前置放大器的设计与应用
前置放大器的设计与应用
一、 实验目的
1．理解前置放大器的相关概念，理解差模信号与共模信号，了解当前最新的一些前置放大器IC 的类别及主要指标和特性，学习前置放大器的设计技巧。
2．实际进行差分信号产生、测试；用单运放构成仪表放大器，并进行性能测试；
3．利用前置放大器IC 进行设计、测试与应用。
4．了解阻抗匹配、偏置电路设计及共模信号抑制的常用方法。
二、 实验仪器及器件
1．实验所需设备
2 基础实验部分所需器件 扩展实验部分所需器件
三、 预习要求
1．根据提供的附件材料理解与前置放大器相关的一些概念，复习函数信号发生器、数字示波器等仪器的使用方法。理解文氏电桥振荡电路原理。
2．学会阅读IC 的英文数据手册，理解运放各主要指标特性的含义。
3．复习运放进行线性放大的相关理论知识，能对输入电阻、输出电阻、共模抑制比CMRR 及增益进行计算。主要相关概念及公式如下：
差模信号是两个输入电压之差：υid=υi1-υi2
共模信号是两个输入电压的算术平均值：υic=(υi1+υi2)/2
差模电压增益：A VD=υod/υid =υod/(υi1-υi2)
共模电压增益：A Vc=υoc/υic =2*υoc/(υi1+υi2)
根据线性放大电路叠加原理求出总的输出电压：υo= A VD υid+ A Vc υic
共模抑制比：K CMR=| A VD / A Vc |
共模抑制比用分贝数（dB ）表示：K CMR=20lg| A VD / A Vc | dB
四、实验原理
通过传感器输入的信号，一般信号幅度很小(毫伏甚至微伏量级)，且常常伴随有较大的噪声。对于这样的信号，第一步通常是采用仪表放大器先将小信号放大。这个放大的最主要目的不是增益，而是提高电路的信噪比，将需要的信号从噪声中分离出来；同时仪表放大器电路能够分辨的输入信号越小越好，动态范围越宽越好。仪表放大器电路性能的优劣直接影响到智能仪表仪器能够检测的输入信号范围。
图1 典型三运放仪表放大器电路
仪表放大器电路的典型结构如图1所示。它主要由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1、A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R1和R3，R2和R4的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R5=R6，R1=R3，R2=R4的条件下，图1电路的增益为：G=(1+2R5／Rg)(R2／R1)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。
运放作为模拟电路的主要器件之一，能处理双极性或单极性信号：双极性就是信号在变化的过程中要经过“零”点，单极性不过“零”点，只在一边变化。在供电方式上有单电源和双电源两种，双电源供电运放的输入可以是在正负电源之间的双极性信号，而单电源供电的运放的输入信号只能是0~供电电压之内的单极性信号，其输出亦然。双电源供电的运放电路，可以有较大的动态范围；单电源供电的运放，可以节约一路电源。单电源供电的运放的输出是不能达到0V的，对接近0V的信号放大时误差很大，且容易引入干扰；而双电源供电的稳定性比单电源的要好。单电源供电对运放的指标要求要高一些，般需要用轨对轨(R-R)，运放的价格一般会贵点。单电源用V+，GND，一般还需生成一个与GND不同的模拟地AGND，因此放大电路的构成形式上有所不同，往往用单电源的电路较用双电源的要稍复杂一些，以达到同样的目的。随着器件水平的提高，有越来越多的用单电源供电代替双电源供电的应用，这是一个趋势。
差分信号就是幅度相同、相位相差180°的两信号。运放处理的是这对信号的差值，它们的共模信号则被抑制掉。这信号的共模电压可以处于运放输入信号范围内的任何电压。差分信号会具有两倍单端信号的摆幅。伪差分信号与差分信号类似，伪差分信号也是一对信号，但它的参考端或负端是一个直流电平，用来去除正端信号中的直流成分。伪差分信号与差分信号在减小地环流和噪声方面是非常相似的，不同的是差分输入模式下，负端输入是随时间变化的，而在伪差分模式下，负端输入是一个不变的直流参考。差分信号的主要好处是：能够很容易地识别小信号；一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端，而有用的只
是差值信号，因此对外部电磁干扰（EMI）是高度免疫的；在一个单电源系统，能够比较好的精确地处理双极性信号。
五、基础实验内容
前置放大器基础实验内容有有两个方面内容：一个是对差分信号进行了解、测量，第二个内容是以三运放构成的典型的仪表放大器为例，了解仪表放大器对差分小信号的放大，熟悉信号采用单端输入、双端输入的形式。
1．理解差模信号与共模信号的概念，如下图2(a)为一个电桥，通过改变RW1或RW2可以使A、B两点的电压改变，测量A、B两点的共模电压和差模电压。
点。图2(b)为将信号源输出信号转化为差分信号的电路，使用双通道示波器的两个探头同时测量A、B点对地波形，再使用一个探头测量AB两点间的波形，记录波形并描述特点（LM324供电电压±5V，信号源输出5KHz，3Vpp的正弦信号）。
图2(a) 差模与共模信号测量图2(b) 差分信号转换电路
