西安电子科技大学长安学院

西安电子科技大学长安学院基于LM1875音频功率放大器的电路设计 摘 要随 着 社 会 的 发 展 ， 人 们 的 追 求 ， 现 代 人 对 听 觉 的 水 平 要 求 越 来 越 高 ，所 以 对 音 响 的 音 质 真 实 性 要 求 越 来 越 多 ， 并 能 对 音 频 信 号 进 行 适 当 的加 工 装 饰 ， 使 声 音 音 质 真 实 优 美 动 听 。 因 此 ， 我 们 这 次 的 研 究 主 要 对象 是 基 于 LM1875的 音 频 功 率 放 大 器 , 然 而 功 率 放 大 器 是 在 音 响 系 统 中是 把 微 弱 的 音 频 信 号 放 大 到 足 以 驱 动 喇 叭 单 元 工 作 ， 重 放 出 人 耳 能 听到 的 声 音 设 备 。 本 设 计 主 要 介 绍 采 用 LM1875芯 片 设 计 的 功 率 放 大 器 ，它 在 应 用 场 合 能 提 供 非 常 低 的 失 真 度 和 高 质 量 的 音 色 ， 还 具 有 了 高 增益 、 快 转 换 速 率 、 宽 功 率 带 宽 、 大 输 出 电 压 摆 幅 、 大 电 流 能 力 和 非 常宽 的 电 源 范 围 等 特 性 。 系 统 采 用 大 回 环 电 压 负 反 馈 控 制 输 出 ， 配 以 普通 双 路 桥 式 整 流 滤 波 电 路 ， 放 大 器 采 用 内 部 补 偿 ， 增 益 控 制 在 26dB左 右 。 它 可 用 于 家 用 功 放 ， 高 品 质 音 频 系 统 ， 立 体 声 唱 机 等 。 基于LM1875音频功率放大器 系统框图 前 置 放 大 级 音 调 控 制 级 功 率 放 大 级 自 制 稳 压 电 源 负 载 前置放大器电路 电路形式的选择 由 于 信 号 远 输 入 的 信 号 幅 度 较 小 。 不 足 以 推 动 以 后 的 功 放 电 路 。 因 此 要用 电 压 放 大 电 路 对 信 号 输 入 的 音 频 信 号 电 压 进 行 放 大 ， 对 于 信 号 源 ， 其 负 载 约为 47K ， 所 以 选 用 电 压 串 联 负 反 馈 方 式 的 同 相 比 例 放 大 器 ， 它 可 以 使 输 入 电 阻增 大 ， 输 出 电 阻 减 小 ， 且 输 入 输 出 电 压 同 相 。 又 因 为 前 置 放 大 级 的 增 益 为 44dB，即 158倍 ， 取 160倍 ， 前 置 放 大 级 电 路 采 用 二 级 ， 第 一 级 与 第 二 级 采 用 电 容 耦 合方 式 ， 总 的 电 压 放 大 倍 数 为 Auf=160， 设 计 中 选 用 Auf1=1， Auf2=160。 其 中 第 一级 实 际 上 是 一 个 电 压 跟 随 器 ， 它 提 高 了 带 负 载 的 能 力 。 电 路 中 电 容 C11是 用 作 噪 声 去 耦 合 的 ， 可 以 用 小 体 积 大 容 量 的 钽 电 容或 普 通 电 解 电 容 ， 一 般 选 为 10 F， R11可 选 用 较 大 的 电 阻 ， 取 1M ， 电 阻 R12取10K， LF353（ 2） 构 成 的 是 放 大 倍 数 为 160的 电 压 放 大 电 路 ， 同 相 交 流 放 大 电 路的 平 衡 电 阻 可 尽 量 选 得 大 一 些 ， 一 般 为 10K以 上 ， 这 样 有 利 于 提 高 放 大 电 路 的 输入 电 阻 ， 由 于 输 入 电 阻 为 47K， 故 选 RP2的 阻 值 为 47K， R21取 1K， 耦 合 电 容 C12为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 电 源 旁 路 滤 波 ， 一 般 C21， C23用 电解 电 容 ， 其 值 为 220 F， C22， C24用 普 通 的 电 容 ， 一 般 取 值 为 22 F。 