毕业设计(论文)-功放的设计与实现.docx
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1、成都工业学院 通信工程系毕业设计(论文)毕业设计(论文)专 业 电子信息工程班 次 09642 姓 名 王科 指导老师 雷婷 成都工业学院二0一二年19音频功放的设计与实现摘要:随着社会的发展和人们生活水平的提高人们对生活文化的质量是越来越加重视这个世界无处不在的声音让人感觉到了这个世界的活力,声音是无处不在的但这除了我们人体本身发出的声音而外我们所离不开的就是声音的表达器-功放,功放的存在让更多的人感知到了某些声音的存在,能够更好的感知这个世界。功放的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大,推动音箱放声大体上可分为三大类专业功放,民用功放,特殊功放。随着时代文化的不断发展人们对音响品质的
2、要求越来越高,在功放性能的各指标上都有不断的提升,如失真度、信噪比、阻尼系数等等上都有或多或少的提高。关键词 失真度;信噪比;整流;集成块目录第1章 绪论11.1研究意义11.2国内外现状11.3 研究目标与内容1第2章 音频功放概述22.1 功放简介22.2 功率放大电路概述22.2.1 功放的组成22.2.2 功放的基本机构介绍21.电压放大器电路22.推动级放大器电路32.2.3 功放输出级放大器电路32.2.4 功放的工作原理32.3 功放具体特点32.3.1 按输出偏置32.3.2 按所用放大器件32.3.1 基于TEA2025芯片功放特点42.4功放的主要技术参数42.4.1 工作
3、频带42.4.2 输出功率42.4.3 信噪比与失真52.4.4 输入输出驻波比52.4.5 甲类工作状态52.4.6乙类工作状态.6第3章 TEA2025芯片介绍73.1 TEA2025内电路方框图及引脚功能73.2 TEA2025主要电参数83.3 电路工作过程8第4章 基于TEA2025的功放设计94.1 设计要求94.2硬件设计94.2.1电源部分94.2.2芯片功能模块部分设计104.3 电路原理图104.4 电路仿真图114.4.1电路原理图制图114.4.2电路PCB制图124.5 网络报表13第5章 电路的焊接与制作155.1 电路安装155.1.1 元件选择155.1.2焊接
4、155.2 电路调试16结语17参考文献18第1章 绪论1.1研究意义随着社会的发展和人们生活水平的提高人们对生活文化的质量是越来越加重视这个世界无处不在的声音让人感觉到了这个世界的活力,声音是无处不在的但这除了我们人体本身发出的声音而外我们所离不开的就是声音的表达器-功放,功放的存在让更多的人感知到了某些声音的存在,能够更好的感知这个世界。如此,生活中功放是无处不在的可以说有声音的地方就有它。但当人们对生活文化的不断向往不断重视开始让我们越来越觉得功放在生活中也得随着社会的潮流不断进行它自身的某些改进以适应时代的需求。比如,从功放中放出的声音的音质音调上功放本身的啸叫噪音功放的非线性改善等等
5、。在功放的设计与实现中功放为人类文化的带来了越来越深刻的影响。1.2国内外现状随着大屏幕电视,多种图象载体的普及,人们对“坐在家里看电影”的需求日益高涨,于是集各种影音功能于一体的多功能功放应运而生AV功放。“AV”是英文AODIOVIDIO即音频,视频的打头字母缩写。AV功放是专门为家庭影院用途而设计的放大器,一般都具备4个以上的声道数以及环绕声解码功能,且带有一个显示屏。该类功放以真实营造影片环境声效让观众体验影院效果为主要目的。“AV功放”从诞生到现在,经历了杜比环绕,杜比定向逻辑,AC-3,DTS的进程,AV功放的与普通功放的区别,在于AV功放有AV选择杜比定向逻辑解码器,AC-3,D
6、TS解码器,和五声道功率放大器。以及画龙点睛的数字声场DSP电路,为各种节目播放提供不同的声场效果。但是由于AV功放在电路的信号流通环节上,经过了太多而且复杂的处理电路,使声音的纯净度”受到了过多的“染色”,所以用AV功放兼容HI-FI重放时效果不理想。这也是很多消费者对AV功放不肖一顾的原因。 “KALAOK功放”也是近年发展起来的一种功放。它与一般功放的区别在于“KALAOK功放”有混响器从过去的BBD模拟混响发展到现在的DIGETAL数字混响,变调器,话筒放大器。近年来一些厂家为了市场的需求,把包括AV功放,KALAOK功放在内的各种功能组合成一体即所谓“综合功放”,这是一种大杂烩功放,
7、什么都有,什么也做不好,是一种面向农村的抵挡功放。“特殊功放”顾名思义就是使用在特殊场合的功放,例如警报器,车用低压功放等等.1.3 研究目标与内容1.知晓功放的功能作用明白它的工作原理2.通晓功放的整个工作流程3.通过查阅明白它的设计原理4.能够进行一定的自行设计5.正确实现功放的各项功能第2章 音频功放概述2.1 功放简介功放的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大,推动音响放声。一套良好的音响系统功放的作用功不可没。功放,可以说是各类音响器材中最大的一个家族了,其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后,产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态
