长江大学：《模拟电子技术实验》课程教学课件（PPT讲稿）6.音响放大器设计实验

6元音响放大器设计实验设计实验课题用运放与功率管设计含音调控制电路的音响放大器实验目的掌握音响放大器的基本组成和工作原理及电路设计流程、电路调试与参数测试方法：掌握功率放大器的主要指标、1.21.3了解音调控制电路的计算与测试方法；1.4熟悉Proteus软件在电路设计的使用2、主要性能指标要求及可供元器件目录2.1输出功率：Po≥1.0W(r20kQ2.2频率响应：fL=30hz、fH=20kHz*2.3音调控制特性：在1kHz时，Au=0dB在30hz与20khz时，AuL=AuH~±20dB2025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 1 1.1 掌握音响放大器的基本组成和工作原理及电路设计流程； 1.2 掌握功率放大器的主要指标、电路调试与参数测试方法； 1.3 了解音调控制电路的计算与测试方法； 1.4 熟悉Proteus软件在电路设计的使用。 2.1 输出功率：Po ≥1.0W(r＜3%)、 负载阻抗RL=10Ω（8Ω扬声器）、输入阻抗 Ri>20kΩ。 2.2 频率响应：fL=30hz、fH=20kHz 。 *2.3 音调控制特性：在1kHz时，Au=0dB、 在30hz与20khz时，AuL=AuH ≈±20dB 。 6、音响放大器设计实验 用运放与功率管设计含音调控制电路的音响放大器 1、实验目的 2 、主要性能指标要求及可供元器件目录 设计实验课题

音响放大器主要元器件2.4图-1音响电路设计实验流程图运放：UA741或LM324三极管：9012、9013、确定设计指标TIP41、TIP42（功放管）W拟定电路方案电阻电容：略否X否测试器件：修改电路修改电路设定器件参数话筒1只扬声器8Q1只进行电路仿真可选集成功放否通过仿真TDA2003或LM3803、音响放大器设计实验流程电路安装调试与音响电路设计方案选择否通过测试3.1音响放大器设计实验流程如右图-1。设计实验结束22025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 2 2.4 音响放大器主要元器件 运放：UA741或LM324、 三极管： 9012、9013 、 TIP41、TIP42（功放管） 电阻电容：略 测试器件： 话筒1只 扬声器8Ω 1只、 可选集成功放： TDA2003或LM380 3、音响放大器设计实验流程 与音响电路设计方案选择 确定设计指标 拟定电路方案 设定器件参数 进行电路仿真 电路安装调试 设计实验结束 通过测试 通过仿真 修改电路 修改电路 否 否 否 否 图-1 音响电路设计实验流程图 3.1 音响放大器设计实验 流程如右图-1

3.2音响放大器电路设计方案选择根据整机电路可分为话放级、混放级、音调级与功放级各种音响电路的不同构成，电路中各级电压增益的分配不同：1）对采用集成功放的电路，各级电压增益分配如下：话放前置放大音调级功放级Au3=1倍Au2=10倍Au4=30倍Au1=2倍3V5mv10mv100mv100mvOdB29.5dB6dB20dBAu=600(56dB)2）对采用运放驱动功率管的电路，则应减少功放级的增益提高话放或前置放大级的增益，各级电压增益分配如下：话放前置放大音调级功放级Au2=10倍Au3=1倍Au4=12倍Au1=5倍5mv3V25mv250mv250mOdB14dB20dB22dBAu=600(56dB)在采用复合功率管的电路中，电流放大管的电压增益Au<1驱动运放的电压增益过大，则其频率特性会下降。32025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 3 3.2 音响放大器电路设计方案选择 整机电路可分为话放级、混放级、音调级与功放级。根据 各种音响电路的不同构成，电路中各级电压增益的分配不同： 1）对采用集成功放的电路，各级电压增益分配如下： 话放 Au1=2倍 6dB 5mv 10mv 前置放大 Au2=10倍 20dB 100mv 音调级 Au3=1倍 0dB 100mv 功放级 Au4=30倍 29.5dB 3V Au∑=600(56dB) 2）对采用运放驱动功率管的电路，则应减少功放级的增益， 提高话放或前置放大级的增益，各级电压增益分配如下： 话放 Au1=5倍 14dB 5mv 25mv 前置放大 Au2=10倍 20dB 250mv 音调级 Au3=1倍 0dB 250mv 功放级 Au4=12倍 22dB 3V Au∑=600(56dB) 在采用复合功率管的电路中，电流放大管的电压增益Au<1， 驱动运放的电压增益过大，则其频率特性会下降