2．分立运放构成典型仪表放大器电路的测试，理解共模信号与差模信号，测试共模与差模放大倍数，计算共模抑制比；理解单端输入、双端输入与差分输入方式进行放大电路设计（利用三个常用的运放OP07或uA741组成仪表放大器进行测试）。
（1）单端输入（将输入端一个接地，另一端接信号）：
如图3所示，将输入端一个接地，另一端接信号（接电桥B点）。用万用表测试B 点输入信号（调节RW2）及输出信号电压（OUT端对地电压）。此种方式可用于作一般单极性信号放大。
图3 典型仪表放大器单端输入信号电路
（2）共模信号双端输入（即同时从两输入端输入一个信号）：
如图4所示，将两个输入信号端短接后接到电桥B点，此时为双端输入的一个共模信号，调整RW2，用万用表测试输入信号（B点电压）及输出信号电压。计算共模放大增
益。
图4 典型仪表放大器双端输入信号电路
（3）差模信号双端输入：
如图5所示，将两输入端分别接到A、B两点，调节RW1或RW2会导致电桥不平衡，在A、B两点得到一个差模信号，对仪表放大器而言还有共模输入信号。调节RW1或RW2，用万用表测试A、B点的输入电压和输出信号电压（OUT端对地电压）。
（
（5）分析RW3的作用。
图5 典型仪表放大器输入差模信号电路
六、扩展实验内容
前置放大器扩展实验内容包括两个方面的内容：一个是利用专用的仪表放大器来对交流差分小信号进行放大，另一个是实现语音前置放大的具体实例。
1．利用专用仪表放大器AD623放大5KHz的差分信号。(注意VCC+和VSS-之间的电压差不能大于10V。理解单电源供电、双电源供电、单极性输出、双极性输出方式、增益改变及输出偏置调整。)
图6 专用仪表放大器AD623应用电路
图6中的A、B端子指的是图2(b)中差分信号输出端A、B。将此信号用100K和1K电阻分压后作为AD623的输入信号。
（1）双电源供电：VCC+接+5V，VSS-接-5V。将图2(b)中产生的差分信号经分压网络后接信号输入端IN+、IN-。
（2）调节RW1和RW2，记录现象。在波形无失真时用示波器测量输入、输出电压，计算增益。
（3）单电源供电：VCC+接+5V，VSS-接地。
（4）调节RW1和RW2，记录现象。在波形无失真时用示波器测量输入、输出电压，计算增益。
（5）计算输入、输出电阻，分析如何实现输入阻抗匹配及输出阻抗匹配。
2．利用专用仪表放大器AD623作语音前置放大。电路图如下图6所示，在AD623的输入端2、3脚接上一个小喇叭或小耳机，对着喇叭说话，用示波器测量6脚OUT的波形。调节RW1及RW2，记录波形如何变化。另外可在OUT端及AGND端接上喇叭，可以听声音效果。
图7 专用仪表放大器AD623作语音前置放大电路3．对于电容式话筒，比如驻极体话筒，利用AD623设计一个语音前置放大电路。
七、思考题
1．总结实验过程中的调试过程。
2．前置放大器应用总结、分析：
3．主要分析如下内容：单端输入、双端输入、差分输入、双电源工作、单电源工作、输入耦合、阻容元件匹配、提高信噪比及共模抑制比的方法等。
4．总结实验的收获、体会及遇到的问题。
八、实验电路的制作及调试注意事项
1．注意供电电源的范围，注意正负电源一定要共地线。
2．选择5KHz不失真波形送到AD623进行放大。
3．分立运放构成典型仪表放大器电路中元器件较多，特别要注意各处电阻不要连错。要学会多用万用表检测各点的电压来判断故障所在。
4．示波器测量AD623的输出时是相对AGND进行。
《前置放大器设计与应用》实验补充资料
一、有关概念：
1、共模信号与差模信号：
当两个输入端的输入电压分别为V i1和V i2时，两信号的差值称为差模信号，两信号的算术平均值你为共模信号，即：
差模信号：V id=(V i1-V i2) 共模信号：V ic=(V i1+V i2)/2
根据以上定义，可以写成V i1= V ic + V id /2 和V i2= V ic - V id /2
可以看出，两个输入端的信号均可以分解为共模信号与差模信号两部分。
实际应用中，分析直流信号时一般称为差模信号，分析交流信号时称为差分信号。
2、差分信号与伪差分信号：
差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统“地”被用作电压基准点，当“地”用作电压测量基准时，这种信号就被称之为单端信号。
区别于一般的一根信号线一根地线的信号，差分信号要用两根线来传输，这两个信号的振幅相等，相位相反，两根线上电压差值即表示信号。这两根线上传输的信号就是全差分信号，也就是常说的差分信号。该信号跟地不发生直接关系，也就是说，差分信号的传输，“地”是可以浮动的，两根差分线跟“地”之间的阻抗可以是高阻。差分信号能够抑制共模噪声，所以可以得到更高的信噪比。
伪差分与全差分信号类似，伪差分信号也是一对信号，但它的参考端或负端是一个直流电平，前面所说的单端信号可以看作是一种特殊的伪差分信号（参考端为地）。差分输入模式下，负端输入是随时间变化的，而在伪差分模式下，负端输入一定仅仅是一个参考。
差分信号有如下主要特点：
①抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0，即，噪声对差分信号不产生影响。
②能有效抑制电磁干扰（EMI）。由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。
③能够很容易地识别小信号。在一个地做基准的单端信号系统里，测量信号的精确值依赖系统内“地”的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大，小信号有可能就被湮没。差分信号是自己控制“基准”电压，与'地'的精确值无关，所以在某一范围内很容易识别小信号。
