西安電子科技大學(xué)長(zhǎng)安學(xué)院

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1、西安電子科技大學(xué)長(zhǎng)安學(xué)院基于LM1875音頻功率放大器的電路設(shè)計(jì) 摘 要隨 著 社 會(huì) 的 發(fā) 展 ， 人 們 的 追 求 ， 現(xiàn) 代 人 對(duì) 聽(tīng) 覺(jué) 的 水 平 要 求 越 來(lái) 越 高 ，所 以 對(duì) 音 響 的 音 質(zhì) 真 實(shí) 性 要 求 越 來(lái) 越 多 ， 并 能 對(duì) 音 頻 信 號(hào) 進(jìn) 行 適 當(dāng) 的加 工 裝 飾 ， 使 聲 音 音 質(zhì) 真 實(shí) 優(yōu) 美 動(dòng) 聽(tīng) 。 因 此 ， 我 們 這 次 的 研 究 主 要 對(duì)象 是 基 于 LM1875的 音 頻 功 率 放 大 器 , 然 而 功 率 放 大 器 是 在 音 響 系 統(tǒng) 中是 把 微 弱 的 音 頻 信 號(hào) 放 大 到 足 以

2、驅(qū) 動(dòng) 喇 叭 單 元 工 作 ， 重 放 出 人 耳 能 聽(tīng)到 的 聲 音 設(shè) 備 。 本 設(shè) 計(jì) 主 要 介 紹 采 用 LM1875芯 片 設(shè) 計(jì) 的 功 率 放 大 器 ，它 在 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 能 提 供 非 常 低 的 失 真 度 和 高 質(zhì) 量 的 音 色 ， 還 具 有 了 高 增益 、 快 轉(zhuǎn) 換 速 率 、 寬 功 率 帶 寬 、 大 輸 出 電 壓 擺 幅 、 大 電 流 能 力 和 非 常寬 的 電 源 范 圍 等 特 性 。 系 統(tǒng) 采 用 大 回 環(huán) 電 壓 負(fù) 反 饋 控 制 輸 出 ， 配 以 普通 雙 路 橋 式 整 流 濾 波 電 路 ， 放 大 器 采 用

3、 內(nèi) 部 補(bǔ) 償 ， 增 益 控 制 在 26dB左 右 。 它 可 用 于 家 用 功 放 ， 高 品 質(zhì) 音 頻 系 統(tǒng) ， 立 體 聲 唱 機(jī) 等 。 基于LM1875音頻功率放大器 系統(tǒng)框圖 前 置 放 大 級(jí) 音 調(diào) 控 制 級(jí) 功 率 放 大 級(jí) 自 制 穩(wěn) 壓 電 源 負(fù) 載 前置放大器電路 電路形式的選擇 由 于 信 號(hào) 遠(yuǎn) 輸 入 的 信 號(hào) 幅 度 較 小 。 不 足 以 推 動(dòng) 以 后 的 功 放 電 路 。 因 此 要用 電 壓 放 大 電 路 對(duì) 信 號(hào) 輸 入 的 音 頻 信 號(hào) 電 壓 進(jìn) 行 放 大 ， 對(duì) 于 信 號(hào) 源 ， 其 負(fù) 載 約為 47K ， 所

4、以 選 用 電 壓 串 聯(lián) 負(fù) 反 饋 方 式 的 同 相 比 例 放 大 器 ， 它 可 以 使 輸 入 電 阻增 大 ， 輸 出 電 阻 減 小 ， 且 輸 入 輸 出 電 壓 同 相 。 又 因 為 前 置 放 大 級(jí) 的 增 益 為 44dB，即 158倍 ， 取 160倍 ， 前 置 放 大 級(jí) 電 路 采 用 二 級(jí) ， 第 一 級(jí) 與 第 二 級(jí) 采 用 電 容 耦 合方 式 ， 總 的 電 壓 放 大 倍 數(shù) 為 Auf=160， 設(shè) 計(jì) 中 選 用 Auf1=1， Auf2=160。 其 中 第 一級(jí) 實(shí) 際 上 是 一 個(gè) 電 壓 跟 隨 器 ， 它 提 高 了 帶 負(fù) 載

5、 的 能 力 。 電 路 中 電 容 C11是 用 作 噪 聲 去 耦 合 的 ， 可 以 用 小 體 積 大 容 量 的 鉭 電 容或 普 通 電 解 電 容 ， 一 般 選 為 10 F， R11可 選 用 較 大 的 電 阻 ， 取 1M ， 電 阻 R12取10K， LF353（ 2） 構(gòu) 成 的 是 放 大 倍 數(shù) 為 160的 電 壓 放 大 電 路 ， 同 相 交 流 放 大 電 路的 平 衡 電 阻 可 盡 量 選 得 大 一 些 ， 一 般 為 10K以 上 ， 這 樣 有 利 于 提 高 放 大 電 路 的 輸入 電 阻 ， 由 于 輸 入 電 阻 為 47K， 故 選 R