★音响的单元电路构成工作原理调试与测试方法话放与混放电路4话放电路话筒40MP342混放电路AMP=5mR2AMP=50mFREO=1kFREO-1k话简信号特点：100kC4wAuaryAUT+小RV1VALUE-9V①信号小5mV左右0VALUE=910kR6RV3U110k②输出阻抗高U20R4104.1话简信号放大电路RV2C3VALUE--9R5R3国小R10采用同相放大电路，其nVALUE=-9VtoVu2(v-)输入阻抗应远大于话筒GNDR7的输出阻抗。51k图-2话放与混放电路4.2混放电路则采用反相比例加法电路运放电路的静态检查：两输入端经电阻或电容接地，测量4.3两个输入端与输出端静态电压应为零。（双电源电路）4.4采用同相输入的放大电路，在实际应用中的自激噪声较大。可在运放的输出端与反相输入端之间接约0.01uF的电容来消除自激。2025/11/15长江大学龙从玉4

2025/11/15 长江大学 龙从玉 4 ★音响的单元电路构成、工作原理、调试与测试方法 4 、话放与混放电路 GND 话筒 AMP=5m FREQ=1k 100% RV3 10k 话放电路 混放电路 R1 20k R2 100k R6 10k R5 10k R7 51k 0% RV2 10k MP3 AMP=50m FREQ=1k R10 10k 3 2 6 7 4 1 5 U1 UA741 U1- VALUE=-9 3 2 6 7 4 1 5 U2 UA741 R3 10k R4 20k C1 10u C2 10u C3 10u C4 10u C5 10u 100% RV1 10k U1+ VALUE=9 U2(V+) VALUE=9V U2(V-) VALUE=-9V 话筒信号特点： ①信号小5mV左右、 ②输出阻抗高。 4.1 话筒信号放大电路 采用同相放大电路，其 输入阻抗应远大于话筒 的输出阻抗。 4.2 混放电路则采用反相比例加法电路。 4.3 运放电路的静态检查：两输入端经电阻或电容接地，测量 两个输入端与输出端静态电压应为零。（双电源电路） 4.4 采用同相输入的放大电路，在实际应用中的自激噪声较大。 可在运放的输出端与反相输入端之间接约0.01uF的电容来消除 自激。 图-2 话放与混放电路

5、音响的功放电路图-3OCL功放电路图5.1典型音响功放图5RPFRF10220kAOCL功放电路如右图-2R6R4Q3(C)VALUE-9V511）功放的作用5.1k给扬声器提供输出功率C2Q3AabR10u90132）功放要求：输出功率大TIP4R1Aate信号失真小、交效率高D1U1(V-)2kVVALUE--9R742目前常用集成功放100U1JORV1UAX3）实验要求：进行功放6U10LA741R8C2电路分析，掌握功放电路10100D2文10kVALUE=90.1u的构成、工作原理调试AazeR2U1(V+)扬声器10k----与测试方法R10KQ2Q2b9012Q4VNOM=3VTIP424）在图-3电路中，用TIP41ILOAD=8R5R95.1k替换TP42：把Q4基极改接5VALUE--9Q2的C极，参照Q3，把R8Q4(C)与R9电阻值对应互换！OCL功放电路电压增益AU=（RPF+RF+R1)/R15长江大学龙从玉2025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 5 5、音响的功放电路 5.1 典型音响功放图 OCL功放电路如右图-2 1）功放的作用： 给扬声器提供输出功率。 2）功放要求：输出功率大 、信号失真小、效率高。 目前常用集成功放。 3）实验要求：进行功放 电路分析，掌握功放电路 的构成、工作原理、调试 与测试方法。 图- 3 OCL功放电路图 UA C1 U1O 10u D1 D2 1N4001 Q3(C) VALUE=9V Q1 9013 Q2 9012 Q3 TIP41 RPF %32 20k uo Q4 TIP42 Q2e Q2b C2 0.1u R1 2k RF 10k R5 5.1k R9 51 R7 100 R8 100 R6 51 R4 5.1k R10 2 3 2 6 7 4 1 5 U1 UA741 OCL功放电路电压增益 Au=(RPF+RF+R1)/R1 Q1b Q1e R2 10k U1(V+) VALUE=9 U1(V-) VALUE=-9 Q4(C) VALUE=-9 扬声器 VNOM=3V LOAD=8 C2 10u 0% RV1 10k ui 4）在图-3电路中，用TIP41 替换TP42：把Q4基极改接 Q2的C极，参照Q3，把R8 与R9电阻值对应互换！

