8Ω8W擴音機電路的設計

華南師范大學信息光電子科技學院 陳 元

8Ω8W擴音機電路的設計

華南師范大學信息光電子科技學院 陳 元

本文主要是介紹模擬電子電路中一種典型的放大電路——8Ω8W擴音機電路的設計，希望與大家一起探討，本文給出設計思路、設計方法和設計參數(shù)來給有興趣設計類似電路的同學提供幫助，體會設計的基本步驟，同時也給出一些調(diào)試方法和空間以期待后續(xù)可以得到更好的優(yōu)化結(jié)果。

模擬電子電路；電子設計；放大電路；擴音機；Multisim

一、設計要求

2、揚聲器8Ω

3、fL=20Hz；fH=20KHz

二、設計原理

擴音機電路的工作原理與音頻功率放大器的工作原理相似，具有放大音頻并將其還原純真聲音信號的電子裝置。擴音機電路是一個典型的多級放大器，一般分為前置放大電路，音調(diào)控制電路和功率放大電路三部分組成。

前置級主要完成對小信號的放大。一般要求輸入阻抗要高，輸出阻抗低，頻帶寬度要寬，噪聲要小。音調(diào)控制級主要實現(xiàn)對輸入信號高、低音的提升和衰減。功率放大器決定了整機的輸出功率、非線性失真系數(shù)等指標，要求效率高、失真盡可能小、輸出功率大。首先根據(jù)技術(shù)指標要求，對整機電路作適當安排，確定各級的增益分配，然后對各級電路進行具體的設計。

利用Multisim12.0可以搭建原理圖，并進行仿真，方便調(diào)試。

三、詳細設計及實驗步驟

1、前置放大級

由于信號源提供的信號非常微弱，因此在音調(diào)控制器前面要加一級前置放大級。由于場效應管的噪聲系數(shù)一般比晶體管小，而且他幾乎與靜態(tài)工作點無關(guān)，在要求高輸入阻抗的的前置放大器的情況下，采用低噪聲場效應管組成放大器是合理的選擇。此外，前置放大器是要有足夠?qū)挼念l帶，以保證音頻信號進行不失真的放大。該前置放大級的下限頻率要小于音調(diào)控制器的低音轉(zhuǎn)折頻率，前置放大器的上限頻率要大于音調(diào)控制器的高音轉(zhuǎn)折頻率。前置放大器采用集成運算放大器電路，具體電路結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 前置放大電路

考慮對噪聲、頻率響應的要求，運算放大器選用LF353雙運放，該運放是場效應管輸入型高速低噪聲集成器件，其輸入阻抗極高。

前置級由LF353組成兩級同向比例運算放大器完成。第一級的Av1=11,即1+R3/R2=11,取R2=10K,R3=100K。取Av2=10，同樣R5=10K,R6=R7=100K。電阻R1R4為放大器的偏置電阻，取R1=R4=100K。耦合電容C1、C3取10uF,C5取100pF，C2、C4取100pF，以保證擴音機的低頻響應。

2、音調(diào)調(diào)節(jié)控制器設計

音調(diào)調(diào)節(jié)控制器的功能是根據(jù)需要來控制、調(diào)節(jié)音響放大器的頻率響應，以適應不同風格的音樂的需求。一般音調(diào)控制器只對低音和高音信號的增益進行提升或衰減，而中音信號的增益不變。音頻控制器的電路結(jié)構(gòu)有多種形式，一般而言，負反饋式的噪音和失真較小，且在調(diào)節(jié)音調(diào)時，其轉(zhuǎn)折頻率不變，而特性曲線的斜率卻隨之改變。下面分析負反饋型音調(diào)控制電路的工作原理，常用典型電路結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 音調(diào)控制器電路

