音频功率放大电路的研究.docx
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音频功率放大电路的研究
音频功率放大电路的研究
姓名：
班级：
电子082
学号：
2008131044
指导教师：
2010年6月22日
目录
摘要.......................................4
Abstract...................................5
第一章绪论...............................6
1.1音频功率放大器的研究背景与发展现状.........6
1.2音频功率放大器的简要介绍.................6
1.3本章小结.............................7
第二章基础知识...........................8
2.1常见名词.............................8
2.1.1灵敏度.........................8
2.1.2阻尼系数........................8
2.1.3反馈...........................8
2.1.4动态范围........................8
2.1.5响应...........................8
2.1.6信噪比（S/N）.....................8
2.1.7屏蔽...........................8
2.1.8阻抗匹配........................8
2.2本章小节..............................9
第三章音频功率放大器的设计..............10
3.1设计要求.............................10
3.2方案比较论证.........................10
第四章电路原理...........................11
4.1LA4102的介绍..........................11
4.2LA4102的等价回路.......................12
4.3LA4102的主要技术指标参数...............12
4.4LA4102应用电路电路组成..................13
4.5外围元件的作用.........................13
4.6放大倍数的计算........................13
第五章电路设计流程步骤...................14
5.1绘制原理图.............................14
5.2绘制PCB图............................14
5.3打印裁板............................14
5.4绘线焊接............................14
第六章电路测试及结果分析..................15
6.1测试工具.............................15
6.2测试数据.............................15
6.3结果分析.............................15
第七章结论................................16
致谢.....................................17
参考文献...................................18
摘要
音频功率放大器是功率集成电路中的一个重要组成部分，并且广泛应用于消费类电子产品中。
我国是全球最大的消费类电子商品市场和生产基地，音频功放的需求日益增加，因此研究音频功率放大器具有非常重要的意义。
本研究采用集成功率放大，运用日本三洋电气公司集成芯片LA4102实现的具有一定放大倍数的音频信号。
可以运用于收录机、对讲机等小功率电路中，最后实现放大200倍的功能。
关键词：
集成器件LA4102；音频功率放大；分离元件
Abstract
AudiopoweramplifierisanimportantpartofPIC（PowerIntegratedcircuits）whichiswidelyusedinconsumerelectronicproducts，andChinaiSthemostimportantmarketofconsumerproductsandthebiggestworldmanufacturecenteroftheconsumerproducts．Welaunchareachonaudiopoweramplifier．Thisstudyadoptsintegrationpoweramplifier,useJapanesesanyoelectriccompanyintegratedchipsLA4102realizationofcertainmagnificationoftheaudiosignal.Canbeusedinsuchsmalltaperecorder,interphone,finallyrealizepoweramplifiercircuitfunctionof200times.
Keywords：
LA4102integratedcomponents；Audiopoweramplifier；
Schismcomponents
第一章绪论
在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。
所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。
1.1音频功率放大器的研究背景与发展现状
随着现代电子技术的不断发展，集成电路被广泛应用于各类电子电路中[1]。
随着近十几年来半导体技术的进步，功率放大电路也得到了飞速的发展和应用[2]。
音频功率放大电路是原理上最为基本、应用上最为广泛的功率放大电路。
目前大部分音响系统中的功放都是模拟类型，传统的模拟功放按放大器的工作状态可分为：
A类、B类、AB类等形式。
A类、AB类功放是音响系统中最为常用的功放。
传统类音频放大器的一个共同缺点是效率很低，A类音频放大器的理论效率是25％，实际效率大约为15-20％；B类音频放大器的理论最大效率是78．5％；AB类音频放大器的理论效率75％，实际效率在50．70％之间。
无论A类，B类还是AB类音频功率放大器，当它们的输出功率小于额定输出功率时，效率就会明显降低，播放动态的语言、音乐时平均工作效率只有30％左右。
音频功率放大器的效率低就意味着工作时有相当多的电能转化成热能，也就是说，这些类型的音频功率放大器要有足够大的散热器。
1.2音频功率放大器的简要介绍
音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。
功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率。
一般的功放电路可以由两种方式实现：
用分离元件组成或用集成器件实现。
分立元件是电子电路的基础，一般的功放电路都能用分立元件实现，但由于使用分立元件所用的单个器件比较多，从而考虑的各种反馈电路和保护电路会比较多，实现起来会相对复杂。
由于电子技术的日益更新，集成器件发展的比较快，在一定程度上已经可以代替分立元件。
所以我们这次选择了集成器件实现。
集成功率放大器不仅具有体积小、重量轻、成本低、外围元件少、安装调试简单、使用方便的优点；而且在性能上也优于分立元件。
1.3本章小结
本章主要阐述了音频功率放大分立元件和集成元件性能对比，说明了集成音频功率放大器的优势所在，同时对集成音频功放的国内外现状进行了研究，指出了本课题的研究意义。
本次研究设计采用集成功率放大，运用日本三洋电气公司集成芯片LA4102实现的具有一定放大倍数的音频信号。
可以运用于收录机、对讲机等小功率电路中，最后实现放大200倍的功能。
第二章放大器基础知识
2.1常见名词
2.1.1灵敏度
对放大器来说,灵敏度一般指达到额定输出功率或电压时输入端所加信号的电压大小，因此也称为输入灵敏度;对音箱来说,灵敏度是指给音箱施加1W的输入功率,在喇叭正前方1米远处能产生多少分贝的声压值.
