一种音频小信号功率放大器信号放大电路设计浅析

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前言

音频功率放大器的作用是将微弱的声音电信号放大为功率或幅度足够大、且与原来信号变化规律一致的信号，即进行不失真的放大。音频功率放大器应用最广的是音响技术领域，用于扬声器的发声，是音响设计与制作中必不可少的一部分。


本设计根据这种原理对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。前级放大主要完成对小信号的放大，使用一个由电阻和电容组成的电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需的输入。后一级主要是对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。

1 设计方法

1．1 设计思路

本文设计的是一种音频小信号功率放大器，设计中采用了OTL功放作为主要组成部分，通过前级放大电路与音频功率放大电路的结合，利用两次放大，从而实现音频信号的输出。前级放大主要完成对小信号的放大，使用一个由电阻和电容组成的电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。后一级主要是对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。本设计用到了两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。还用到了OTL功率放大器，这些是本设计的核心部分。

1．2 整体框图

系统整体设计框图如图1所示。



1．3 实施方案

采用一些电阻、晶体管和电容构成的音频功率放大器，电路图如图2所示。本电路图主要有前置放大电路和功率放大电路两部分组成。前置放大电路由一些电容、电阻、滑动变阻器、晶体管等元件构成。前置放大电路主要应用了负反馈。负反馈具有提高电路及其增益的稳定性、减少非线性失真、扩展通频带、改变输入电阻和输出电阻等功能。


OTL电路具有线路简单、效率高等特点，但要采用双电源供电，给使用和维修带来不便。为了克服这一缺点，可采用单电源供电的互补对称电路，这种电路又称为无输出变压器的功放电路，简称OTL电路。NPN、PNP复合管可以对音频信号进行放大，获得很强的信号。

2 电路总设计

2．1 前级放大电路设计

本设计的前级放大电路主要运用到了负反馈电路。负反馈电路主要是防止放大电路过载。即当输入信号电流过大时，从放大后的输出端反馈给输入端一个负信号电流，用来抑制输入信号电流的继续增大。负反馈放大器的方框图如图3所示。反馈放大器由基本放大器和反馈网络两部分组成。


2．2 功率放大电路的设计

输出功率较大的电路，应采用较大功率的功率管。大功率管的电流放大系数β往往较小，且选用特性一致的互补管也比较困难。在实际应用中，往往采用复合管来解决这两个问题。



在一个电子管的壳内装有两个以上电极系统，每个电极系统各自独立通过电子流，实现各自的功能，这种电子管称为复合管。复合管是指用两只或多只三极管按一定规律进行组合，等效成一只三极管，复合管又称达林顿管。复合管的组合方式如图4所示。

3 电路仿真性能测试

先利用函数信号发生器，将信号设置成电压有效值为5mV正弦波信号，然后连接到μi，将信号送入音频功率放大器。在喇叭的两端通过测试线连接到数字双迹示波器，接通电源后，观察示波器的波形，并记录输出功率的大小。仿真结果能够证明我们设计的正确性和有效性。