實驗目的：設計并制作一個音頻功率放大電路，負載為揚聲器，阻抗8。要求直流穩壓電源供電，多級電壓、功率放大，電路滿足以下基本指標：（1）頻帶寬度H50z～20kHz，輸出波形基本不失真；（2）電路輸出功率大于8W；（3）輸入阻抗：≥10kΩ；（4）放大倍數：≥40dB；（5）具有音調控制功能：低音100Hz處有±12dB的調節范圍，高音10kHz處有±12dB的調節范圍；（6）具有一定的抗干擾能力；（7）具有合適頻響寬度、保真度要好、動態特性好。（9）盡量提高放大器效率；（10）盡量降低放大器電源電壓；（11）采用交流220V，50Hz電源供電。二、實驗內容與原理：音頻功率放大器是一種應用廣泛、實用性強的電子音響設備，它主要應用于對弱音頻信號的放大以及音頻信號的傳輸增強和處理。按其構成可分為前置放大級、音調控制級和功率放大級三部分，如圖1所示。圖1音頻功率放大器的組成框圖本設計的音頻功率放大器是一個多級放大系統。因為音頻功率放大器的輸出功率要求POM≥8W。所以音頻功率放大器的輸出幅值（V）。根據整個放大系統的電壓增益，分配各級單元電路的增益。功率放大器級（采用集成功放）電壓放大倍數取21倍；音調控制器放大器在中頻（1KHz）處的電壓放大倍數取1；前置放大器的電壓放大倍數取50（考慮到實際電路中有衰減）。音頻功率放大器供電電源的選取主要從效率和輸出失真大小方面考慮。如上所述，該系統的輸出信號幅值為11.3V，從提高效率的角度考慮，電源電壓越接近11.3V越好，但這樣輸出信號的失真將增大；從減小失真的角度考慮，可適當的提高電源電壓。綜合考慮，音頻功率放大器整個系統的電源電壓采用±12V供電。1．前置放大級音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號進行放大，然后輸出驅動揚聲器。一個實用的音頻功率放大系統必須設置前置放大器，以便使放大器適應不同的輸入信號，或放大，或衰減，或進行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。前置放大器的主要功能：（1）是使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入阻抗相匹配；（2）是使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。本電路選擇集成前置電路。電路圖：工作原理：前置放大電路通過集成運放實現信號的第一級放大，放大電路的閉環增益G=RP4/R2決定，設置RP4為變阻使放大倍數在0—50左右之間進行調節。電阻R3平衡輸入偏置電流。電容C5對交流信號進行耦合。123.2Hz≤32．音調控制電路音調控制電路的主要功能：通過對放音頻帶內放大器的頻率響應曲線的形狀進行控制，從而達到控制放音音色的目的，以適應不同聽眾對音色的不同愛好。此外還能補償信號中所欠缺的頻率分量，使音質得到改善，從而提高放音系統的放音效果。本電路選擇負反饋型音調控制電路。電路圖：工作原理：電路圖中電位器RPH1是低音調節電位器，RPL1是高音調節電位器，電容C15是音頻信號輸入耦合電容，電容C12、C21是低音提升和衰減電容，電容C18、C19起到高音提升和衰減作用。對于低音信號來說，由于C18和C19的容抗很大，相當于開路，此時高音調節電位器RPL1在任何位置對低音都不會影響。當低音調節電位器RPH1滑動端調到最左端時，C12被短路，此時電路圖可簡化為上圖。由于電容C21對于低音信號容抗大，所以相對地提高了低音信號的放大倍數，起到了對低音提升的作用。電路的頻率響應分析如下：電壓放大倍數表達式為：化簡后得：所以該電路的轉折頻率為：。可見當頻率時，；當頻率時，。從定性的角度來說，就是在中、高音域，增益僅取決于R5與R4的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到提升，最大增益為。低音提升等效電路的幅頻響應特性的波特圖如上圖所示。同樣當RPH1的滑動端調到最右端時，電容C21被短路，其等效電路如上圖所示。由于電容C12對輸入音頻信號的低音信號具有較小的電壓放大倍數，所以該電路可實現低音衰減。電路的頻率響應分析如下：該電路的電壓放大倍數表達式為：其轉折頻率為：，可見當頻率時，；當頻率時，。從定性的角度來說，就是在中、高音域，增益僅取決于R5與R4的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到衰減，最小增益為。低音衰減等效電路的幅頻響應特性的波特圖如上圖所示。電路對于高音信號來說，電容C12、C21的容抗很小，可以認為短路。調節高音調節電位器RPL1，即可實現對高音信號的提升或衰減。右圖就是工作在高音信號下的簡化電路圖。為了便于分析，將圖中的R4、R5、R6組成的Y型網絡轉換成△連接方式，如右圖。其中，，在假設條件R4=R5=R6的條件下，Ra=Rb=Rc=3R4=30kΩ。如果音調放大器的輸入信號是采用的內阻極小的電壓源，那么通過Rc支路的反饋電流將被低內阻的信號源所旁路，Rc的反饋作用將忽略不計（Rc可看成開路）。