8、以及不同的使用范围和控制调节功能,不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。2.2 功率放大电路概述2.2.1 功放的组成音频功率放大器电路组成方框图,如图2-1所示。从图中可以看出,这种放大器是一个多级放大器电路,主要由最前面的电压放大级、中间的推动级和最后的功放输出级电路组成。音频功率放大器的负载是扬声器电路,功率放大器的输入信号来自音量电位器动片的信号。2-1音频功率放大器组成方框图功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中,调制振荡电路所产生的射频信号功率很小,需要经过一系列的放大-缓冲级、中间放大级、末级功率放大级,获得足够的射频功
9、率以后,才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率,必须采用射频功率放大器。射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外,输出中的谐波分量还应该尽可能地小,以避免对其他频道产生干扰。2.2.2 功放的基本机构介绍1.电压放大器电路 电压电路根据机器对音频输出功率要求的不同,一般有一级或数级电路组成。电压放大器电路主要用来对输入信号进行电压放大,以便使加到推动级的信号电压达到一定的程度。来自前面的信号源电路虽然也是电压输出信号,它们的电压幅度还是不够大,所以电压通过这里的电压放大器得到进一步放大。电压放大器电路处于音频功率放大器的最前
10、级。 2.推动级放大器电路 推动级放大器电路是用来推动功放输出级的放大器,对信号电压和电流进行同步放大,它工作在大信号放大状态下,该级放大器中的放大管静态电流比较大。2.2.3 功放输出级放大器电路功放输出级放大器电路是整个功率放大器的最后一级,用来对信号进行电流放大。电压放大级和推动级对信号电压已进行了足够的电压放大,输出级电路再进行电流放大,以达到对信号功率放大的目的,这是因为输出信号功率等于输出信号电流与电压之积。 现代功率电放大器路中的功放输出级分成两级,除输出级之外,在输出级前再加一级末前级,这一级电路的作用是进行电流放大,以便获得足够大的信号电流来激励功率输出级的三极管,同时,这一
11、末前级构成互补电路,与输出管一起构成复合互补型电路。2.2.4 功放的工作原理功率放大器是音响系统的一个重要单元。它要将从调音台输出的音频信号经过压限器,均衡器、激励器进行加工处理,最后将这个音频信号的能量进行放大后来推动音箱,把声音送入声场。功放的工作原理其实很简单,只管来说就是将音源播放的各种声音信号进行放大以推动音响发出声音,从技术角度看功放好比一台电流的调制器,它将交流转变为直流电,然后收音源播放的声音信号控制,将不同大小的电流,按照不同的频率传输给音响,这样音响就发出相应大小相应频率的声音了。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能,不同的功放在内部的信号处理、
12、线路设计、生产工艺上也各不相同。2.3 功放具体特点2.3.1 按输出偏置1.甲类,工作时会产生高热,效率很低,但固有的优点是不存在交越失真。单端放大器都是甲类工作方式,推挽放大器可以是甲类,也可以是乙类或甲乙类。2.乙类,乙类放大器的优点是效率高,缺点是会产生交越失真。3.甲乙类,有效解决了乙类放大器的交越失真问题,效率又比甲类放大器高,因此获得了极为广泛的应用。4.丙类,工作温度比乙类还要低,可靠性较高,它的最大缺点是动态范围非常窄。2.3.2 按所用放大器件1.集成电路功率放大器由于集成电路技术的迅速发展,集成电路功率放大器也大量涌现出来,其工艺和指标都达到了很高的水平,它的突出特点是体
13、积小、电路简单、性能优越、保护功能齐全等。本设计就是采用这种电路来实现。2.电子管功率放大器(俗称胆机)电子管功率放大器的生产工艺相当成熟,产品的稳定性很高,而离散性极小,特别是它的工作机理决定了它的音色十分温柔,富有人情味,因而成为重要的音响电路形式。电子管电路的设计、安装、调试都比较简单,仅是输出变压器、电源变压器的绕制动作稍有麻烦,其缺点是耗电大、体积大、电子管有一定的使用期限,因此在实际应用中有一定的局限性。3.晶体管功率放大器现在大功率晶体管种类很多,优质功放电路也层出不穷,因此晶体管功率放大器是应用最广泛的形式。但其电路的谐波失真较大,电路复杂,调谐繁琐。4.场效应管功率放大器场效
