音頻功率放大器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)概述

摘 要：人們的日常生活離不開(kāi)音響，音頻功率放大器是音響的重要組成部分。音頻放大器的組成原件、電路設(shè)計(jì)等對(duì)功率放大器有著重要的作用。音響功率放大器通過(guò)擴(kuò)大頻率可以有效的將聲音放大而保證聲音不失真，這對(duì)音響設(shè)備的設(shè)計(jì)、使用和維修過(guò)程有著重要作用。本文將對(duì)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)展開(kāi)學(xué)習(xí)論述，從而使人們更加了解音頻功率放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：音頻功率；放大器；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN722.75

自上世紀(jì)末人們就開(kāi)始對(duì)音頻功率放大器展開(kāi)研究，伴隨著一個(gè)世紀(jì)的探索，音頻功率放大器這項(xiàng)技術(shù)已有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在元器組件、電路設(shè)計(jì)、音質(zhì)保真方面取得了較大的進(jìn)展，可以將失真度進(jìn)行有效的控制在百分之零點(diǎn)零一。近些年，在音頻研究人員不斷的研究之下，市面上出現(xiàn)了許多高質(zhì)量的音頻功率放大器，這在人類(lèi)追求精神文明的今天是很有必要的，可以滿(mǎn)足不同人群對(duì)音樂(lè)的不同追求。實(shí)際上，設(shè)計(jì)一款優(yōu)質(zhì)完美的音頻功率放大器并不是一件簡(jiǎn)單的事，需要設(shè)計(jì)個(gè)工作人員不斷進(jìn)行新的嘗試，從而探索出符合人們實(shí)際需求的產(chǎn)品。

1 電路與頻響之間的關(guān)系

音頻功率放大器所選器件和組合形式的不同，決定了設(shè)備會(huì)出現(xiàn)阻抗、聲音失真、頻響、信噪比等相關(guān)性能之間的差異，這些差異最終會(huì)影響音響音質(zhì)。所以，人們?cè)趯?duì)音頻功率放大器研究的過(guò)程中，更加傾向于寬闊平坦的頻響，這樣可以對(duì)整個(gè)音頻的平衡度有一個(gè)較好的把握，從而使電路失真可以得到較好的控制。一些高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)電容器反饋產(chǎn)生了密勒效應(yīng)，近似等于放大器的輸出端并聯(lián)了一個(gè)密勒電容。研究人員認(rèn)為，密勒電容是制約放大器頻響的重要的元素，電容的容抗主要作用于音頻功率放大器的低頻頻響，并且上述的元素都與電路的組態(tài)密不可分。

眾所周知，場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)包括：輸入的阻抗高、噪音系數(shù)小、動(dòng)態(tài)范圍大等。所以，場(chǎng)效應(yīng)管和三級(jí)管可以共同構(gòu)成現(xiàn)代保真音頻放大器的重要組件。音頻功率放大器的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大器是通過(guò)不同極性的放大器組件相互構(gòu)成的，從而構(gòu)成了高保真的放大器。在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)對(duì)稱(chēng)放大功能，可以抵消失真的偶次諧波，進(jìn)而有效的降低聲音的失真度。研究人員認(rèn)為，晶體管兩級(jí)的電容在充電的過(guò)程中，會(huì)延遲系統(tǒng)功放輸出的信號(hào)，從而使輸出信號(hào)在輸入信號(hào)之后。產(chǎn)生的負(fù)反饋會(huì)引發(fā)低瞬態(tài)互調(diào)失真，即使晶體管兩極的電容較小，其產(chǎn)生的影響主要作用于高頻段，但是仍然對(duì)前沿很陡的波形有巨大的影響。所以，要減小低瞬態(tài)互調(diào)失真，就要降低電路的相移量。

2 音頻功率放大器的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的音頻放大器的耗電量較大、笨重、效率較低，失真性較大，其晶體管始終處于導(dǎo)通的狀態(tài)，并存在開(kāi)關(guān)失真等問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)的音頻功率的設(shè)計(jì)框架如圖1所示，制作出滿(mǎn)足現(xiàn)代人需要的音頻放大器[1]。音頻功率放大器通過(guò)接收音頻信號(hào)，將其傳輸至前端低放電路，對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)沃爾漫電路、共源共基電路、恒壓源電路傳輸至推動(dòng)級(jí)，推動(dòng)級(jí)通過(guò)反饋電路與沃爾漫電路互通，最后由推動(dòng)級(jí)將音頻傳送至末級(jí)進(jìn)行功放。