6、P2的 阻 值 為 47K， R21取 1K， 耦 合 電 容 C12為10 F。 由 Auf2 = 1+R23/R22 及 R21=R23/R22， Auf2=180可 得 R21=R22=1K， R23=160K。 C21， C22， C23， C24， 主 要 用 于 電 源 旁 路 濾 波 ， 一 般 C21， C23用 電解 電 容 ， 其 值 為 220 F， C22， C24用 普 通 的 電 容 ， 一 般 取 值 為 22 F。 LF353的電 源 為 15V的 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 。 音調(diào)控制級(jí) 作 用 介 紹 ： 音 調(diào) 控 制 器 主要 是 控 制 ， 調(diào) 節(jié) 音

7、響 放 大 器的 幅 頻 特 性 ， 他 只 對(duì) 低 頻 與高 頻 的 增 益 進(jìn) 行 提 升 與 衰 減 ，中 音 頻 的 增 益 保 持 0dB 不 變 。因 此 ， 音 調(diào) 控 制 器 的 電 路 可以 由 低 通 濾 波 器 和 高 通 濾 波器 構(gòu) 成 。 由 運(yùn) 算 放 大 器 構(gòu) 成的 音 調(diào) 控 制 器 ， 電 路 調(diào) 節(jié) 簡(jiǎn)單 ， 元 器 件 少 ， 因 此 ， 我 們選 用 這 種 電 路 形 式 。 電路圖： 功率放大級(jí) 1.電路形式的選擇 芯片選用LM1875，而一個(gè)LM1875的輸出功率最大只能達(dá)到20W，已能滿足本課題的設(shè)計(jì)要求,故本設(shè)計(jì)采用單片LM1875。如果要

8、把輸出功率提高到50W，可選擇BTL電路，按照如下方法進(jìn)行設(shè)計(jì): BTL電路它是在OTL電路和OCL電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型功率放大電路，其工作原理如下： BTL電路的工作原理 BTL電 路 屬 于 雙 端 推 挽 放 大 電 路 ， 它 由 四 管 組 成 電 橋 電 路 ， 圖 中對(duì) 角 管 同 時(shí) 導(dǎo) 通 ， 互 為 推 挽 。 負(fù) 載 上 輸 出 正 負(fù) 半 周 波 形 。 BTL電 路 可 以 采 用 單 電 源 供 電 ， 且 不 需 要 輸 出 電 容 ， 這 不 僅 克 服了 輸 出 電 容 的 影 響 ， 也 免 除 了 兩 組 電 壓 對(duì) 稱 性 的 苛 刻 要 求 。

9、BTL的 兩 組對(duì) 角 管 輪 流 導(dǎo) 通 ， 互 為 推 挽 ， 在 每 個(gè) 信 號(hào) 半 周 內(nèi) 能 利 用 全 部 電 源 電 壓（ 除 去 飽 和 壓 降 ） ， 同 單 端 電 路 相 比 ， 在 相 同 電 源 電 壓 和 相 同 負(fù) 載 時(shí) ，前 者 的 輸 出 功 率 為 后 者 的 4倍 ； 換 言 之 ， 如 果 負(fù) 載 和 輸 出 功 率 相 同 ，BTL電 路 對(duì) 所 用 的 晶 體 管 的 耐 壓 要 求 可 比 單 端 電 路 降 低 一 半 ， 因 此 ，它 有 易 于 輸 出 大 功 率 而 不 損 壞 輸 出 管 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 目 前 常 見(jiàn) 的 BTL電 路

10、 大 多 是 由 兩 個(gè) 獨(dú) 立 的 單 端 推 挽 電 路 拼 合 而 成（ 多 見(jiàn) 于 集 成 電 路 ） ， 其 信 號(hào) 分 相 是 先 將 信 號(hào) 送 入 第 一 個(gè) 單 端 電 路 ，放 大 后 經(jīng) 電 阻 分 壓 再 送 到 第 二 個(gè) 單 端 電 路 ， 這 樣 不 僅 會(huì) 把 單 端 電 路 的缺 陷 帶 入 放 大 器 ， 而 且 還 會(huì) 將 第 一 個(gè) 單 端 電 路 的 畸 變 信 號(hào) 經(jīng) 過(guò) 第 二 個(gè) 單 端 電 路 放 大 而 進(jìn) 一 步 加 重 ， 因 此 其 特 性 必 然 不 好 。 解決方案 由 BTL的 工 作 原 理 及特 點(diǎn) 可 知 ， 要 滿 足 輸

11、 出功 率 為 50W的 要 求 ， 可用 兩 個(gè) LM1875組 成 BTL電 路 ， 要 想 獲 得 好 的 輸出 特 性 ， 關(guān) 鍵 是 要 獲 得BTL電 路 所 需 的 兩 個(gè) 大小 相 等 ， 相 位 相 反 的 音頻 信 號(hào) 。 通 過(guò) 查 詢 資 料（ 3） ， 可 知 ， 可 以 用一 個(gè) 倒 相 電 路 來(lái) 提 供 此信 號(hào) 。 如 右 圖 所 示 ： 倒 相 電 路 BTL功率放大電路 1.圖 中 VT組 成 的 單 管 放 大 電 路 沒(méi) 有 電壓 放 大 作 用 ， 它 采 用 分 壓 式 偏 置 供 給 VT關(guān) 靜 態(tài) 工 作 電 流 ， 從 集 電 極 和 發(fā) 射

