可控增益音频放大器设计
摘 要本设计利用同相低频运算放大器NE5532作为前级放大电路的核心，中间级采用反相比例运算放大电路实现对增益的控制，后级经过AB类互补功率放大电路给负载输出信号。依据集成运算放大电路的增益公式计算出实现目标增益所需的反馈电阻值，实现增益的多级控制，电路稳定达到预期设计目标。设计的可控增益音频放大器通过仿真调试能够满足音频信号的频谱范围200 Hz ~20kHz稳定指标的放大要求，并实现增益在要求的增益范围内线性可调。
目 录
第一章 引言 1
第二章 低频放大电路 2
2.1基本放大电路 2
2.2集成运算放大电路 4
第三章 可控增益放大电路设计 6
3.1整体设计思路 6
3.2电压信号放大电路设计 6
3.3功率放大电路设计 8
第四章 放大电路仿真与调试 9
4.1 Proteus简介 9
4.2放大电路仿真与调试 10
4.3总结 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
附录A 可控增益音频信号放大器的整体电路图 16
附录B 放大电路仿真结果图 17
第一章 引言
放大电路作为放大设备，越来越多的电路需要使用到放大器，它的应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域。无论在模拟通信系统还是数字通信息系统中，也不论是在接收电路还是发射电路中它都具有举足轻重的地位，现如今在国内为主的研究方向多集中在满足专用放大器的特殊结构、宽带高速运放、多级运放的补偿等但是对于可控增益放大器的研究却是不为多见。尽管拥有少量增益可控放大器的研究，但主要是CMOS工艺的放大器工艺，也是很少会出现在模拟电路领域。
音频放大电路也作音频功率放大电路。作为一百多年最早的电子管的第一个应用音频放大器已经从自诞生到现如今音频功率放大器的广泛应用，随着音频功率放大器的不同，功率的大小差很大，可以从耳机设备的瓦数到电视电脑音频功放的瓦数，再到个人家庭立体声和教师喇叭的几十瓦，直到功率更大的校园喇叭和广场舞音响系统的数百瓦以上，再大到能够满足整个电影院和演唱会的声音设备要求，其都很
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有可能需要使用到音频放大电路，而它还在不断地更新、发展、前进。音频放大器的最终目的是在产生声音的元件上真实、有效、低失真的重新输入出原来的音频信号、功率级和信号音量。大家都知道，音频的频率范围大约在200Hz～ 20kHz之间，它的最大振幅为10mv，音频的频率范围属于低频阶段，音频的振幅决定了他是小信号。音频功率放大器又在频率范围和振幅上使其有别于其他功率放大电路。根据其自身放大音频的特点，使其诞生出了几个参数要求：电源纹波抑制比、电源纹波抑制比、总谐波失真加噪声 总谐波失真、信噪比 、增益、最大输出功率等直接或间接的决定着它的性能。
可控增益音频放大器是一种理想的音频功放的模型，其能够满足在060db的可控调节。经查阅各种各种放大器、音频功率放大器资料，可控增益放大器却还少有设计。可控增益音频放大器可以很好地调节音频增益控制输出电压，通过前置电压将音频小信号放大但不能失真，后级通过把信号功率放大来推动负载输出。一般的音频放大器和运算放大放大器很少能完美的解决音频信号从小到大的放大到输出，因此通过可控增益音频放大器我们不仅能够了解音频信号的频谱范围，还能明白小信号音频放大电路与功率放大电路的组成特点、工作原理，学会设计可控增益音频信号放大器，并且能够很好的运用到实际生活中去，推动可控音频增益领域的新潮，设计可控增益音频放大器也变得更具有实际意义。
低频放大电路
2.1基本放大电路
2.1.1共发射级放大电路
共发射级放大电路是指电路的输出输入端公用晶体管的发射级，其电路的基本特点是输出电压和输入电压相位相反，输入电阻和输出电阻大小在基本放大电路中都属于中等水平，但是因为共发射级放大电路对基本的电流放大，电压放大和功率放大的都有很好的增益效果，因此其多用于多级放大和集成放大器的中间级。
2.1.2共集电极放大电路
共极集电极放大电路是指电路的输出级与输入级共用晶体管的集电极，器电路的输出电压与输入电压不但大小近似相等（即U0略小于U1），而且相位相同，输出电压有跟随输入电压的特点，通常我们也称作为射极跟随器。又由于共集电极放大电路具有电压放大倍数小于1而且接近于1，输出电压与输入电压同向，输入电阻较大，输出电阻较小对信号源的影响小，常用作多级放大电路的输入级，又由于共集电极放大电路的输出 电阻很小而具有较强的负载能力和足够的动态范围，也做多级放大电路的输出级，和集成放大器的输出级。
2.1.4差分放大电路
