音頻功率放大器設計及實現(xiàn)概述

摘 要：人們的日常生活離不開音響，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、電路設計等對功率放大器有著重要的作用。音響功率放大器通過擴大頻率可以有效的將聲音放大而保證聲音不失真，這對音響設備的設計、使用和維修過程有著重要作用。本文將對音頻功率放大器的設計展開學習論述，從而使人們更加了解音頻功率放大器的內(nèi)部結構。

關鍵詞：音頻功率；放大器；設計

中圖分類號：TN722.75

自上世紀末人們就開始對音頻功率放大器展開研究，伴隨著一個世紀的探索，音頻功率放大器這項技術已有了長足的進步，在元器組件、電路設計、音質(zhì)保真方面取得了較大的進展，可以將失真度進行有效的控制在百分之零點零一。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，這在人類追求精神文明的今天是很有必要的，可以滿足不同人群對音樂的不同追求。實際上，設計一款優(yōu)質(zhì)完美的音頻功率放大器并不是一件簡單的事，需要設計個工作人員不斷進行新的嘗試，從而探索出符合人們實際需求的產(chǎn)品。

1 電路與頻響之間的關系

音頻功率放大器所選器件和組合形式的不同，決定了設備會出現(xiàn)阻抗、聲音失真、頻響、信噪比等相關性能之間的差異，這些差異最終會影響音響音質(zhì)。所以，人們在對音頻功率放大器研究的過程中，更加傾向于寬闊平坦的頻響，這樣可以對整個音頻的平衡度有一個較好的把握，從而使電路失真可以得到較好的控制。一些高頻信號經(jīng)過電容器反饋產(chǎn)生了密勒效應，近似等于放大器的輸出端并聯(lián)了一個密勒電容。研究人員認為，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，場效應管的特點包括：輸入的阻抗高、噪音系數(shù)小、動態(tài)范圍大等。所以，場效應管和三級管可以共同構成現(xiàn)代保真音頻放大器的重要組件。音頻功率放大器的互補對稱放大器是通過不同極性的放大器組件相互構成的，從而構成了高保真的放大器。在設備實際運行的過程中，會出現(xiàn)對稱放大功能，可以抵消失真的偶次諧波，進而有效的降低聲音的失真度。研究人員認為，晶體管兩級的電容在充電的過程中，會延遲系統(tǒng)功放輸出的信號，從而使輸出信號在輸入信號之后。產(chǎn)生的負反饋會引發(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計

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通的狀態(tài)，并存在開關失真等問題。本文設計的音頻功率的設計框架如圖1所示，制作出滿足現(xiàn)代人需要的音頻放大器[1]。音頻功率放大器通過接收音頻信號，將其傳輸至前端低放電路，對數(shù)據(jù)經(jīng)過沃爾漫電路、共源共基電路、恒壓源電路傳輸至推動級，推動級通過反饋電路與沃爾漫電路互通，最后由推動級將音頻傳送至末級進行功放。

2.1 音源切換電路

音頻功率放大器進行切換的時候，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的傳輸路徑，如圖2所示。音源切換電路采用5檔切換開關，對5路繼電器進行控制[2]。電路所用的電壓為12V，電阻為700歐姆左右，采用穩(wěn)壓器對繼電器兩端的電壓進行控制，保證5路繼電器和其他電路共同使用。

2.2 末級功放電路

音頻功率放大器采用的是2SC5200的大功率管為末級功放三極管，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就是音頻的失真度低、頻響較寬、增益和線性好。前置低放電路中串聯(lián)的電阻可以構成分壓電路，為基極提供電壓。電路中的結行場效應管中的漏極電壓就可以控制在11.2伏左右，從而保證了結型場效應管安全可靠的與地面連接進行工作[4]。結型場效應的兩端的電壓較低，不能在較高電壓的環(huán)境下工作，其兼作輸入中點電位對輸入電路的靜態(tài)電流、電阻進行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)在設計過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，設計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，可以把場效應管的兩端電流控制在100毫安左右。這樣設計，就可以在大功率的條件下，使場效應管電壓控制器件的柵極阻抗高，當靜態(tài)電流變大時，會伴隨振蕩的產(chǎn)生。

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

3 結束語

音響是人們生活中必不可少的設備，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系談起，進而對音頻功率放大器的設計從三個方面展開了敘述，即：音源切換電路、末級功放電路、前置低放電路，并附著直觀的圖片進行詳細的講解，從而使人們對音頻功率放大器的設計有較全面的了解。希望本文對讀者有些許幫助。

參考文獻：

[1]來新泉，韓艷麗，李俊.驅(qū)動死區(qū)時間控制及其對D類音頻功率放大器穩(wěn)定性的影響[J].中國集成電路，2010（22）：130-135.

[2]朱樟明，過偉，楊銀堂.CMOSPWMD類音頻功率放大器的過流保護電路[J].固體電子學研究與進展，2010（24）：271-275.

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

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

作者簡介：盧學燕（1991.05-），女，甘肅臨夏回族自治州人，2011級本科生，研究方向：電子信息工程。

作者單位：西北師范大學，蘭州 730070