12、 極 輸出 的 音 頻 信 號(hào) 大 小 分 別 為 IcRc和 IeRe，由 于 Ic Ie， Rc=Re， 所 以 兩 路 的 信 號(hào) 大小 相 等 而 極 性 相 反 ， 可 將 它 們 分 別 通 過(guò)電 容 耦 合 到 BTL 電 路 的 兩 個(gè) 同 鄉(xiāng) 相 輸 入端 。 則 功 率 放 大 電 路 如 右 圖 2.元 件 參 數(shù) 的 計(jì) 算 與 選 取 （ 1） 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) 電 阻 值 的 選 取 LM1875的 增 益 為 26dB， 即 有 ：Av=1+R403/R401 R403/R401=20所 以 有 R403 20R401： ， 通 常 取R401=1K左 右 ， 則

13、R403=20K。 （ 2） 隔 直 電 容 C402， C403應(yīng) 滿 足 在 下 限頻 率 上 （ fl=20HZ） 的 容 抗 遠(yuǎn) 小 于 R1， 取C402=C403=10 。 電 源 旁 路 電 容 ： C406=C408=C410=C412=220uF， C407=C409=C411=C413=22uF. LM1875的工作原理LM1875功 放 板 由 一 個(gè) 高 低 音 分 別 控 制 的 衰 減 式 音 調(diào) 控 制 電路 和 LM1875放 大 電 路 以 及 電 源 供 電 電 路 三 大 部 分 組 成 ， 音 調(diào) 部分 采 用 的 是 高 低 音 分 別 控 制 的 衰

14、 減 式 音 調(diào) 電 路 ， 其 中 的 R02，R03， C02， C01， W02組 成 低 音 控 制 電 路 ； C03， C04， W03組 成高 音 控 制 電 路 ； R04為 隔 離 電 阻 ， W01為 音 量 控 制 器 ， 調(diào) 節(jié) 放 大器 的 音 量 大 小 ， C05為 隔 直 電 容 ， 防 止 后 級(jí) 的 LM1875直 流 電 位對(duì) 前 級(jí) 音 調(diào) 電 路 的 影 響 。 放 大 電 路 主 要 采 用 LM1875， 由 1875，R08， R09， C06等 組 成 ， 電 路 的 放 大 倍 數(shù) 由 R08與 R09的 比 值 決定 ， C06用 于 穩(wěn)

15、定 LM1875的 第 4腳 直 流 零 電 位 的 漂 移 ， 但 是 對(duì) 音質(zhì) 有 一 定 的 影 響 ， C07， R10的 作 用 是 防 止 放 大 器 產(chǎn) 生 低 頻 自 激 。本 放 大 器 的 負(fù) 載 阻 抗 為 4 16 。為 了 保 證 功 放 板 的 音 質(zhì) ， 電 源 變 壓 器 的 輸 出 功 率 不 得 低 于80W， 輸 出 電 壓 為 2*25V， 濾 波 電 容 采 用 2個(gè) 2200UF/25V電 解 電 容 并 聯(lián) ， 正 負(fù) 電 源 共 用 4個(gè) 2200UF/25V的 電 容 ， 兩 個(gè) 104的 獨(dú) 石電 容 是 高 頻 濾 波 電 容 ， 有 利

16、于 放 大 器 的 音 質(zhì) 。 硬件實(shí)物圖 致謝 本 設(shè) 計(jì) 是 在 馬 老 師 的 精 心 指 導(dǎo) 和 鼓 勵(lì) 下 完 成 的 。馬 老 師 深 厚 扎 實(shí) 的 學(xué) 識(shí) ， 嚴(yán) 謹(jǐn) 的 學(xué) 風(fēng) 和 真 誠(chéng) 謙 遜 的 品質(zhì) ， 使 我 在 這 次 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 中 收 益 匪 淺 。 馬 老 師 在 設(shè) 計(jì)方 面 對(duì) 我 的 指 導(dǎo) 和 幫 助 令 我 終 身 難 忘 。 在 此 ， 謹(jǐn) 向 馬老 師 表 示 衷 心 的 感 謝 ！ 感 謝 所 有 支 持 和 幫 助 過(guò) 我 的 同 學(xué) 和 老 師 ！ 此 外 ， 我 還 要 感 謝 在 我 的 論 文 中 所 有 被 援 引 過(guò) 的文 獻(xiàn) 的 作 者 們 ， 他 們 是 我 的 知 識(shí) 之 源 ！ 最 后 ， 再 次 向 所 有 給 予 我 幫 助 和 鼓 勵(lì) 的 同 學(xué) 和 老師 致 以 最 誠(chéng) 摯 的 謝 意 ！ 謝謝觀賞WPS OfficeMake Presentation much more fun WPS官方微博kingsoftwps