差分放大电路由于其电路的高度对称性和等额负反馈作用，具有稳定静态工作点，并且凭借放大差模信号抑制共模信号作为差分放大电路最重要的特点，被大量的应用在测量电路和直接耦合电路的输入级放大。但是由于差分放大电路结构复杂、分析繁杂，特别是对差模输入和共模输入信号具有各自不同的多种分析方法，但也正因为这样差分放大电路一直是模拟电子技术中的难点和重点。差分放大电路按照输入输出方式分：有双端输入双端输出、单端输入单端输出、单端输入双端输出和双端输入单端输出四种类型。差分电路的应用特别广泛，多用于小信号放大，用于多级放大电路的输入级。在集成运算放大器电路中输入级都要用差分放大电路，就是利用差分电路的对称性来减小温度漂移，提高电路的共模抑制比。
2.1.5甲类功率放大电路
甲类功率放大电路就是Q点设定在负载线的中点附近，晶体管在输入信号的整个周期内都导通。放大电路既可以推挽工作，也可以单一晶体管工作。因为放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以交替失真以及瞬态失真较小。电路简单，方便调试。但由于其效率相当低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25%，且有较大的非线性失真，使其被广泛利用形成很大的约束。
2.1.6乙类功率放大电路
乙类功率放大电路是指放大器的静态点在电源电压和0电压之间某处，当输入信号的电压值为0时，输出端几乎不消耗功率。在输入电压大于0时，一端截止一端导通时，输出端的正半周为正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波或者电压在小于0时，也只有一管工作，所以必须用两管在周期内轮流转换的工作。乙类放大电路的优点是效率较高理论值能高达80%，但是因为两管需要一定的导通电压，导致放大器有一部分在非线性区域内工作，所以就会出现较大的交越失真。即当信号在0.6V~ 0.6V之间时， 两个晶体管都无法导通而引起的。
2.1.7甲乙类互补功率放大电路
甲乙类互补功率放大电路就是晶体管的导通时间要比半周期多一点，如果要减少放大器的交越失真就必须用两管推挽工作才避免是真的出现。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。甲乙类的功率放大电路具有有效率较高，晶体管功耗较小的特点。当信号在0.6V+0.6V 之间时，就会在两个工作晶体管之间的VBE之间增加两个偏置电压来使晶体管导通，使输入信号在+ 0.6V之间大小的时候，T1，T2也能够线性的放大。不仅可以得到较高的功率增益，而且能很好的避免交越失真。理论上如果采用这种电路放大器功率可达到最大值为78.5%，但实际上功率的最大值在大约70%就会受到输出级反馈和外联电路的影响，另外当功放在推动普通的听音乐的条件下电路的有效功率能仅保持在30%左右，其中电路的功放的效率为35%左右。
目 录
第一章 引言 1
第二章 低频放大电路 2
2.1基本放大电路 2
2.2集成运算放大电路 4
第三章 可控增益放大电路设计 6
3.1整体设计思路 6
3.2电压信号放大电路设计 6
3.3功率放大电路设计 8
第四章 放大电路仿真与调试 9
4.1 Proteus简介 9
4.2放大电路仿真与调试 10
4.3总结 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
附录A 可控增益音频信号放大器的整体电路图 16
附录B 放大电路仿真结果图 17
第一章 引言
放大电路作为放大设备，越来越多的电路需要使用到放大器，它的应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域。无论在模拟通信系统还是数字通信息系统中，也不论是在接收电路还是发射电路中它都具有举足轻重的地位，现如今在国内为主的研究方向多集中在满足专用放大器的特殊结构、宽带高速运放、多级运放的补偿等但是对于可控增益放大器的研究却是不为多见。尽管拥有少量增益可控放大器的研究，但主要是CMOS工艺的放大器工艺，也是很少会出现在模拟电路领域。
音频放大电路也作音频功率放大电路。作为一百多年最早的电子管的第一个应用音频放大器已经从自诞生到现如今音频功率放大器的广泛应用，随着音频功率放大器的不同，功率的大小差很大，可以从耳机设备的瓦数到电视电脑音频功放的瓦数，再到个人家庭立体声和教师喇叭的几十瓦，直到功率更大的校园喇叭和广场舞音响系统的数百瓦以上，再大到能够满足整个电影院和演唱会的声音设备要求，其都很
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
有可能需要使用到音频放大电路，而它还在不断地更新、发展、前进。音频放大器的最终目的是在产生声音的元件上真实、有效、低失真的重新输入出原来的音频信号、功率级和信号音量。大家都知道，音频的频率范围大约在200Hz～ 20kHz之间，它的最大振幅为10mv，音频的频率范围属于低频阶段，音频的振幅决定了他是小信号。音频功率放大器又在频率范围和振幅上使其有别于其他功率放大电路。根据其自身放大音频的特点，使其诞生出了几个参数要求：电源纹波抑制比、电源纹波抑制比、总谐波失真加噪声 总谐波失真、信噪比 、增益、最大输出功率等直接或间接的决定着它的性能。
