音频宽带放大器设计
摘 要本课题主要以音频宽带放大器作为研究对象，对当前市面上一些较高性能的相关产品进行资料查阅，制订了本课题的设计研发目标，设计了一款采用高性能晶体管、OP37运算放大器以及AD603压控增益放大器芯片作为核心部件的音频宽带放大器系统，实现了对音频频率范围内信号的电压和功率放大，能够在产生较低噪声的前提下将音频输入信号增益到目标功率，使得用户得到理想音频信号，这款系统的增益可以通过旋钮进行灵活调节，使用起来非常方便。在硬件电路设计上分为前置放大器部分、压控增益放大器部分、功率放大部分以及电源处理部分等模块电路，在软件上通过Multisim等软件实现了对这款系统的功能仿真，对设计成果进行了全方位的验证，这款音频宽带放大器表现出了高稳定性和很低的信噪比参数。
目录
一、 引言
二、 硬件电路设计
（一） 本文主要研究内容
（二） 总体电路设计
（三） 前置放大器子电路设计
（四） AD603型压控增益放大器子电路设计
（五） AD8541功率放大器子电路设计
（六） 测试信号输出子模块电路设计
（七） 总体设计结果
三、 Multisim仿真系统设计
（一） 1KHz音频信号放大仿真
（二） 10KHz音频信号放大仿真
四、 实物的制作与调试
总结
参考文献 20
致谢 21
附录一 元器件清单和电路图 21
附录二 实物图.22
引言
音频宽带放大器的发展背景
本课题将要设计的这款音频宽带放大器系统是在大学期间所学的专业知识基础上，结合了这种控制系统目前研究现状，而设计的一款较为新型的集成运放控制系统，本课题不但对这类相关系统的发展过程和研究现状进行了详细的调研，更将这种系统所存在的普遍优点和缺点进行了归纳总结。
目前市面上大多数音频宽带放大器系统都是以集成运放等高性能放大器芯片作为核心并将外部的输入信号通过高精度传感器模块采集进来，随后通过高性能运算模块进行高速的运算处理，实现控制结果的输出，大多数相关系统都是以集成运放作为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
核心部分。
对音频宽带放大器系统从最开始的简易型到如今的智能型的整个发展历程进行整理后可以看出，音频宽带放大器系统内部需要结合多种科学技术和学科，首先对于其内部的核心来说，目前中高端的音频宽带放大器系统要想实现更为智能的功能，必须在电路内部植入放大器芯片，只有这类内核才能够完成高速的数据处理，与此同时具有高速数字处理能力的内核也必须实现嵌入；而要实现这类高性能芯片的嵌入化效果，就得使得芯片的体积非常小，不会明显增大系统整体的外形体积，所以这就要借助电路集成技术的发展；而要实现对系统外部多种类型的信号进行准确采集，就必须通过高性能的传感器模块来实现，通过这些高速高精度的传感器组将环境中的信号采集转换后送入放大器芯片进行处理，这就要借助传感器研发技术，所以绝对有理由这么说，音频宽带放大器系统的发展与多门科学技术的发展是同步的，更为准确的说，这些学科的发展带动了音频宽带放大器系统的发展。
查阅了近几年市面上多数音频宽带放大器系统产品的资料，将每种产品的优点和缺点都进行归纳总结，可以发现这类系统的优点主要表现为内部采用了集成运放等放大器芯片作为了核心部分，产品研发人员可以将各项功能通过C语言等程序语言代码进行转换，在要进行优化设计时只需要通过程序编译器将程序代码进行改动，随后进行烧录即可完成系统的更新优化，因此相比于传统类型的模拟电路来说，产品的更新换代更具有优势。
硬件电路设计
本文主要研究内容
本课题设计了一款采用高性能晶体管、OP37运算放大器以及AD603压控增益放大器芯片作为核心部件的音频宽带放大器系统，实现了对音频频率范围内信号的电压和功率放大，能够在产生较低噪声的前提下将音频输入信号增益到目标功率，使得用户得到理想音频信号，这款系统的增益可以通过旋钮进行灵活调节，下列为本课题将要实现的功能指标。
1）最大不失真输出功率：Pom≥8W；
2）负载阻抗（扬声器）：RL=8Ω；