LF353的电 源 为 15V的 直 流 稳 压 电 源 。 音调控制级 作 用 介 绍 ： 音 调 控 制 器 主要 是 控 制 ， 调 节 音 响 放 大 器的 幅 频 特 性 ， 他 只 对 低 频 与高 频 的 增 益 进 行 提 升 与 衰 减 ，中 音 频 的 增 益 保 持 0dB 不 变 。因 此 ， 音 调 控 制 器 的 电 路 可以 由 低 通 滤 波 器 和 高 通 滤 波器 构 成 。 由 运 算 放 大 器 构 成的 音 调 控 制 器 ， 电 路 调 节 简单 ， 元 器 件 少 ， 因 此 ， 我 们选 用 这 种 电 路 形 式 。 电路图： 功率放大级 1.电路形式的选择 芯片选用LM1875，而一个LM1875的输出功率最大只能达到20W，已能满足本课题的设计要求,故本设计采用单片LM1875。如果要把输出功率提高到50W，可选择BTL电路，按照如下方法进行设计: BTL电路它是在OTL电路和OCL电路的基础上发展起来的新型功率放大电路，其工作原理如下： BTL电路的工作原理 BTL电 路 属 于 双 端 推 挽 放 大 电 路 ， 它 由 四 管 组 成 电 桥 电 路 ， 图 中对 角 管 同 时 导 通 ， 互 为 推 挽 。 负 载 上 输 出 正 负 半 周 波 形 。 BTL电 路 可 以 采 用 单 电 源 供 电 ， 且 不 需 要 输 出 电 容 ， 这 不 仅 克 服了 输 出 电 容 的 影 响 ， 也 免 除 了 两 组 电 压 对 称 性 的 苛 刻 要 求 。 BTL的 两 组对 角 管 轮 流 导 通 ， 互 为 推 挽 ， 在 每 个 信 号 半 周 内 能 利 用 全 部 电 源 电 压（ 除 去 饱 和 压 降 ） ， 同 单 端 电 路 相 比 ， 在 相 同 电 源 电 压 和 相 同 负 载 时 ，前 者 的 输 出 功 率 为 后 者 的 4倍 ； 换 言 之 ， 如 果 负 载 和 输 出 功 率 相 同 ，BTL电 路 对 所 用 的 晶 体 管 的 耐 压 要 求 可 比 单 端 电 路 降 低 一 半 ， 因 此 ，它 有 易 于 输 出 大 功 率 而 不 损 坏 输 出 管 的 优 点 。 目 前 常 见 的 BTL电 路 大 多 是 由 两 个 独 立 的 单 端 推 挽 电 路 拼 合 而 成（ 多 见 于 集 成 电 路 ） ， 其 信 号 分 相 是 先 将 信 号 送 入 第 一 个 单 端 电 路 ，放 大 后 经 电 阻 分 压 再 送 到 第 二 个 单 端 电 路 ， 这 样 不 仅 会 把 单 端 电 路 的缺 陷 带 入 放 大 器 ， 而 且 还 会 将 第 一 个 单 端 电 路 的 畸 变 信 号 经 过 第 二 个 单 端 电 路 放 大 而 进 一 步 加 重 ， 因 此 其 特 性 必 然 不 好 。 解决方案 由 BTL的 工 作 原 理 及特 点 可 知 ， 要 满 足 输 出功 率 为 50W的 要 求 ， 可用 两 个 LM1875组 成 BTL电 路 ， 要 想 获 得 好 的 输出 特 性 ， 关 键 是 要 获 得BTL电 路 所 需 的 两 个 大小 相 等 ， 相 位 相 反 的 音频 信 号 。 通 过 查 询 资 料（ 3） ， 可 知 ， 可 以 用一 个 倒 相 电 路 来 提 供 此信 号 。 如 右 图 所 示 ： 倒 相 电 路 BTL功率放大电路 1.