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音频功率放大器电路

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音频功率放大器电路设计与制作

【电路组成及功能说明】
在功率放大器中，THD+N、放大作用和反馈作用都是我们最险考虑到的重要指标。THD+N表示失真+噪声，因此THD+N自然越小越好，但这个指标是在一定条件下测试的，一个音频功率放大器，若改变其条件，其THD+N的值会有很大的变动。一般电路中的放大作用只是利用了运算放大器的运算放大作用，因此最后的性能效果不会很好，对于噪声也没有一定的滤出作用，而该设计电路利用了运算放大器的反相输出来稳定输出，同时在正反馈中来进行放大，并且利用了二极管D1、D2来单向导电，然后在输出端口利用一个电阻和电容的并联关系来选择输出能很好的解决这些问题。
在总体电路设计中，该设计使用的是桥式振荡电路的原理电路，这个电路由两部分构成，即放大电路和选频网络电路。其中放大电路是有输入阻抗高和输出阻抗低的特点。而选频网络同时兼作正反馈网络。

【指标参数的确定】
选频网络电路的反馈网络中反馈系数为：

就实际的频率而言，可用替换，则得

故当，则上式变为

幅频响应的幅值为最大，即

即当输出电压的幅值最大（当输入电压的幅值一定，而频率可调），并且输出电压是输入电压的，同时输出电压与输入电压同相时。在输出端中放置一个电位器（滑动变阻器），以此来选择信号的输入大小，这样就可以避免在电路中因为信号的过强而导致的饱和失真。因此在这里放置的一个滑动变阻器需要一个较大的阻值，以达到分压的目的，所以我们这里选择一个最大值为10K的滑动变阻器。
在集成块中正负输入端的两个电阻R1、R2，则是作为一个分压作用，以此对集成块进行电压信号的输入，和反馈中的反馈网络的一部分，在正负工作电压旁接一个电容来抵消工作电流对于电路中的而影响，体现了电容“隔直流，通交流”的特点。这是由于它的阻抗是随电压频率变化所致，如其阻抗变化为：

可以看出，其阻抗与频率成反比。
在R3构成的负反馈网络中，由于R3R2，故在这里是基本上的原样输出，没有进行缩小，因为在输入端口的那里，就已经进行了分压调试。
音频功率的放大倍数为：

通常这种音频功率放大中，放大倍数为300-1000倍左右，为了保证音频的带宽，我就选择较小的300倍，同时结合市面上常见电阻的阻值，故定，。
在运算放大器的使用中，我利用了运放“虚短、虚断”这两大特点设计正反馈的功率放大和负反馈的保持输出。它作为一个选频网络时，它的振荡频率为：

而频率要求是20Hz-20kHz，故设计中选择了振荡频率为1kHz左右，另外配合1uf的电容，相应地使用了的电阻。这样在中频1kHz的时候可以达到振荡，成为峰值，以得到较好的频率特性曲线。

【电路原理图】
通过上述的功能机原理分析及具体参数的确定，利用Protel 99 SE软件绘制的音频功率放大器的电路原理图为：

制得的PCB板为：

【设计的优点】
该设计中，处于系统运行稳定的考虑，我在输出端并联上一个电阻电容的串联分路，其中电阻是为了保证输出阻抗比较小，因而取值为，然后电容是为了隔离直流噪声信号，所以不需要太大的容抗，选择了，还可以防止在输出端的自激振荡，以造成意外结果。这样的设计提高了系统工作的稳定性，是该设计的一个亮点。

【不足之处】
该设计中所使用的D类功率放大器在设计上必须要注意的包括过电流保护及过热保护，这是保护电路为功率IC或功率放大器时所必备的，否则将造成安全问题，甚至伤及其所连接之电源器件或整个系统，而该设计中对此问题的考虑不足。这种保护的电路也正是该设计电路所缺少的，这将是我在今后的学习和实践中加强和提高的。

【心得体会】
此次设计过程中，一方面，通过原理图的设计与绘制，巩固了这学期所学的电子电路设计和Protel 99 SE的相关知识，在PCB电路板的制作中也顺利地解决了出现的一些困难，在此次设计完成后，我已对利用Protel 99 SE软件绘制电路原理图和制PCB板的方法、步骤等流程都有了较为全面的掌握。另外，通过电路中各参数的具体分析比较和计算，以及电路的原理、工作方式的深入细化学习，回顾了模拟电路的有关运放的相关知识，当时一些不懂的概念也在这次设计中得到了补充，对模拟电路的相关知识的学习起到了巩固和温习的作用。

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