3）频率响应.在无高、低音提升和衰减时. f=20Hz～20kHz(±3dB) ；
4）失真度（主要是非线性失真）γ≤3%；
5）输入灵敏度：在输入阻抗ri＞500kΩ时.Vi＜100mV；
6）稳定性：在电源在±15V～24V范围变化时.输出零点漂移≤100mV；
7）噪声电压：输入端短路时.输出噪声电压有效值VN＜15mV。
总体电路设计
图1是这款音频放大器系统的总体电路图，包含了前置放大器、压控增益放大器、功率放大器以及测试信号输出电路等部分，各个电路模块通过输入输出接口实现相互之间的连接。
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图1 总体电路图
前置放大器子电路设计
2N2222高频三极管简介
为了实现对音频输入信号的前置放大，这个放大器的要求是增益小并且信噪比参数要非常的低，考虑到这个设计需求，采用三极管搭建分立式的放大电路比集成式运算放大器实现的放大电路性能更高，为此本课题选用了图2中的2N2222型的高频三极管，这款三极管具有高达1GHz的截止频率参数，在音频频率范围内能够表现出极高的性能，是音频放大电路的前置放大级的首选，它属于一款NPN型的晶体管。
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图2 2N2222高频三极管图
前置放大器子电路设计
在预期的功能指标中，将音频宽带放大器的前置放大级的增益配置为16dB，即它能够对系统外部输入的音频信号实现4倍的电压增益，由于这个电路部分处于整个音频宽带放大器的最前端，所以它处理的信号都是微弱的小信号，考虑到阻抗匹配以及放大倍数等主要参数要求，设计了图3中通过2N2222三极管作为核心部件的前置放大器，下面对这个电路的设计原理进行介绍。首先需要说的是共射极三极管放大电路的静态工作点设计，通过图中电路形式可以看出这个共射极放大电路采用的是分压式静态工作点电路，由R5和R6两个电阻对VCC进行分压从而确立晶体管基极的静态电压，根据阻值参数可以大致计算出基极电压为1.5V左右，之所以要设置成1.5V左右的基极电压是根据2N2222晶体管资料中提供的最佳工作电压来进行设计的，当其基极电压为1.5V左右时能够表现出最大的截止频率参数以及噪声参数。
目录
一、 引言
二、 硬件电路设计
（一） 本文主要研究内容
（二） 总体电路设计
（三） 前置放大器子电路设计
（四） AD603型压控增益放大器子电路设计
（五） AD8541功率放大器子电路设计
（六） 测试信号输出子模块电路设计
（七） 总体设计结果
三、 Multisim仿真系统设计
（一） 1KHz音频信号放大仿真
（二） 10KHz音频信号放大仿真
四、 实物的制作与调试
总结
参考文献 20
致谢 21
附录一 元器件清单和电路图 21
附录二 实物图.22
引言
音频宽带放大器的发展背景
本课题将要设计的这款音频宽带放大器系统是在大学期间所学的专业知识基础上，结合了这种控制系统目前研究现状，而设计的一款较为新型的集成运放控制系统，本课题不但对这类相关系统的发展过程和研究现状进行了详细的调研，更将这种系统所存在的普遍优点和缺点进行了归纳总结。
目前市面上大多数音频宽带放大器系统都是以集成运放等高性能放大器芯片作为核心并将外部的输入信号通过高精度传感器模块采集进来，随后通过高性能运算模块进行高速的运算处理，实现控制结果的输出，大多数相关系统都是以集成运放作为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
核心部分。