14、应管是一种很有潜力的功率放大器件,它具有噪声小、动态范围大、负温度特性等特点,音色和电子管相似,保护电路简单。场效应管生产技术还在不断发展,若能把它离散性较大的确定加以克服将有更为强大的生命力。2.3.1 基于TEA2025芯片功放特点TEA2025是一种双声道功率放大集成电路,该电路具有声道分离度高、电源接通时冲击噪声小、外接元件少,电路去除纷杂局面,易于操作以及使用,也便于电路后期使用中某些问题的易于发现修复,而且最大电压增益可由外接电阻调节等特点。2.4功放的主要技术参数2.4.1 工作频带工作频带是指放大器应满足全部性能指标的连续频率范围,即功率放大器的最低工作频率至最高工作频率之间的
15、范围,单位Hz(赫兹)。放大器实际的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。硅双极型晶体管功率放大器和硅金属氧化物场效应管功率放大器的工作频率是从300MHz到4GHz,砷化镓场效应管功率放大器的工作频率是从一吉赫到几十吉赫。低频功率放大器的工作频率低,但相对频带宽度却很宽。例如,自20至 20000 Hz,高低频率之比达 1000倍。因此它们都是采用无调谐负载,如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高(由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz),但相对频带很窄。2.4.2 输出功率输出功率是指功放电路输送给负载的功率。目前人们对输出功率的测量方法和评价方法很不统一,使用时注意。 1.
16、额定功率(RMS) 它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率(严格说是正弦波信号)。经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。很显然规定的失真度前提不同时,额定功率数值将不相同。 2.最大输出功率 当不考虑失真大小时,功放电路的输出功率可远高于额定功率,还可输出更大数值的功率,它能输出的最大功率称为最大输出功率,前述额定功率与最大输出功率是两种不同前提条件的输出功率 3.音乐输出功率(MPO) 音乐输出功率MPO是英文Music Power Outpur的缩写,它是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率,也就是输出失真度不超过规定值的条
17、件下,功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。 音乐输出功率可以用来评价功放的动态听音效果,例如在平稳的音乐过程后面突然出现了冲击性强的打击乐器声音,有的功放电路可在瞬间提供很大的输出功率给以力度感有使不完的劲;有的功放却显得力不从心底气不足。为了反映这瞬间突发性输出功率的能力可以用音乐输出功率来量度。 4.峰值音乐输出功率(PMPO) 它是最大音乐输出功率,是功放电路的另一个动态指标,若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率。 通常峰值音乐输出功率大于音乐输出功率,音乐输出功率大于最大输出功率,最大输出功率大于额定输出功率,经实践统计,峰值音乐输出功率是额定输出功率的5-8倍
18、。2.4.3 信噪比与失真信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系,将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。狭义来讲是指放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比,常常用分贝数表示,设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说,信噪比越大,说明混在信号里的噪声越小,声音回放的音质量越高,否则相反。信噪比一般不应该低于70dB,高保真音箱的信噪比应达到110dB以上。失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。波形失真的原因和种类有很多,主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。2.4.4 输入输出驻波比大功率管的输入阻抗和输出阻抗都很低,BJT的输入阻抗
19、实部只有几个欧姆,与50W系统失配得比较厉害。而MESFET的输入阻抗较高,与50W系统失配得也很大,失配严重时,会损坏功率管。输入、输出驻波比变坏还会使系统的增益起伏和群迟延变坏,因此功率放大器的输入、输出驻波比应该满足一定要求。在大容量数字通信系统中,功率放大器的输入、输出驻波比取1.2:1,而在一般系统中,功率放大器的输入、输出驻波比可以取到2:1。它也是设计微波功率放大器时必须考虑的一项技术指标。2.4.5 甲类工作状态如图2-2所示,功率放大器在信号周期内始终存在工作电流,即导通角为360,此时,功率放大器处于甲类工作状态。图2-2甲类工作状态甲类功率放大器的优点是线性好、失真小,较
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