可以分做两大类别，即专业功放与家用功放。在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅或其它公共场所扩声，以及录音监听等场所使用的功放，一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求，这类功放通常称为专业功放。而用于家庭的HiFi音乐欣赏，AV系统放音，以及卡拉

8、OK娱乐的功放，通常我们称为家用功放。本期只介绍跟我们家庭息息相关的家用功放。3.3.1按器材分类 按电路所用的器材分类，功放可以分为电子管放大器、晶体放大器和集成电路放大器。 电子管放大器(俗称“胆机”)采用电子管作为放大器，其主要优点是动态范围大、线性好、音色甜美悦耳。但电子管功放也存在两个问题，一是内阻大导致放大器阻尼系数小，影响瞬态特性，二是电子管需高压供电，离不开变压器，变压器不仅功耗大、体积大，还会导致失真。克服电子管功放的两个缺点，晶体管放大器阻尼系数可做得很高，有良好的瞬态特性，在声音的节奏感、力度上要比胆机明快、爽朗、有力；而且无需变压器，不仅节省成本，缩小体积，而且避免了由变压器所引起的失真。 最后一种是集成电路放大器，它最突出的优点是可靠性高、外围电路简单、组装方便，不足之处是电声指标(功率、频响、失真度、信噪比等)和音质皆不如前两类放大器。 3.3.2按功能分类 按照功能分类，功放可以分为前级功放、后级功放和合并式功放。 1、前级功放主要作用是对信号源传输过来的节目信号进行必要的处理和电压放大后，再输出到后级功放。它就像铁路岔道一样，控制切换哪一路音源信号接入功

9、放，哪一路音源信号与功放断开。2、后级功放后级功放是进行单纯功率放大的部分，它的作用就是尽可能原原本本地放大来自于前级的信号，我们对后级的要求是，放大倍数尽可能高，而放大后信号的失真程度应尽可能低。除放大电路外，还设计有各种保护电路，如短路保护、过压保护、过热保护、过流保护等。这两类功放一般只在高档机采用。 3、合并式放大器合并式放大器，将前级放大器和后级放大器合并为一台功放，兼有前二者的功能，通常所说的放大器都是合并式的，应用的范围较广。一般来看，合并式功放的功率较前、后级功放小，重放的效果也比前、后级功放差，但合并式功放价钱较便宜，且使用方便，完全能够满足一般的家庭需要。 3.3.3按用途分类 就功放的用途来区分，家用功放分为HiFi功放和AV功放。 1、HiFi功放HiFi是英语HighFidelity的缩写，意指高度保真，即纯音乐功放，是音乐发烧友的最爱。HiFi功放的输出功率大都在2150瓦以下。HiFi在设计上强调最低的信号失真，忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的技巧等来满足人们对音乐的最佳欣赏要求。一般用于HiFi的功放都是胆机。HiFi功放就扩声形式而言，只适用于两声道立体声的重播。 2、AV功放AV功放是Audio&Video的缩写，即影音功放，它能同时连接56个音箱(左右主音箱、

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