④在一个单电源系统中，能够从容精确地处理“双极性”信号。为了处理单端、单电源系统的双极性信号，我们必须在地和电源之间某任意电压处(通常是中点)建立一个虚地。
用高于虚地的电压来表示正极性信号，低于虚地的电压来表示负极性信号。接下来，必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号，不需要这样一个虚地，而无须依赖虚地的稳定性。
⑤时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。
3、双极性与单极性：
双极性就是信号在变化的过程中要经过“零”（或地），单极性不过”零”,只在“零”点的一边变化。
4、共模抑制比：
为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Avd与对共模信号的电压放大倍数Avc之比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR来表示。
5、差模输入阻抗：
运放工作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容，在低频时仅指输入电阻。一般产品也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧；场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。
6、共模输入阻抗：
运放工作在输入信号时（即运放两输入端输入同一个信号），共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下，它表现为共模电阻。通常，运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多，典型值在108欧以上。
7、输出阻抗：
运放工作在线性区时，在运放的输出端电压变化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指运放的输出电阻。这个参数在开环测试。
8、轨到轨概念：
从输入来说, 其共模输入电压范围（信号对地电压输入叫共模）可以从负电源到正电源电压；从输出来看, 其输出电压范围可以从负电源到正电源电压。“轨到轨（rail-to-rail）”的特性即：它的输入或输出电压幅度即使达到电源电压的上下限，此时放大器也不会像常规运放那样发生饱和与翻转。例如，在＋5V单电源供电的条件下，即使输入、输出信号的幅值低到接近0V，或高至接近5V，信号也不会发生截止或饱和失真，从而大大增加了放大器的动态范围。这在低电源供电的电路中尤其具有实际意义。
9、信噪比：
即SNR（Signal to Noise Ratio），狭义来讲是指放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比，常常用分贝数表示。设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说，信噪比越高，说明混在信号里的噪声越小，否则相反。差分输入的SNR 通常比单端输入要高得多。
10、供电方式（单电源供电，双电源供电）：
运放作为模拟电路的主要器件之一，在供电方式上有单电源和双电源两种，双电源供电的运放的输入可以是在正负电源之间的双极性信号，而单电源供电的运放的输入信号只能在0~供电电压之内的单极性信号，其输出亦然。双电源供电的运放电路，可以有较大的动态范围；单电源供电的运放，可以节约一路电源。
单电源供电的运放的输出是不能达到0V的，而双电源供电的稳定性比单电源的要好。单电源运放对接近0V的信号放大时误差很大，且容易引入干扰。单电源供电对运放的指标要求要高一些，一般需要用轨对轨(R-R)，运放的价格一般会贵点。随着器件水平的提高，有越来越多的用单电源供电代替双电源供电的应用，这是一个趋势。
11、零点漂移（零漂）：
在直接耦合的放大电路中，即使将输入端短路，在输出端也会有变化缓慢的输出电压。这种输入电压为零而输出电压偏离原来起始点而上下漂动的现象，称为零点漂移现象。
12、失调电压：
又称输入失调电压，记为Uio ，即室温及标准电源电压下，运放两输入端间信号为零时，为使输出为零，在输入端加的补偿电压。
13、开环带宽BW(-3dB带宽)：
将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，在运放的输出端测得开环电压增益下降3dB（或是相当于运放的直流增益的0.707）所对应的信号频率。这个指标主要用于小信号处理中运放的选型。
14、单位增益带宽GB：
运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3dB（或是相当于运放输入信号的0.707）所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增益以后，可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放。这个指标主要用于小信号处理中运放选型。
15、全功率带宽BW：