5.2OCL功放电路的工作原理在功放电路中，用单电源接法电容耦合输出的为OTL电路双电源接法无电容耦合输出的为OCL电路功放电路的状态为甲乙类工作状态，功放复合管的导电极性由第一个三极管（Q1或Q2）决定。静态时，Q1、Q2应工作在微导通状态。电路静态功耗小并能克服交越失真功放两对复合管的基极偏置电路由R4、R5、Rw1、D1、D2组成，静态电流lQ：lQ=(Vcc-2Vp)/(R4+R5+Rw1)。二极管D的材料应与三极管Q的相同。R7、R8用于减少复合管的穿透电流，提高电路稳定性，一般取100--200Q。R6、R9为平衡电阻，可使Q1、Q2的输出对称一般取50-100Q。（在两个功率管的发射极支路上均串联0.2-1Q的反馈电阻，能改善功放电路的性能）。R10与C4组成消振电路，有利于消除电感性扬声器易引起的高频自激，改善功放的高频特性62025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 6 在功放电路中，用单电源接法电容耦合输出的为OTL电路， 双电源接法无电容耦合输出的为OCL电路。 功放电路的状态为甲乙类工作状态，功放复合管的导电极性 由第一个三极管（Q1或Q2）决定。静态时，Q1、Q2应工作在 微导通状态。电路静态功耗小并能克服交越失真。 功放两对复合管的基极偏置电路由R4、R5、RW1、D1、D2 组成，静态电流IQ ：IQ=(VCC-2VD)/(R4+R5+RW1)。二极管D的材 料应与三极管Q的相同。 R7、R8用于减少复合管的穿透电流，提高电路稳定性，一般 取100-200 Ω 。R6、R9为平衡电阻，可使Q1、Q2的输出对称 ，一般取50-100 Ω 。（在两个功率管的发射极支路上均串联 0.2-1 Ω的反馈电阻，能改善功放电路的性能）。 R10与C4组成消振电路，有利于消除电感性扬声器易引起的 高频自激，改善功放的高频特性。 5.2 OCL功放电路的工作原理

5.3功放驱动电路设置与增益计算功放电路的运放主要完成信号电压放大任务，采用自举式同相交流电压放大器。C1输入耦合电容，C2是自举电容，同时有隔直流的作用Re与RpF组成反馈电路，与R1共同确定运算电路的比例系数，功放级的总电压增益为：Au=1+（R+RpF)/R1。5.4功放电路静态工作点的设置与自激的消除功放电路参数应完全对称，静态时功放对称中点（输出端）的电压UA=O，是交流零点，（因单电源的OTL电路的参考电压由分压电路取得，电路交流零点的静态电压UA=Vcc/2）功放电路的静态电流由lo决定，1o过小会有交越失真，lQ过大则会使功放的效率下降，一般可取lQ~2-3mA。三极管Q1、Q2静态基极电压为UA±Vp，在±0.5V左右由于电源内阻可能对某级电路产生正反馈而出现自激，可并联接入几百uF的去耦滤波电容消除。2025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 7 功放电路的运放主要完成信号电压放大任务，采用自举式 同相交流电压放大器。C1输入耦合电容，C2是自举电容，同 时有隔直流的作用。 RF与RPF组成反馈电路，与R1共同确定运算电路的比例系 数，功放级的总电压增益为：Au=1+(RF+RPF)/R1。 5.4 功放电路静态工作点的设置与自激的消除 功放电路参数应完全对称，静态时功放对称中点（输出端） 的电压UA=0，是交流零点，（因单电源的OTL电路的参考电压 由分压电路取得，电路交流零点的静态电压UA=VCC/2） 功放电路的静态电流由IQ决定，IQ过小会有交越失真， IQ过 大则会使功放的效率下降，一般可取IQ ≈2-3mA。三极管Q1、 Q2静态基极电压为UA±VD，在±0.5V左右。 由于电源内阻可能对某级电路产生正反馈而出现自激，可并 联接入几百uF的去耦滤波电容消除。 5.3 功放驱动电路设置与增益计算

6、音响放大器的主要参数测试6.1话放电路与混放电路的测试先将话放电路的输入端接地，测量话放电路与混放电路输出端的静态电压U10和U20测量两运放的静态电流lo。然后将信号源输出的频率f=1khz电压ui=50mV正弦信号接入话放电路输入端，测量运算放大电路的电压增益。填入表-1中表-1话放与混放电路测试表静态测试动态测试Vcc/VU10NAu2U20/Vui/vU10/VAu1U20/Vlo/mA6.2运放驱动复合功率管功放电路的性能测量1）先将功放电路输入端接地，调节复合管基极偏置电压的电位器，用万用表直流电压档，测量Q1基极偏压约0.5V（或功放的静态总电流l约1-2mA）。测量运放及各晶体管各极的静态电压及输出端A点的静态电压UA，记录在表-2中。82025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 8 表-1 话放与混放电路测试表 VCC/V 静态测试 动态测试 U1O/V U2O/V IQ/mA ui/V u1o/V Au1 u2o/V Au2 6、音响放大器的主要参数测试 6.1 话放电路与混放电路的测试 先将话放电路的输入端接地，测量话放电路与混放电路输出 端的静态电压U1O和U2O，测量两运放的静态电流IQ。然后将信号 源输出的频率f=1khz电压ui=50mV正弦信号接入话放电路输入 端，测量运算放大电路的电压增益。填入表-1中。 6.2 运放驱动复合功率管功放电路的性能测量 1）先将功放电路输入端接地，调节复合管基极偏置电压的电 位器，用万用表直流电压档，测量Q1基极偏压约0.5V(或功放 的静态总电流IQ约1-2mA)。测量运放及各晶体管各极的静态 电压及输出端A点的静态电压UA，记录在表-2中