对音频宽带放大器系统从最开始的简易型到如今的智能型的整个发展历程进行整理后可以看出，音频宽带放大器系统内部需要结合多种科学技术和学科，首先对于其内部的核心来说，目前中高端的音频宽带放大器系统要想实现更为智能的功能，必须在电路内部植入放大器芯片，只有这类内核才能够完成高速的数据处理，与此同时具有高速数字处理能力的内核也必须实现嵌入；而要实现这类高性能芯片的嵌入化效果，就得使得芯片的体积非常小，不会明显增大系统整体的外形体积，所以这就要借助电路集成技术的发展；而要实现对系统外部多种类型的信号进行准确采集，就必须通过高性能的传感器模块来实现，通过这些高速高精度的传感器组将环境中的信号采集转换后送入放大器芯片进行处理，这就要借助传感器研发技术，所以绝对有理由这么说，音频宽带放大器系统的发展与多门科学技术的发展是同步的，更为准确的说，这些学科的发展带动了音频宽带放大器系统的发展。
查阅了近几年市面上多数音频宽带放大器系统产品的资料，将每种产品的优点和缺点都进行归纳总结，可以发现这类系统的优点主要表现为内部采用了集成运放等放大器芯片作为了核心部分，产品研发人员可以将各项功能通过C语言等程序语言代码进行转换，在要进行优化设计时只需要通过程序编译器将程序代码进行改动，随后进行烧录即可完成系统的更新优化，因此相比于传统类型的模拟电路来说，产品的更新换代更具有优势。
硬件电路设计
本文主要研究内容
本课题设计了一款采用高性能晶体管、OP37运算放大器以及AD603压控增益放大器芯片作为核心部件的音频宽带放大器系统，实现了对音频频率范围内信号的电压和功率放大，能够在产生较低噪声的前提下将音频输入信号增益到目标功率，使得用户得到理想音频信号，这款系统的增益可以通过旋钮进行灵活调节，下列为本课题将要实现的功能指标。
1）最大不失真输出功率：Pom≥8W；
2）负载阻抗（扬声器）：RL=8Ω；
3）频率响应.在无高、低音提升和衰减时. f=20Hz～20kHz(±3dB) ；
4）失真度（主要是非线性失真）γ≤3%；
5）输入灵敏度：在输入阻抗ri＞500kΩ时.Vi＜100mV；
6）稳定性：在电源在±15V～24V范围变化时.输出零点漂移≤100mV；
7）噪声电压：输入端短路时.输出噪声电压有效值VN＜15mV。
总体电路设计
图1是这款音频放大器系统的总体电路图，包含了前置放大器、压控增益放大器、功率放大器以及测试信号输出电路等部分，各个电路模块通过输入输出接口实现相互之间的连接。
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图1 总体电路图
前置放大器子电路设计
2N2222高频三极管简介
为了实现对音频输入信号的前置放大，这个放大器的要求是增益小并且信噪比参数要非常的低，考虑到这个设计需求，采用三极管搭建分立式的放大电路比集成式运算放大器实现的放大电路性能更高，为此本课题选用了图2中的2N2222型的高频三极管，这款三极管具有高达1GHz的截止频率参数，在音频频率范围内能够表现出极高的性能，是音频放大电路的前置放大级的首选，它属于一款NPN型的晶体管。
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图2 2N2222高频三极管图
前置放大器子电路设计
在预期的功能指标中，将音频宽带放大器的前置放大级的增益配置为16dB，即它能够对系统外部输入的音频信号实现4倍的电压增益，由于这个电路部分处于整个音频宽带放大器的最前端，所以它处理的信号都是微弱的小信号，考虑到阻抗匹配以及放大倍数等主要参数要求，设计了图3中通过2N2222三极管作为核心部件的前置放大器，下面对这个电路的设计原理进行介绍。首先需要说的是共射极三极管放大电路的静态工作点设计，通过图中电路形式可以看出这个共射极放大电路采用的是分压式静态工作点电路，由R5和R6两个电阻对VCC进行分压从而确立晶体管基极的静态电压，根据阻值参数可以大致计算出基极电压为1.5V左右，之所以要设置成1.5V左右的基极电压是根据2N2222晶体管资料中提供的最佳工作电压来进行设计的，当其基极电压为1.5V左右时能够表现出最大的截止频率参数以及噪声参数。
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