對于低音信號，C10 的容抗很大，相當于斷路，此時高音調(diào)節(jié)電位器R13在任何位置對低音都不會影響。當?shù)鸵粽{(diào)節(jié)電位器R9滑動到最左端時，C8被短路，由于電容C9對于低音信號的容抗大，所以相對的提高了低音信號的放大倍數(shù)，起到了對低音的提升作用，同樣當R9滑到最右端時，電容C9被短路，由于電容C8對輸入音頻信號的低音信號具有較小的電壓放大倍數(shù)，所以該電路可實現(xiàn)低音衰減。從定性的角度來說，就是在中、高音域，增益僅取決于R8和R11的比值，類似的，對于高音信號來說，電容C8、C9近似短路，此時高音信號通過由R8、R11、R10組成的等效“T”型網(wǎng)絡和C10、R12組成的RC串聯(lián)網(wǎng)絡通過運放進行篩選。

上圖簡單給出仿真及實物制作時選用的參數(shù)，僅供參考，實際結(jié)果可能因電路的輸入輸出電阻和前后電路網(wǎng)絡等的影響而有所偏差，可自行適當調(diào)整（通過仿真調(diào)試可知減小低頻電容C8、C9和減小低頻電阻R8、R10、R11可增大低頻的變化范圍,增大高頻電容C10和減小高頻電阻R12可增大高頻調(diào)節(jié)范圍）。

電路中，C7與C11為耦合電容，各取10uF，兩個電位器都為500K，C8、C9都為22nF，R8=R10=R11=18KΩ，C10與R12分別為1nF和8KΩ。

下表是通過Multisim12.0仿真時得到的在100HZ和10KHZ處的頻率變化范圍，由表可知其基本滿足設計需求。

最大衰減 無衰減無增益 最大增益100HZ -12.112db -0.016db 12.103db 10KHZ -11.452db -0.007db 11.509db

3、Rp2fL2功率輸出級設計

功率放大級電路有很多種形式，選分立元件組成的功率放大器或單片集成功率放大器均可（如TDA2030），這里選用晶體管特性對稱的由分立元件雙電源OCL功率放大器。功率放大的主要作用是向負載提供功率。要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換功率盡可能高，非線性失真盡可能小。電路圖如圖3所示：

圖3 功率放大電路圖

為使功率放大器達到輸出功率8W的要求，同時保證電路安全可靠的工作，電路的最大輸出功率應比實際設計指標大些，電源電壓不會影響輸出功率的大小，但會限制輸出的最大不失真電壓，一般情況下電壓越大越好，但要考慮元件的耐壓值尤其是運放IC的最大耐壓值（一般為36V）考慮到輸出功率管Q2、Q4的飽和壓降和發(fā)射極電阻R8、R9的壓降，電源電壓常取 Vcc=±16V。

通過Multisim12.0的仿真可得在雙16V電源供電的情況下最大不失真輸出功率約為8W。

電路中R15與R16、R17可調(diào)節(jié)輸出幅值，一般R15為定值電阻1KΩ，R16為15KΩ，R17為100K的電位器，D1、D2為兩個1N4148二極管防止交越失真，R18為1KΩ電位器，可調(diào)節(jié)后續(xù)三極管的靜態(tài)工作點，Q1和Q3組成互補對稱放大三極管，本電路選用2N3055功放管，是NPN型三極管，一般用于各種音頻放大電路。

四、設計結(jié)果及分析

整機調(diào)試：將三級電路連接起來，接上電源，利用信號發(fā)生器在電路話筒端輸入峰值40mv的正弦信號，利用示波器可以在揚聲器輸出端得到一放大不失真的正弦圖像，輸入端連接話筒，調(diào)節(jié)音量控制電位器R17能改變音量的大小。調(diào)節(jié)高、低音控制電位器能聽出高、低音調(diào)的變化。敲擊電路板無聲音間斷和自激現(xiàn)象。

[1]華成英,童詩白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)[M]．高等教育出版社,2006．

[2]朱光美．8W擴音機的設計[J]．赤峰學院學報(自然科學版),2011(2)：41-43．

[3]李良榮．現(xiàn)代電子設計技術(shù)-基于Multisim7amp;Utiboard2001[M]．北京：機械工業(yè)出版,2004：3-37．

[4]不詳．擴音機電路的設計．百度文庫．https：//wenku．baidu．com/view/533569d8551810a6f5248668．html,2012-09-28．

陳元（1997—），男 ，福建泉州人，大學本科，研究方向：信息工程。