表-2功放电路的测试数据表f=1kHzui=0动态测量静态测量功效测量RL=100PoMPclalUB1UB2UE1UE2UAU,VccUoMUoMlomAunWNNNNNVNNNW/mAmA2）保持调好功放的静态工作点不变，接入1kHz输入信号，逐步提高信号电压，调节功放电路电压增益调节电位器RF，使功放输出最大不失真电压，测量功放输出电压UoM及功放输出电流loM，（因/oM>>功放静态电流lQ，可采用直接读出直流稳压电源显示的输出直流电流IM代替测量功放输出电流loM）。计算运放的输入功率Pc、输出功率PoM及效率n，记录在表-2中。3）用话简输入音频信号，试听扬声器输出音频，调节音量电位器，感受音量的变化；用MP3从混放电路输入音乐，分别调节高音与低音电位器感受音调的变化长江大学龙从玉92025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 9 表- 2 功放电路的测试数据表 f =1kHz 静态测量 ui=0 动态测量 功效测量 RL=10Ω IQ/ mA UB1 /V UB2 /V UE1 /V UE2 /V UA /V Ui /V UOM /V Au VCC /V IOM /mA UOM /V POM /W PC /W η 2）保持调好功放的静态工作点不变，接入1kHz输入信号，逐 步提高信号电压，调节功放电路电压增益调节电位器RF，使功 放输出最大不失真电压，测量功放输出电压UOM及功放输出电 流IOM，（因IOM >>功放静态电流IQ，可采用直接读出直流稳压 电源显示的输出直流电流IIM代替测量功放输出电流IOM）。计算 运放的输入功率PC、输出功率POM及效率η，记录在表-2中。 3）用话筒输入音频信号，试听扬声器输出音频，调节音量电 位器，感受音量的变化； 用MP3从混放电路输入音乐，分别调节高音与低音电位器， 感受音调的变化

*7、选作：音调控制电路7.13音调电路工作原理fL=20hz:图-5音调控制电路1）低音频率：fL=1/(2元RP1C1）0.033u,Xc1=242KRP1100kR1R22200p.Xc3=3.62M令C1=C2>>C3，在中低音频区0%fH=20Khz:10k10k0.033u,Xc1=242C2C1ffo0.00VU2(V)R4C1.C2可视为短路-20.03.6KPHASE-40.0当RP2调向输入端C410.01.00k100k%00L高频增益提升：2200peRP2f=1/(2*3.14*3.3*10-8*105）=48hzAuH=[(Xc3+RP2)//R31]/(Xc3//R23）R1R2R3作星角变换R31=R23=46K均应并联！fH=1/(2*3.14*2.2*10-9*3.6*103)=20khz当RP2调向输出端3）测试音调控制特性参数，并作出高频增益衰减音调控制特性曲线图10长江大学龙从玉2025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 10 *7 、选作：音调控制电路 7.1 音调电路工作原理 1）低音频率:fL=1/(2πRP1C1) 令C1=C2>>C3，在中低音频区 ffo ， C1.C2可视为短路。 当RP2调向输入端， 高频增益提升: AuH≈[(XC3+RP2)//R31]/(XC3 //R23) R1R2R3作星角变换R31=R23=46K 均应并联！ 当RP2调向输出端， 高频增益衰减。 3）测试音调控制特性参数，并作出 音调控制特性曲线图。 C1 0.033u R1 10k 0% 100k RP1 %001 RP2 100k C2 0.033u R3 18k R2 10k Ci 10u R4 3.6K C3 2200p ui AMP=100mv OFFSET=0 FREQ=1k ui uo 2R5 1k 3 2 6 7 4 1 5 U2 UA741 U2(V+) U2(V-) C4 2200p fL=1/(2*3.14*3.3*10-8*10 5 )=48hz fH=1/(2*3.14*2.2*10-9*3.6*103 )=20khz fL=20hz: 图- 5 音调控制电路 0.033u,XC1=242K 2200p,XC3=3.62M fH=20Khz: 0.033u,XC1=242 2200p,XC3=3.62K