音频放大电路设计

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

目录

第一章：设计要求
第二章：整体思路
第三章：具体电路设计
1、MIC放大电路
2、功率放大电路
3、正弦波发生电路
4、方波发生电路
5、加法电路
6、Line-in电路
7、音频调节电路
第四章：总结
第五章：附录

第一章 设计要求

1、基本要求
• 功能要求 ：话筒扩音、音量控制、混音功能
• 额定功率：1W(失真度THD≤5%)
• 负载阻抗：8Ω
• 频率响应：fL≤50Hz，fH≥20kHz
• 输入阻抗：20kΩ
• 话音输入灵敏度：5mV
2、提高要求
音调控制特性：1kHz处增益为0dB，
125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围。
3、发挥部分
可自行设计实现一些附加功能

第二章 整体思路

基础要求部分：
本设计的正弦波与方波发生电路为独立模块，不参与音频放大电路。正弦波与方波可以用于验证加法器的正确性。音频信号经过初级MIC放大后接入功率二级放大，实现音频基本输出。在单路音频输出的基础上，加上Line-in信号，Line-in信号与MIC放大信号接入加法器，混合后进行功率放大。
整体框图：

第三章：具体电路设计

1、MIC放大电路
仿真图：

原理：图中用函数发生器模拟咪头产生mv级别的信号，C1起滤波作用，滤除直流噪音。R1与R4为咪头提供偏置电压。R3与R2决定放大倍数，Av=1+R3/R2,R3为电位器，实现放大倍数可调。
仿真结果：

由于仿真软件问题，对偏置电阻的位置做了修改，引入了直流分量，但从波形图中可以看出波形为Vpp约等于62V ，输入为振幅1V的正弦波信号，图中放大倍数为31倍，仿真结果正确。
实际效果：
输入有效值为10mv的正弦波信号，改变频率，得到以下结果

在10hz~50khz的带宽内，波形均未失真，且衰减幅度小于3dB。
2、功率放大电路
仿真图：

原理：C3起滤波作用，Av=1+R6/R3
仿真结果：

仿真图中Av=20*0.35/0.68=10.3,波形图中输入100mv,输出大约为1.03V，仿真正确。
实际效果：
输入有效值为200m，分别输入不同频率的正弦波信号，结果如下

频率在10HZ~50KH内波形均为失真，有8*0.707=5.6可知，在输入10HZ时，衰减大于3dB，其他均小于3dB。
本设计要求为输入有效值为10mv的信号，输出1W的功率，则最总输出电压的Vpp=4V，连接MIC放大与功率放大器，调节电位器，这样可以避免匹配输入输出阻抗的麻烦。测试效果如下：

在20HZ~50KHZ的频率均为发生失真，由4*0.707=2.828可得，测试得频率衰减均小于3dB。
3、正弦波发生电路
仿真图：

实际中采用双联电位器控制频率，用电位器控制幅度。
原理：采用文氏电桥正弦波振荡电路。f=1/(2Π*R1R4C3C1)，起始二极管未导通，放大倍数为1+30/10=4>3,二极管导通后，放大倍数为1+（30//47）/10=2.83<3,放大倍数在3左右振荡，形成正弦波。
仿真效果：

在大约10ms后开始起振，15ms左右达到稳定幅值。
实际效果：

调节两个电位器可以实现输出Vpp=100mv,f=1kHZ的正弦波信号。
4、方波发生电路
仿真图：

原理：采用过零比较器，输入为正弦波，输出为方波。
仿真结果：
由于仿真软件的问题，仿真后的幅值达到几千伏，以实际效果为准。
实际效果：

正弦波与方波的频率是通过一个双联电位器共同调节的，两者的频率是一样的。
5、加法电路
仿真图：

原理：采用同相加法器，电阻均采用1K，实现只混合，不放大。
仿真结果：

1V的正弦波与1V的方波混合，结果正确。
实际效果：
将正弦波发生电路与方波发生电路接入加法器，得到如下结果：

与仿真结果相符。
6、Line-in电路
仿真图：

原理：C4起滤波作用，R2用于调节输出幅度。
仿真结果：

输入2Vp的正弦波，Av=200.05/(200.05+1)=0.5,波形图中为1Vp的信号，结果正确。
7、音频调节电路
仿真图：

原理：图中1KH的信号可以通过，且调节R6，R7，1KHZ的信号均不发生改变。输入125HZ的信号，调节R6可以实现振幅变化；输入8KHZ的信号，调节R7可以实现振幅变化。
仿真结果：
①1KHZ

由以上结果可知，基本符合要求，在1KHZ处增益为1。
实际效果：
输入100mv有效值正弦波信号

②125HZ

由以上仿真可知，由-12dB~+13dB的增益。
实际效果：
输入100mv有效值正弦波信号

③8KHZ

由以上可知，调节范围在-20dB~+13dB.
实际效果：
输入100mv有效值正弦波信号

由以上实际结果可知：
1KHZ出符合要求，125HZ处只有-10.9_{11.48dB可调；8KHZ只有-8.52}8.26dB可调。

第四章：总结

1、先仿真，再焊接电路。
2、模块化思维，预留接口。
3、实践出真知，不能全部依赖仿真。
4、电路实现方式，前期可以采用洞洞板，方便修改调试电路，后期可以打板或快速制版。

第五章：附录