毕业设计作用于高保真音响设备的音频放大器

发布 2019-08-23 11:01:40 阅读 3667

毕业**。

作者学号。系部电子信息工程。

专业电子信息工程。

题目作用于高保真音响设备的音频放大器。

指导教师丁文秋。

评阅教师。完成时间年月日

毕业设计(**)中文摘要。

毕业设计(**)外文摘要。

绪论。音频放大器已经有快要一个世纪的历史了,最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止,它还在不断地更新、发展、前进。

主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种,也是最基本的一种。为了满足它的需要,有关的音频放大器就要不断地加以改进。

进入21世纪以后,各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机,到作为娱乐设备的*****器,已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机,便携式***等等。

所有这些便携式的电子设备的一个共同点,就是都有音频输出,也就是都需要有一个音频放大器;另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下,d类放大器被开发出来了。

它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。

高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要,在大功率的电子设备中也需要。因为,功率越大,效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善,高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。

在这些设备中,往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时,低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。

一个实用音频放大器的设计过程大体可按电路选型——参数计算——元器件选择——验证定型的顺序进行。

1.确定电路形式及结构。

设计音频放大器一般先根据给定的技术指标(如频响、失真度、信噪比、转换速率等)、技术特色(如采用全直流、全对称、失真伺服、超线性等)以及性价比等要求选择合适的电路形式和结构。

在选择电路时,国内外音响界普遍推崇一种“简为佳”的说法,即简单的就是最好的。多一个元器件就多一个失真源,因而在能满足给定技术指标要求的前提下,应尽量避免电路复杂化。

2.确定放大级数。

一般单级放大器的放大倍数只有几十倍,若电路需要很大的放大倍数,可采用多级放大器,这时总的增益等于各级增益的乘积。在确定放大级数时,每一级的增益不用定的太高,因为增益过高时,放大器的稳定性变差,容易产生自激。通常还需在放大器中引入适量的负反馈,将电路增益限制在一定的范围,这样既可提高放大器的稳定性,又可展宽工作频带降低波形失真。

此外电路的总增益的设定还应留有一定的余量。

1. 确定工作点。

晶体管的静态工作点,是影响放大器性能的主要因素。通常前置放大器均工作在甲类状态,故选择工作点时,应使放大器件工作于输出特性曲线的线性放大区,并保证在额定工作状态的任何瞬间都不超越这一区域。

静态工作点一般应选在器件输出特性曲线线性区相对的小电流及低电压区域,这对保护器件有利。但为了增大动态范围,减小失真,静态工作点又不能选的过低。通常,输入级的输入信号较小(毫伏或微伏级),工作点可选的低些[如晶体管的icq可在(0.

1~0.5)ma之间选取,uceq也可选的低些],这样对提高信噪比有利;而后面的放大级,由于信号幅度较大,工作点则应取高些[icq可在(0.5~5ma)间选取,uceq也可取高些]。

此外,为保证工作点的稳定,晶体管的基极偏置电阻不能选的过大。而功率放大器的工作点则应根据电路的类型来确定。

2. 计算元件数值。

确定了电路结构及工作点,便可根据给定的技术参数要求,计算出电路中各元件的数值和必须掌握的交直流参数,并标注在原理图上,作为制作和调整的依据。

有了合适的电路,其技术指标的实现还有赖于正确选用元器件的质量。即便是质量可靠的同类元器件,若品牌不同,其损耗、噪声系数、稳定性或失真度及失真成分也可能不同。这也是同样的电路,采用不同品牌的元器件时会导致音质方面的差异的原因所在。

从图2-1和2-2的有关曲线中,我们可以很直观的看出这种差异。

按设计要求制作的放大器,还应进行性能指标测试和客观听音评价,验证其是否达到预定的技术指标和音质水准。若不能达标,应分析其原因,有目的的反复修改设计方案,使之趋于完善,直至符合技术指标要求,方可予以定型。

前置放大器依其用途的不同可分为话筒放大器、线路放大器、唱头和磁头均衡放大器等几种类型。

前置放大器可以由单管放大器和多级放大器构成。它们之中若加入负反馈,又可称为负反馈放大器,并且还有电容耦合和直接耦合之分。

形形色色的放大器,不管它们的电路怎么复杂,都是由一些最基本的放大单元电路组合而成。最基本的放大单元电路是用一只晶体管构成的共发射极放大电路、共基极放大电路和共集电极放大电路。这三种基本单元电路既可单独构成一个放大器,又可互相组合起来,构成共射-共射、共射-共基、和共射-共集等常用复合放大单元电路或多级放大器,因而它们是放大器的基础。

1. 负反馈放大器的特点。

施加了负反馈的放大器称为负反馈放大器。过高的增益对电路有害无益,它可能导致信噪比劣化或影响电路的稳定,如产生自激等,应设法使之降低。降低电路增益除了修改电路参数之外,最有效的是给电路加负反馈,它不仅可以使电路增益达到期望值,还可以降低失真、拓宽频响提高信噪比和电路稳定性等许多好处。

负反馈放大器电路之意图如图3-1.它通过一定的耦合方式把放大器输出信号的一部分回送到输入端。当反馈信号与输入信号反相便成为负反馈。其结果使输入信号被削弱。

如果输出信号电压为uo,反馈信号电压为uf,uf/uo就称为反馈系数f,即:

f=uf/uo

在施加深度负反馈时,负反馈放大器的增益kf(闭环增益)约为反馈系数的倒数,即;kf=1/f。

加有深度负反馈的放大器,其增益几乎与晶体管参数无关,而仅取决于反馈系数f,这就显著提高了放大器增益的稳定性,且大大的简化了放大器增益的计算过程。

引入负反馈后,放大器的频响也被展宽了。其原理可以借助图3-2的频响曲线来加以说明。

由于放大器高频和低频的输出电压是逐渐下降的,施加负反馈后,高频和低频段的反馈电压也随之逐渐减小,中频段的反馈电压则相对的较高且稳定不变,从而使电路中频段的增益下降幅度较大,高、低频段的增益下降幅度逐渐变小,反映在频响曲线上,就是中频段的平坦部分变宽了。

负反馈放大器降低失真的原理可以用图3-3来说明。当给无负反馈的放大器输入一个正弦波时,由于晶体管的非线性使输出信号产生波形失真,如正半周幅度大,负半周幅度小。施加负反馈后,由于反馈信号取自输出端,也是正半周幅度大负半周幅度小,与输入信号相加后,输入信号变的负半周小正半周大了,被放大后,输出信号的波形就可以得到修正。

施加负反馈的这种净输入信号失真,正好补偿了放大器的非线性失真。

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