在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端，使运放输出幅度达到最大（允许一定失真）的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似地，全功率带宽=转换速率/2πV op（Vop是运放的峰值输出幅度）。全功率带
宽是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。
16、转换速率（也称为压摆率）SR：
运放接成闭环条件下，将一个大信号（含阶跃信号）输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。由于在转换期间，运放的输入级处于开关状态，所以运放的反馈回路不起作用，也就是转换速率与闭环增益无关。转换速率对于大信号处理是一个很重要的指标，对于一般运放转换速率SR<=10V/μs，高速运放的转换速率SR>10V/μs。目前的高速运放最高转换速率SR达到6000V/μs。这用于大信号处理中运放选型。
17、建立时间：
在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个阶跃大信号输入到运放的输入端，使运放输出由0增加到某一给定值的所需要的时间。由于是阶跃大信号输入，输出信号达到给定值后会出现一定抖动，这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+上升时间=建立时间。对于不同的输出精度，稳定时间有较大差别，精度越高，稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。同时作为A/D转换前端信号调理时也直接影响整个数字信号输出的延迟时间。
18、等效输入噪声电压：
屏蔽良好、无信号输入的运放，在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时，就称为运放等效输入噪声电压（有时也用噪声电流表示）。对于宽带噪声，普通运放的输入噪声电压有效值约10~20μV。
19、偏置电流:
运放是集成在一个芯片上的晶体管放大器, 偏置电流就是第一级放大器输入晶体管的基极直流电流，这个电流保证放大器工作在线性范围，为放大器提供直流工作点。因为运算放大器要求尽可能宽的共模输入电压范围，而且都是直接耦合的，不可能在芯片上集成提供偏置电流的电流源。所以都设计成基极开路的，由外电路提供电流。因为第一级偏置电流的数值都很小，从uA 到nA 数量级，所以一般运算电路的输入电阻和反馈电阻就可以提供这个电流了。而运放的偏置电流值也限制了输入电阻和反馈电阻数值不可以过大，否则不能提供足够的偏置电流，使放大器不能稳定的工作在线性范围。
二、前置放大器设计技艺：
设计工程师设计放大器时，主要关心的是供电方式、电源电流、信号类型、–3dB带宽、单位增益带宽、压摆率、共模抑制比(CMRR)、输入电压补偿和补偿电压温漂、噪声(指输入)以及输入偏置电流等指标，因而器件选型和电路设计都要围绕这些指标进行。
1、在使用多个运放构建仪表放大器时，要注意保证电阻之间的匹配性，以达到更高的共模抑制比。
2、为了保证仪表放大器的安全，需要在输入信号时加入保护电路，简单的一般使用二极管来箝位输入的共模和差分信号，并可以加限流电路来保护电路。
3、仪表放大器的输入阻抗高，共模抑制比高，放大的是差分信号。
4、仪表放大器一般在仪表、医疗、传感器信号调理等方面应用广泛，也可以用在需要对大噪声和干扰下的高阻抗的微弱信号的检测上。
5、对许多应用来说，要从噪声环境或直流偏移电压背景中提取出微弱的信号，CMRR 特性非常重要。运算放大器和仪表放大器都具有一定的共模抑制特性。但是仪表放大器能阻止共模信号出现在放大器的输出端。而运算放大器虽然也有CMR，但共模电压通常还是会以一定的增益随着信号传送到输出端。
6、仪表放大器是具有差分输入和单端输出的闭环增益电路单元。仪表放大器一般还有一个基准输入端，以便让使用者可以对输出电压进行上或下的电平移位。使用者可以用一个或多个的内部或外部电阻来设定增益。
7、对于小信号，单位增益带宽经常作为运放选型的重要指标，运算放大器闭环工作时，频率响应主要决定于单位增益带宽。当工作在大信号时，运算放大器的频率特性则不能用以上带宽衡量。对于大信号，压摆率是衡量放大器转换速率的重要指标。
8、如果设计要求一定要用大数值的反馈电阻和输入电阻，可以考虑用J-FET 输入的运放，因为J-FET 是电压控制器件, 其输入偏置电流参数是指输入PN结的反向漏电流, 数值应在pA 数量级。同样是电压控制的还有MOSFET 器件, 可以提供更小的输入漏电流。
长江大学电子信息学院孙先松
2011年4月18日星期一
音频功率放大器设计实验报告