當高音調節電位器滑動到最左端時，高音提升的等效電路如圖(a)所示。此時，該電路的電壓放大倍數表達式為：其轉折頻率為：，當頻率時，；當頻率時，。從定性的角度上看，對于中、低音區域信號，放大器的增益等于1；對于高音區域的信號，放大器的增益可以提升，最大增益為。高音提升電路的幅頻響應曲線的波特圖如圖(b)所示。當Rp1電位器滑動到最右端時，高音頻信號可以得到衰減，高音衰減的等效電路如圖上（a）所示。該電路的電壓放大倍數表達式為：其轉折頻率為：，當頻率時，；當頻率時，。可見該電路對于高音頻信號起到衰減作用。該電路的幅頻響應曲線的波特圖如圖(b)所示。3．功率放大電路功率放大電路的作用是給揚聲器提供所需要的輸出功率。4．電源電路輸出VCC=+12V，VEE=-12V。整體電路圖：三、實驗儀器：SBL型模擬電路實驗箱、CDM8045數字式萬用表、500HA指針式萬用表、SP1631A函數信號發生器、CS-4125雙蹤示波器、WT2174A交流毫伏表。四、實驗步驟：（1）電路設計，根據設計要求和電路原理設計并使用AltiumDesigner畫出電路各級電路圖。（2）電路仿真，使用Multisim對設計出的電路原理圖進行仿真，檢驗電路是否符合設計要求，并做出相應調整：整體電路仿真（Multisim）1,整體放大倍數：中頻1kHz，輸入幅值5mV：輸出波形。輸出5.566V，增益60.92dB。2,頻率帶寬：由5.566V*0.707=3.935得：輸出波形。下限頻率fL=16.1Hz。同理：輸出波形。上限頻率fH=148kHz。仿真得頻率帶寬：148kHz。選購元件焊接電路，元器件清單：元件型號數量TDA20301NE553217812179121CAP0.01uF，瓷片5CAP47uF，電解6CAP1000uF，電解4RES22K2RES1k4RES100k4RES10k6RES4.7K2RES3.3K2滑線電阻100K3變壓器三抽頭，13-18V1排針4散熱片1CAP10uF,電解2（4）電路調試，根據設計要求對制作出來的電路板適當調試以達到要求。五、實驗數據記錄和處理：（見附頁）六、實驗結果與分析：電路基本實現設計要求。測試效果良好。思考題1、對一個音頻功率放大器的前置級有什么要求？對于功率放大級有什么要求？對音頻功率放大器的前置級要求輸入阻抗高、輸出阻抗小、頻帶寬、噪聲小。對功率放大級的要求是輸出效率高，輸出功率大。2、何為D類功率放大器？D類功率放大器有什么特點？請列舉出目前常用的D類集成音頻功率放大器的芯片型號。D類功率放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數字信息變換成PWM(脈沖寬度調制)或PDM(脈沖密度調制)的脈沖信號,然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關放大器。D類功率放大器的特點：具有很高的效率，通常能夠達到85%以上。體積小，可以比模擬的放大電路節省很大的空間。無裂噪聲接通。低失真，頻率響應曲線好。外圍元器件少，便于設計調試。目前常用的D類集成音頻功率放大器的芯片型號：新日本無線公司生產的NJU8721、NJU8725,TI公司的TPA2000D4等.雅瑪哈公司的YDA131-E,Tripath公司的TA2021、TI公司的TPA2000D2,ST微電子公司的TDA7480等.路數據表中所推薦使用的MOS-FET.最近,日本三洋電機開發出了專門用于功率級的混合集成電路STK210-030.3、試畫出利用TDA2030/2030A實現的OTL功率放大器電路？若要輸出8W的功率，對電源電壓有什么要求？若要求進一步提高輸出功率，TDA2030/2030A可接成BTL結構，試畫出BTL電路圖，并說明其工作原理。OTL電路圖：若要輸出功率8W，則要求電源電壓正負絕對值不低于11.3V。 BTL電路圖：工作原理:用兩塊TDA2030組成如圖1所示的BTL功放電路，TDA2030（1）為同相放大器，輸入信號Vin通過交流耦合電容C1進入同相輸入端①腳，交流閉環增益為KVC①＝1＋R3/R2≈R3/R2≈30dB。R3同時又使電路構成直流全閉環組態，確保電路直流工作點穩定。TAD2030（2）為反相放大器，它的輸入信號是由TDA2030（1）輸出端的U01經R5、R7分壓器衰減后取得的，并經電容C6反饋給反相輸入端②腳，它的交流閉環增益KVC②＝R9/R7//R5≈R9/R7≈30dB。由R9＝R5，所以TDA2030（1）與TDA2030（2）的兩個輸出信號U01和U02應該是幅度相等相位相反的，即：U01≈Uin·R3/R2，U02≈－U01·R9/R5，∵R9＝R5，∴U02＝－U01因此在揚聲器上得到的交流電壓應為：U01-（-U02）＝2U01＝2U02揚聲器得到的功率PY＝4PMONO4、什么是自激振蕩現象？如果電路一旦出現自激振蕩，將如何解決？自激振蕩就是內部等效元件構成正反饋產生的振蕩現象，一種是人為的在放大線路中加入移相元件，如L、C，那是想要的產生的