2.1 音源切換電路

音頻功率放大器進(jìn)行切換的時(shí)候，要控制好音頻的質(zhì)量，采用小型的繼電器，使之最大限度的縮小信號(hào)的傳輸路徑，如圖2所示。音源切換電路采用5檔切換開(kāi)關(guān)，對(duì)5路繼電器進(jìn)行控制[2]。電路所用的電壓為12V，電阻為700歐姆左右，采用穩(wěn)壓器對(duì)繼電器兩端的電壓進(jìn)行控制，保證5路繼電器和其他電路共同使用。

2.2 末級(jí)功放電路

音頻功率放大器采用的是2SC5200的大功率管為末級(jí)功放三極管，其特征頻率大于等于30赫茲，C-E之間的擊穿電壓大于等于160伏特，CM之間允許的電流大于等于15安培，兩級(jí)之間最大的耗散功率大于等于150瓦特[3]。這樣可以使輸出的功率有所提高。

2.3 前置低放電路

前置低放電路最大的特點(diǎn)就是音頻的失真度低、頻響較寬、增益和線(xiàn)性好。前置低放電路中串聯(lián)的電阻可以構(gòu)成分壓電路，為基極提供電壓。電路中的結(jié)行場(chǎng)效應(yīng)管中的漏極電壓就可以控制在11.2伏左右，從而保證了結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管安全可靠的與地面連接進(jìn)行工作[4]。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)的兩端的電壓較低，不能在較高電壓的環(huán)境下工作，其兼作輸入中點(diǎn)電位對(duì)輸入電路的靜態(tài)電流、電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中要將電流控制在1.4毫安左右，這樣才能使電壓變成偏置電壓。為了得到10瓦特左右的功率，設(shè)計(jì)的靜電電流要在可控制的范圍內(nèi)，如果需要更高的功率，就要改變末極功率的電源電壓，可以把場(chǎng)效應(yīng)管的兩端電流控制在100毫安左右。這樣設(shè)計(jì)，就可以在大功率的條件下，使場(chǎng)效應(yīng)管電壓控制器件的柵極阻抗高，當(dāng)靜態(tài)電流變大時(shí)，會(huì)伴隨振蕩的產(chǎn)生。

前級(jí)電路的常規(guī)放大倍數(shù)為10倍左右。音頻放大器采用了專(zhuān)門(mén)的高音頻專(zhuān)用管，使音響在整體上提升信噪比和頻率轉(zhuǎn)換速率，有效的降低了開(kāi)關(guān)失真的不良后果。本專(zhuān)用管采用2SJ77，將其工作點(diǎn)調(diào)節(jié)至最佳的狀態(tài)。

3 結(jié)束語(yǔ)

音響是人們生活中必不可少的設(shè)備，小到電腦音響，大到電影院的放映廳。隨著人們生活水平的提高，對(duì)音響的追求也與日俱增。音響根據(jù)人們的生活水平、文化層次、音樂(lè)修養(yǎng)、欣賞水平的不同而有所差異，但人們共同追求的是高保真音質(zhì)。本文從電路與頻響之間的關(guān)系談起，進(jìn)而對(duì)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)從三個(gè)方面展開(kāi)了敘述，即：音源切換電路、末級(jí)功放電路、前置低放電路，并附著直觀的圖片進(jìn)行詳細(xì)的講解，從而使人們對(duì)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)有較全面的了解。希望本文對(duì)讀者有些許幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]來(lái)新泉，韓艷麗，李俊.驅(qū)動(dòng)死區(qū)時(shí)間控制及其對(duì)D類(lèi)音頻功率放大器穩(wěn)定性的影響[J].中國(guó)集成電路，2010（22）：130-135.

[2]朱樟明，過(guò)偉，楊銀堂.CMOSPWMD類(lèi)音頻功率放大器的過(guò)流保護(hù)電路[J].固體電子學(xué)研究與進(jìn)展，2010（24）：271-275.

[3]張平，朱貴憲.D類(lèi)音頻功放知多少——談D類(lèi)放大器在音頻功放領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].電子制作，2012（25）：149-150.

[4]曾標(biāo).基于LM4562?LM4702CTA的合并式音頻功率放大器的設(shè)計(jì)與制作[J].音響技術(shù)，2011（23）：163-167.

作者簡(jiǎn)介：盧學(xué)燕（1991.05-），女，甘肅臨夏回族自治州人，2011級(jí)本科生，研究方向：電子信息工程。

作者單位：西北師范大學(xué)，蘭州 730070