图 中 VT组 成 的 单 管 放 大 电 路 没 有 电压 放 大 作 用 ， 它 采 用 分 压 式 偏 置 供 给 VT关 静 态 工 作 电 流 ， 从 集 电 极 和 发 射 极 输出 的 音 频 信 号 大 小 分 别 为 IcRc和 IeRe，由 于 Ic Ie， Rc=Re， 所 以 两 路 的 信 号 大小 相 等 而 极 性 相 反 ， 可 将 它 们 分 别 通 过电 容 耦 合 到 BTL 电 路 的 两 个 同 乡 相 输 入端 。 则 功 率 放 大 电 路 如 右 图 2.元 件 参 数 的 计 算 与 选 取 （ 1） 反 馈 网 络 电 阻 值 的 选 取 LM1875的 增 益 为 26dB， 即 有 ：Av=1+R403/R401 R403/R401=20所 以 有 R403 20R401： ， 通 常 取R401=1K左 右 ， 则 R403=20K。 （ 2） 隔 直 电 容 C402， C403应 满 足 在 下 限频 率 上 （ fl=20HZ） 的 容 抗 远 小 于 R1， 取C402=C403=10 。 电 源 旁 路 电 容 ： C406=C408=C410=C412=220uF， C407=C409=C411=C413=22uF. LM1875的工作原理LM1875功 放 板 由 一 个 高 低 音 分 别 控 制 的 衰 减 式 音 调 控 制 电路 和 LM1875放 大 电 路 以 及 电 源 供 电 电 路 三 大 部 分 组 成 ， 音 调 部分 采 用 的 是 高 低 音 分 别 控 制 的 衰 减 式 音 调 电 路 ， 其 中 的 R02，R03， C02， C01， W02组 成 低 音 控 制 电 路 ； C03， C04， W03组 成高 音 控 制 电 路 ； R04为 隔 离 电 阻 ， W01为 音 量 控 制 器 ， 调 节 放 大器 的 音 量 大 小 ， C05为 隔 直 电 容 ， 防 止 后 级 的 LM1875直 流 电 位对 前 级 音 调 电 路 的 影 响 。 放 大 电 路 主 要 采 用 LM1875， 由 1875，R08， R09， C06等 组 成 ， 电 路 的 放 大 倍 数 由 R08与 R09的 比 值 决定 ， C06用 于 稳 定 LM1875的 第 4脚 直 流 零 电 位 的 漂 移 ， 但 是 对 音质 有 一 定 的 影 响 ， C07， R10的 作 用 是 防 止 放 大 器 产 生 低 频 自 激 。本 放 大 器 的 负 载 阻 抗 为 4 16 。为 了 保 证 功 放 板 的 音 质 ， 电 源 变 压 器 的 输 出 功 率 不 得 低 于80W， 输 出 电 压 为 2*25V， 滤 波 电 容 采 用 2个 2200UF/25V电 解 电 容 并 联 ， 正 负 电 源 共 用 4个 2200UF/25V的 电 容 ， 两 个 104的 独 石电 容 是 高 频 滤 波 电 容 ， 有 利 于 放 大 器 的 音 质 。 硬件实物图 致谢 本 设 计 是 在 马 老 师 的 精 心 指 导 和 鼓 励 下 完 成 的 。马 老 师 深 厚 扎 实 的 学 识 ， 严 谨 的 学 风 和 真 诚 谦 逊 的 品质 ， 使 我 在 这 次 设 计 过 程 中 收 益 匪 浅 。 马 老 师 在 设 计方 面 对 我 的 指 导 和 帮 助 令 我 终 身 难 忘 。 在 此 ， 谨 向 马老 师 表 示 衷 心 的 感 谢 ！ 感 谢 所 有 支 持 和 帮 助 过 我 的 同 学 和 老 师 ！ 此 外 ， 我 还 要 感 谢 在 我 的 论 文 中 所 有 被 援 引 过 的文 献 的 作 者 们 ， 他 们 是 我 的 知 识 之 源 ！ 最 后 ， 再 次 向 所 有 给 予 我 帮 助 和 鼓 励 的 同 学 和 老师 致 以 最 诚 挚 的 谢 意 ！ 谢谢观赏WPS OfficeMake Presentation much more fun WPS官方微博kingsoftwps