题目：音频功率放大器电路 音频功率放大器设计任务 1、基本要求 （1）频带范围 200Hz —— 10KHz，失真度 < 5%。 （2）电压增益 >= 20dB。 （3）输出功率 >= 1 W (8欧姆负载)。 （4）功率放大电路部分使用分立元件设计。 发挥部分 （1）增加音调控制电路。 （2）增加话筒输入接口，灵敏度 5mV，输入阻抗 >> 20 欧姆。 （3）输出功率 >= 10W (8欧姆负载)。 （4）其他。 目录 1 引言····························································· 2 总体设计方案·····················································2.1 设计思路······················································· 2.2 总体设计框图··················································· 3 设计原理分析·····················································3.1设计总原理图 3.2设计的PCB电路图 ··· 1 引言 在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。
音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。本次设计旨在熟悉设计流程，达到基本指标。 2 总体方案 根据实验要求，本次设计主要是也能够是用集成功放TDA2030为主的电路 一、电路工作原理 图1所示电路为音频功率放大器原理图，其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率大于10W，频率响应为10~1400Hz，输出电流峰值最大可达3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热保护，可确保电路工作安全可靠。TDA2030使用方便、外围所需元器少，一般不需要调试即可成功。 RP是音量调节电位器，C1是输入耦合电容，R1是TDA2030同相输入端偏置电阻。 R2、R3决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为 （R2+R3）/R2=（0.68+22）/0.68=33.3倍，C2起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。 C4、C5为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。R4、R5称为茹贝网路，用以在电路接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。VD1、VD2是保护二极管，防止输出电压峰值损坏集成块TDA2030。 2．电流反馈 电流反馈是指在一个反馈电路中，若反馈量与输出电流成正比则为电流反馈;若反馈量与输出电压成正比则为电压反馈。通常可以采用负载短路法来判断。 从概念上说，若反馈量与输出电压（有时不一定是输出电压，而是取样处的电压）成正比则为电压反馈；若反馈量与输出电流（有时不一定是输出电流，而是取样处的电流）成正比则为电流反馈。在判断电压反馈和电流反馈时，除了上述方法外，也可以采用负载短路法。负载短路法实际上是一种反向推理法，假设将放大电路的负载电阻RL短路（此时，），若
音频功率放大器设计详解
音频功率放大器设计 一、设计任务 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度≤5mV，负载电阻等于8Ω的 条件下，音频功率放大器满足如下要求： 1、最大输出不失真功率P OM≥8W。 2、功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。 3、在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。 4、输入阻抗R i≥100kΩ。 5、具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高 音10kHz处有±12dB的调节范围。 二、设计方案分析 根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图所示框图实现。 下面主要介绍各部 分电路的特点及要求。 图1 音频功率放大器组成框图 1、前置放大器 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输
出驱动扬声器。声音源 的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低
前置放大器与功率放大器的性能解析9页
前置放大器与功率放大器的性能解析 前置放大器与功率放大器的性能解析2011-05-31 11：34 第一节前置放大器与功率放大器一、前置放大器1.前置放大器的功能与主要性能在歌舞厅、会堂以及家庭等场合，广泛使用的放大器分为音频放大器(亦称声频放大器)TAV放大器(视听放大器)两类。音频放大器又分前置放大器和功率放大器两种，它们只接收、放大、处理音频信号；而AV放大器可以接收、放大、处理音频和视频信号。在音频放大器中，前置放大器(又称电压放大器、控制放大器)的作用是对它的输入各种音频节目源信号进行选择和放大，并调整输入信号的频响、幅度等，以美化音质。功率放大器则是将前置放大器送来的信号进行无失真的单纯功率放大，以推动扬声器放音。前置放大器和功率放大器可以独立装成两台机器，也可以组装在一台机器内。组装在一起的称为综合功率放大器或综合放大器港台或市场上则称为合并式功放，而把分开做成两台机器的有时又称为前级和后级功放。①对各种节目源信号(如激光唱机、电唱机、调谐器、录音机或传声器)进行选择与处理；②将微弱的输入信号放大到0.5-1V，以推动后续的功率放大器；③进行各种音质控制、以美化音色。