2.1.2阻尼系数
负载阻抗与放大器输出阻抗之比。
使用负反的晶体管放大器输出阻抗极低,仅零点几欧姆甚至更小,所以阻尼系数可达数十到数百。
2.1.3反馈
也称为回授,一种将输出信号的一部分或全部回送到放大器的输入端以改变电路放大倍数的技术。
负反馈
导致放大倍数减小的反馈称为负反馈。
负反馈虽然使放大倍数蒙受损失,但能够有效地拓宽频响,减小失真,因此应用极为广泛。
正反馈
使放大倍数增大的反馈称为正反馈。
正反馈的作用与负反馈刚好相反,因此使用时应当小心谨慎。
2.1.4动态范围
信号最强的部分与最微弱部分之间的电平差.对器材来说,动态范围表示这件器材对强弱信号的兼顾处理能力。
2.1.5响应
频率响应
简称频响,衡量一件器材对高,中,低各频段信号均匀再现的能力.对器材频响的要求有两方面，一是范围尽量宽,即能够重播的频率下限尽量低,上限尽量高；二是频率范围内各点的响应尽量平坦，避免出现过大的波动。
瞬态响应
器材对音乐中突发信号的跟随能力。
瞬态响应好的器材应当是信号一来就立即响应,信号一停就嘎然而止,决不拖泥带水。
2.1.6信噪比（S/N）
又称为讯噪比，信号的有用成份与杂音的强弱对比，常常用分贝数表示。
设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。
2.1.7屏蔽
在电子装置或导线的外面覆盖易于传导电磁波的材料，以防止外来电磁杂波对有用信号产生干扰的技术。
2.1.8阻抗匹配
一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。
对电子设备互连来说,例如信号源连放大器,前级连后级,只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上,就可认为阻抗匹配良好;对于放大器连接音箱来说,电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱,而晶体管放大器则无此限制,可以接任何阻抗的音箱。
[3]
2.2本章小节
本章主要阐述放大器的常见名词，为今后进一步学习、研究打下基础。
第三章音频功率放大器的设计
3.1设计要求
基本要求：
（1）放大倍数
；
（2）频率范围300Hz～3400Hz.