可控增益音频放大器是一种理想的音频功放的模型，其能够满足在060db的可控调节。经查阅各种各种放大器、音频功率放大器资料，可控增益放大器却还少有设计。可控增益音频放大器可以很好地调节音频增益控制输出电压，通过前置电压将音频小信号放大但不能失真，后级通过把信号功率放大来推动负载输出。一般的音频放大器和运算放大放大器很少能完美的解决音频信号从小到大的放大到输出，因此通过可控增益音频放大器我们不仅能够了解音频信号的频谱范围，还能明白小信号音频放大电路与功率放大电路的组成特点、工作原理，学会设计可控增益音频信号放大器，并且能够很好的运用到实际生活中去，推动可控音频增益领域的新潮，设计可控增益音频放大器也变得更具有实际意义。
低频放大电路
2.1基本放大电路
2.1.1共发射级放大电路
共发射级放大电路是指电路的输出输入端公用晶体管的发射级，其电路的基本特点是输出电压和输入电压相位相反，输入电阻和输出电阻大小在基本放大电路中都属于中等水平，但是因为共发射级放大电路对基本的电流放大，电压放大和功率放大的都有很好的增益效果，因此其多用于多级放大和集成放大器的中间级。
2.1.2共集电极放大电路
共极集电极放大电路是指电路的输出级与输入级共用晶体管的集电极，器电路的输出电压与输入电压不但大小近似相等（即U0略小于U1），而且相位相同，输出电压有跟随输入电压的特点，通常我们也称作为射极跟随器。又由于共集电极放大电路具有电压放大倍数小于1而且接近于1，输出电压与输入电压同向，输入电阻较大，输出电阻较小对信号源的影响小，常用作多级放大电路的输入级，又由于共集电极放大电路的输出 电阻很小而具有较强的负载能力和足够的动态范围，也做多级放大电路的输出级，和集成放大器的输出级。
2.1.4差分放大电路
差分放大电路由于其电路的高度对称性和等额负反馈作用，具有稳定静态工作点，并且凭借放大差模信号抑制共模信号作为差分放大电路最重要的特点，被大量的应用在测量电路和直接耦合电路的输入级放大。但是由于差分放大电路结构复杂、分析繁杂，特别是对差模输入和共模输入信号具有各自不同的多种分析方法，但也正因为这样差分放大电路一直是模拟电子技术中的难点和重点。差分放大电路按照输入输出方式分：有双端输入双端输出、单端输入单端输出、单端输入双端输出和双端输入单端输出四种类型。差分电路的应用特别广泛，多用于小信号放大，用于多级放大电路的输入级。在集成运算放大器电路中输入级都要用差分放大电路，就是利用差分电路的对称性来减小温度漂移，提高电路的共模抑制比。
2.1.5甲类功率放大电路
甲类功率放大电路就是Q点设定在负载线的中点附近，晶体管在输入信号的整个周期内都导通。放大电路既可以推挽工作，也可以单一晶体管工作。因为放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以交替失真以及瞬态失真较小。电路简单，方便调试。但由于其效率相当低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25%，且有较大的非线性失真，使其被广泛利用形成很大的约束。
2.1.6乙类功率放大电路
乙类功率放大电路是指放大器的静态点在电源电压和0电压之间某处，当输入信号的电压值为0时，输出端几乎不消耗功率。在输入电压大于0时，一端截止一端导通时，输出端的正半周为正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波或者电压在小于0时，也只有一管工作，所以必须用两管在周期内轮流转换的工作。乙类放大电路的优点是效率较高理论值能高达80%，但是因为两管需要一定的导通电压，导致放大器有一部分在非线性区域内工作，所以就会出现较大的交越失真。即当信号在0.6V~ 0.6V之间时， 两个晶体管都无法导通而引起的。
2.1.7甲乙类互补功率放大电路
甲乙类互补功率放大电路就是晶体管的导通时间要比半周期多一点，如果要减少放大器的交越失真就必须用两管推挽工作才避免是真的出现。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。甲乙类的功率放大电路具有有效率较高，晶体管功耗较小的特点。当信号在0.6V+0.6V 之间时，就会在两个工作晶体管之间的VBE之间增加两个偏置电压来使晶体管导通，使输入信号在+ 0.6V之间大小的时候，T1，T2也能够线性的放大。不仅可以得到较高的功率增益，而且能很好的避免交越失真。理论上如果采用这种电路放大器功率可达到最大值为78.5%，但实际上功率的最大值在大约70%就会受到输出级反馈和外联电路的影响，另外当功放在推动普通的听音乐的条件下电路的有效功率能仅保持在30%左右，其中电路的功放的效率为35%左右。
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