因此它的控制旋钮多、性能高，对改善整个音响系统的性能，提高音质、音色，以高保真的指标对音频信号进行切换、放大、处理并传递到功放级，具有极为重要的作用。它的地位和重要性相当于调音台，因为它的输入接自各种节目源信号，它的输出传输给功放和扬声器放大器也可以说是整个音响系统的控制中心。显然，在设计和选用音响系统设备时，采用前置放大器就不必再用调音台，或者反之，采用了调音台就不必选用前置放大器。从结构、能以及功能来说，前置放大器要比调音台简单些。2.前置放大器的主要性能前置放大器的主要性能指标有：失真度、信噪比、频率响应、转换速率(SR)、输入阻抗和动态范围等。①失真度。失真包括谐波失真和互调失真等，当然其值越小越好。作为高保真前置放大的最低要求，其谐波失真应≤0.5%。目前，前置放大器的指标可做得很高。谐波失真一般能做到小于0.01%，瞬态互调失真大多在0.05%以下。②信噪比。其值越大越好。作为高保真前置放大器对宽带信噪比的最低要求为≥50dB，现在做到90dB以上也不难了。③频率响应。作为高保真前置放大器对频响的最低要求为40- 1600Hz，允差≤±1.5dB，现在一般能做到20-20000Hz、通带内平直、正负不超过0,1%。④其他要求。除了以上三个最主要指标外，还有许多
差动式放大电路 课程设计
电子与电气工程学院 课程设计报告 课程名称模拟电子技术课程设计设计题目差动式放大电路 所学专业名称 班级 学号 学生姓名 指导教师 年月日
电气学院模拟电子技术课程设计 任务书 设计名称：差动式放大电路 学生姓名：指导教师： 起止时间：自年月日起至年月日止 一、课程设计目的 利用Multisim设计一个差动式放大电路。 二、课程设计任务和基本要求 设计任务：能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握设计的基本方法和步骤。 基本要求： 1. 加深对差动放大器性能及特点的理解； 2. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法； 3.在仿真软件中进行调试检测完成课程任务； 4.撰写课程设计论文要求符合模板的相关要求，字数要求3000字以上。 目录 摘要与关键词 (4)
1.设计任务 (4) 2.系统工作原理 (4) 3.总电路图设计 (5) 4.仿真测试与分析 (7) 4.1 静态工作点分析 (7) 4.2 直流信号输入 (7) 4.2.1 直流差模信号分析 (7) 4.2.2 直流共模信号分析 (8) 4.3 交流信号输入 (8) 4.4 双端输入分析 (10) 4.4.1 单端输入共模信号分析 (10) 4.4.2 双端输入共模信号分析 (11) 5.设计总结 (13) 6.主要参考文献 (13)
摘要与关键词 摘要：差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。 关键词：差动放大器；Multisim软件；示波器；耦合器；晶体管 1.设计任务 利用Multisim设计一个差动式放大电路。主要参数：选用三极管2N2222A，采用±12V的双电源，差模电压增益|Avd|>20，共模抑制比KCMR>>20. 2.系统工作原理 图一系统工作原理图 单元单路的设计与选择 如图所示采用两个完全一样的三极管组成对称式结构作为差分放大电路的基本单元。
低噪声前置放大器设计方法
低噪声前置放大器设计方法 一、研究的目的与意义 随着科研和生产的发展，越来越需要测量微弱信号。这些微弱信号常常埋在噪声中，特别是各种物理量(非电量)是通过传感器变换为等效电压信号而进行量测的，这种测昆需要恢复及记录其变化，甚至在生产流程当中还要进行过程控制。因此，要求设计检测仪器必须具育高灵敏度、能抑制噪声，使信噪比改善的良好性能，以满足检测出埋在噪声中的微弱信号的需要。木文着重讨论对信号提取后如何设计前置放大器问题。随着传感器应用的日益广泛，为能检测到由传感器转换来的微弱电信号，要求放大器具有极低的噪声。低噪声放大器对提高传感器测量弱信号的能力、测量范围和灵敏度都是极其重要的，也是很有必要的。本文论述的低噪声放大器除噪声低、频带宽这些特点外，还具有较强的输出能力，特别适于声传感器，当然也适于其它需要低噪声放大器的场合。要求放大器有较强的负载能力这一特点是由声传感器本身的特点以及测量范围的要求而决定的。实际要求当频率低于2MHZ时，输出电压幅值应达到7V(18V电源)，负载为500时的输出电流应大于70InA。 二、处理前置放大器的噪声 由传感器变换为等效电压信号，其中可能包括部分噪声(无用信号)。所以，在讨论前置放大器设计前，简单回顾一下放大器的噪声问题。 测量中噪声出现是一个所不希望的扰动和杂乱的随机信号，它是被测信号的自然背景和限制仪器性能的一个极其重要的因素。 由传感器测出非电量转换为电量信号是极其微弱的量。例如：核磁共振、顺磁共振的共振信号是以微伏级计的信号源等。对类似这种信号进行放大和传递过程中影响最大的是热噪声和器件内部固有噪声，这些正是要克服的对象。 所谓热噪声是由于电荷的无规则运动和导体中电子密度和热涨落而产生的一种噪声。由于传感器存在内阻，在达到热平衡情况下，其噪声电压与带宽具有正比关系。即当前置放大器的带宽增加时，所引起的噪声电压随之增加。因此，
高效率音频功率放大器设计文献综述【文献综述】
