基于數字邏輯電路的音頻信號放大設計與實現

張華忠，李世琛

（中國民用航空飛行學院航空電子電氣學院，廣漢 618307）

0 引言

隨著新技術革命的到來，音頻放大在電子技術中所處位置越來越重要。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑。由于傳感器輸出阻抗高，輸出的電信號十分微弱，有時甚至還有強烈的電磁及外界噪聲干擾，因此放大器電路作為子系統的應用成為新一代電子設備不可缺少的核心部件。

1 音頻放大系統

麥克風利用聲信號對膜片振動干擾，利用電磁感應原理將振動物理信號轉化成幅值變化的電壓信號，將聲能轉化成電能，形成電信號。電壓信號產生的信號功率不足以驅動揚聲器工作，而音頻放大系統的原理就是利用運放把音頻模擬信號進行放大，使其驅動一定阻抗的揚聲器。整個電路由信號放大電路和功率放大電路兩部分構成。

1.1 信號放大電路

本電路以OP07 集成運放為核心構建反相放大器，實現對微小信號的放大，如圖1所示。電阻作為負反饋電阻與控制放大器的放大倍數。集成運放的供電方式采用單電源供電，為保證輸出信號完整性，采用直流電源電壓二分之一的偏置方法提供偏置電壓。電路中消除輸入端直流分量部分以及隔離反饋直流電壓，消除偏置電壓源交流分量，消除電源波動的影響。人耳聽到的聲音頻率為20～20000 Hz，在兩極放大部分之間設置高通濾波器，實現對低于20 Hz 的信號過濾。根據頻率計算公式= 1/2π，選擇= 2 KΩ，= 4。

1.2 功率放大電路

該部分實現對放大信號的二次放大。TDA2030 功率放大模塊性能優良，被廣泛應用于汽車立體聲收錄音機、中功率音箱等設備。以TDA2030 集成運放為核心構建同向放大電路如圖1所示，實現對信號的功率提升至可以驅動揚聲器。電阻作為負反饋電阻與控制放大器的放大倍數，、為輸入端供給偏置電壓，作為負載緩沖電阻減少波動電流對運放的沖擊。電路中消除放大器輸入端直流分量以及隔離偏置直流電壓，消除電壓源電源波動對偏置電壓的影響，是負反饋隔離電容，將反饋電路對直流分量造成的衰減等于0，減小失調電壓對輸出的影響。PCB圖如圖2所示。

圖1 整體仿真圖

圖2 PCB圖

2 測試方案與結果

方案首先對信號放大電路的失真率和實際放大倍數進行分析，確定信號放大倍數為2 倍。確定信號放大倍數后對功率放大電路放大倍數進行確定，分析不同放大倍數下的失真率和實際放大倍數，結合系統總放大倍數與輸出功率（負載采取電阻進行模擬）確定功率放大電路放大倍數為9倍。

表1 信號放大部分測試數據

表2 功率放大部分測試數據

表3 整體電路測試數據

3 結語

設計的音頻放大電路能夠對微小信號進行放大，并達到穩定不失真效果，濾波電路能對人聲部分合理濾波，功率放大電路輸出信號可驅動8 Ω 0.25 W 和8 Ω 0.5W 揚聲器，后續欲驅動更大功率揚聲器可通過多級放大或運放雙電源供電方式實現。