3.2方案比较论证
方案一、用分立元件实现
分立元件是电子电路的基础元件，长久以来都是在它的基础之上分析和设计电路的。
但由于近年来科技的发展，集成器件的出现，使分立元件的使用越来越少。
不过在一些小型的电路中，分立元件还是有比较大的优势。
分立元件的散热快，元件便宜，在设计时也相对自由。
方案二、用集成器件实现
集成功率放大器是在集成运放基础上发展起来的，其内部电路与集成运放相似。
但是，由于其安全、高效、大功率和低失真的要求，使得它与集成运放又有很大的不同。
电路内部多施加深度负反馈。
集成功率放大器广泛应用于收录机、电视机、开关功率电路、伺服放大电路中，输出功率由几百毫瓦到几十瓦。
除单片集成功放电路外，还有集成功率驱动器，它与外配的大功率管及少量阻容元件构成大功率放大电路，有的集成电路本身包含两个功率放大器，称为双声道功放。
集成功率放大器由于不仅具有体积小、重量轻、成本低、外围元件少、安装调试简单、使用方便的优点；而且在性能上也优于分立元件，例如温度稳定性好，功耗小、失真小，特别是集成功率放大器内部还设置有过热、过电流、过电压等自动保护功能的电路对电路自行进行保护。
比较综合考虑，我们运用现成的LA4102集成芯片完成音频功率放大器的设计。
[4][5]
第四章电路原理
4.1LA4102的介绍
LA4102是一种应用很广的集成功放。
它常被用于收录机、对讲机等小功率电路中。
LA4102的实物图为图1所示。
图1LA4102的实物图
LA4102的引脚排列、功用和内部框图
LA4102引脚分布如图1所示。
它是带散热片的14脚双列直插式塑料封装，其引脚是从散热片顶部起按逆时针方向依次编号的。
[6]
各引脚功用如下：
1输出端；2接地；4，5消振；6反相输入端；9同相输入端；10，12退耦滤波；8公共射极电位；13接自举电容；14正电源；3，7，11空脚。
LA4102内部框图，主要包括以下部分：
输入级为差动放大电路；激励级为高增益共射放大电路；输出级为复合管构成的准互补对称电路；偏置电路给各级提供稳定的偏置电流。
图中R=20kΩ电阻是集成电路内部设置的反馈电阻，在实际应用中，通过改变接在6管脚的外接电阻大小，就可改变放大器电压放大倍数。
4.2LA4102的等价回路
即分立元件电路见图2所示:
图2
4.3LA4102的主要技术指标参数
LA4102主要技术指标参数见图3
[7]
4.4LA4102应用电路电路组成
LA4102组成的OTL功率放大器如图4所示：
4.5外围元件的作用
C1为输入耦合电容；C2、C4为滤波电容，用于消除偏置中的纹波电压；C5和C6起相位补偿作用，以消除高频寄生振荡；C7用于防止高频自激振荡；C8为自举电容，以提高最大不失真输出功率；C9起电源退耦滤波作用；C10为OTL电路输出电容。
C3、Rf与内部的20kΩ的电阻R组成交流电压串联负反馈电路。
4.6放大倍数的计算
若C3取33μF，RF取100Ω，则Auf=201≈200
第五章电路设计流程步骤
5.1绘制原理图
熟悉电路特点后，运用protel99se绘制出图2的原理图。
5.2绘制PCB图
得出PCB见图4：
5.3打印裁板
5.4绘线焊接
第六章电路测试及结果分析
6.1测试工具
数字万用表、示波器，函数信号发生器，双路直流稳压电源
6.2测试数据
记录测试结果见下表：
[8]
计算算得放大倍数为：
6.3结果分析
经过对做出电路板的测试，得出电路板的输出的放大倍数为40，与其理论值存在差距。
原因可能有以下几点：
（1）电路板的原理设计不是很合理；
（2）电路板上各原件相互之间的影响，使输出值存在偏差；
（3）测量是时的存在的测量误差。
第七章结论
分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。
许多优质功放均是分立功放。
但只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成功放。
且为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电路。
在立元件组成功放中由三极管、二极管、电阻、电容等器件组成的核心电路，提供了自由调整的余地。
集成功放电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。
致谢
本论文是在指导教师齐怀琴老师的悉心指导下完成的。
从设计的选题，分析过程到论文的书写过程，老师都给予了悉心的关心和耐心的指导。
老师学识渊博，治学严谨，思维创新，给我们留下了深刻的印象，使我们受益匪浅，老师不仅指导我们学习本研究方向的专业知识，也教会了我们用科学的思维方式和方法发现问题，解决问题。
对我以后的学习和工作也起到了很好的指导作用。
在此，我们向老师致以最衷心的感谢，谢谢您！
同时这次设计得到了082班同学的帮助，提供了指导和协助，再次感谢！
参考文献
[1]．李兴．超大规模集成电路技术基础[M]．北京，电子工业出版社，1999．1．32
[2]．赵振纲．高效率音频功率放大器评述[J]．电子世界，2002，（12）
[3]．耿德普，音响设备原理与维修，高等教育出版社，北京，2006；
[4]．陈衍洪，电子整机原理音响设备，机械工业出版社，北京，2003；
[5]．王军伟，音响设备原理与维修技术，高等教育出版社，北京，1995；
[6]．《无线电》杂志社编，无线电制作精汇，人民邮电出版社，北京，2005；
[7]．杨帮文，实用电子小制作精选，人民邮电出版社，北京，2006；
[8]．高雨春，音响、电视功放集成电路实用维修手册，中国广播电视出版社，北京，1992.
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