文献综述 电子信息工程 高效率音频功率放大器设计文献综述 一、前言 为了节约电路的成本，提高放大器的效率，采用普通的电子元器件设计高 效率音频功率放大器的方法，使用基本的运算放大器，构成PWM路，形成D 类功率放大器，实现了高效率，低失真的设计要求。为了提高电路的抗干扰性能，在设计中使用了电压跟随器，差动放大器，有源带通滤波器等。使设计获 得了良好的效果。 二、主题 在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的 不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放 而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。 音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。 （一）早期的晶体管功放 半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器。 早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为4kHz，大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3dB截止频率通常在10kHz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。“还
音频功率放大器设计(明细)
电气与电子信息工程学院《电子线路设计与测试B》报告 设计题目：多级音频放大电路的设计与测试专业班级：电子信息工程技术2013（1）班学号： 201330230118 姓名： 指导教师： 设计时间： 2015/07/13～2015/07/17 设计地点：K2—306
电子线路设计与测试B成绩评定表 姓名学号 专业班级电子信息工程技术2013级（1）班 课程设计题目：多级音频放大电路的设计与测试 课程设计答辩或质疑记录： 1、对一个音频功率放大器的前置级有什么要求？ 答：要求：一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。 2、试画出利用TDA2030/2030A实现的OTL功率放大器电路？ 答： 3、何为D类功率放大器？D类功率放大器有什么特点？ 答：(1)D类功放也叫丁类功放，是指功放管处于开关工作状态的功率放大器。 (2)特点：效率高、功率大、失真小、体积小。 成绩评定依据： 实物制作（40％）： 课程设计考勤情况（10％）： 课程设计答辩情况（20％）： 完成设计任务及报告规范性（30％）： 最终评定成绩： 指导教师签字： 年月日
目录 《电子线路设计与测试B》课程设计任务书 (4) 一、课程设计题目：多级音频放大电路的设计与测试 (4) 二、课程设计内容 (4) 三、进度安排 (4) 四、基本要求 (5) 五、课程设计考核办法与成绩评定 (5) 六、课程设计参考资料 (5) 多级音频功率放大电路的设计与测试 (6) 一、设计任务 (6) 二、设计方案分析 (6) 1、前置放大器 (6) 2、音调控制电路 (7) 3、功率放大器 (11) 三、主要单元电路参考设计 (11) 1、前置放大器电路 (12) 2、音调控制器电路 (12) 3、功率放大器电路 (14) 四、软件的仿真与调试 (15) 五、原理图与PCB的制作 (16) 六、音频功率放大器的调试 (17) 七、心得体会 (18) 八、附录 (19) 1、元件清单 (19) 2、实物图 (19) 3、文献 (19)
音响前置放大器
2013届课程设计说明书模板音响前置放大器 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名：鞠纯 指导教师：龙卓珉职称讲师 专业：电子信息工程 班级：电子1102班 完成时间：2013年6月10日
摘要 本文介绍了前置放大的构成、功能、及工作原理。所用芯片是价格便宜的带有真差动输入的LM324四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。本音响的功能是将输入音频信号进行放大，是一种可普遍用于家庭音响系统、立体声唱机等电子系统中，便于携带，适用性强。 关键词：前置放大；LM324;立体声唱机
ABSTRACT This paper introduce the structure ,function and working principle of the audio.The LM324 are low-cost,quad operational amplifiers withtrue differential inputs.They have several distinc advantages overstandard operational amplifier types in single supply voltages as low as 3.0V or 32V with quiescent currents about one-fifth of thoseassociated with the MC1741. The sound is the function of the input audio signal amplification,is generally available for home audio system,stereo player and other electronic system,convenient carrying,strong applicability. Key word preamplifier amplifiers;LM324;stereo player
差动放大器实验报告
差动放大电路的分析与综合（计算与设计）实验报告 1、实验时间 10月31日(周五)17:50-21:00 2、实验地点 实验楼902 3、实验目的 1. 熟悉差动放大器的工作原理(熟练掌握差动放大器的静态、动态分析方法) 2. 加深对差动放大器性能及特点的理解 3. 学习差动放大电路静态工作点的测量 4. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法 5. 熟悉恒流源的恒流特性 6. 通过对典型差动放大器的分析，锻炼根据实际要求独立设计基本电路的能力 7. 练习使用电路仿真软件，辅助分析设计实际应用电路 8. 培养实际工作中分析问题、解决问题的能力 4、实验仪器 数字示波器、数字万用表、模拟实验板、三极管、电容电阻若干、连接线 5、电路原理 1. 基本差动放大器 图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。 部分模拟图如下 1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据 3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 具有平衡电位器的 差动放大器 图是差动放大器的结 构。它由两个元件参数相 近的基本共射放大电路组 成。 1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据
3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 具有恒流源的差动放大器 图2-3是差动放大器的结构。它由两个元件参数相近的基本共射放大电路组成。 1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据 3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 图3.1 差动放大器实验电路 当开关K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。晶体管 T 3 与电阻3E R 共同组成镜象恒流源电路 , 为差动放大器提供恒定电流E I 。用晶体管恒流源代替发射极电阻 E R ，可以进一步提高差动 放大器抑制共模信号的能 力。 1、差动电路的输入输 出方式 根据输入信号和输出信号的不同方式可以有四种连接方式,即 : (l) 双端输入 -双端输出，将差模信号加在1s V 、2s V 两端 , 输出取自1o V 、2o V 两端。 (2) 双端输入 -单端输出，将差模信号加在1s V 、2s V 两端 , 输出取自1o V 或2o V 到地。 (3) 单端输入一双端输出，将差模信号加在1s V 上,2s V 接地 ( 或1s V 接地而信号加在2s V 上 ), 输出取自1o V 、2o V 两端。 (4) 单端输入 -单端输出 将差模信号加在1s V 上,2s V 接地 ( 或1s V 接地而信号加在2s V 上 ), 输出取自1o V 或2o V 到地。
音频功率放大器课程设计--OTL音频功率放大器的设计与制作-精品
学号： 课程设计 题目OTL音频功率放大器的设计与制作 学院信息工程学院 专业通信工程 班级通信1302 姓名 指导教师 2014 年 1 月23 日
课程设计任务书 题目:OTL音频功率放大器的设计与制作 初始条件： 元件：集成功放TDA2030A、集成稳压器LM7812、电阻、电容、电位计若干。 仪器：万用表、示波器、交流毫伏表、函数信号发生器、学生电源要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：1周。 2、技术要求： ①要求设计制作一个音频功率放大器频率响应20~20KHZ，效率>60﹪，失真小。完成对音频功率放大器的设计、仿真、装配与调试，并自制直流稳压电源。 ②确定设计方案以及电路原理图并用multisim进行电路仿真。 时间安排： 序号设计内容所用时间 1 布置任务及调研1天 2 方案确定0.5天 3 制作与调试 1.5天 4 撰写设计报告书1天 5 答辩1天 合计1周 指导教师签名： 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (1) Abstract (2) 音频功率放大器的设计与制作 (3) 1. 设计原理及参数 (3) 1.1音频功放电路的设计 (3) 1.1.1设计原理 (3) 1.1.2 参数计算 (5) 1.2直流稳压电源的设计 (6) 1.2.1设计原理 (6) 1.2.2参数计算 (7) 2.仿真结果及分析 (8) 2.1音频功率放大电路 (8) 2.1.1仿真原理图 (8) 2.1.2仿真效果图 (9) 2.2直流稳压电源电路 (11) 2.2.1电路原理图仿真 (11) 2.2.2仿真效果图 (11) 3.实物制作与性能测试 (12) 3.1音频功放实物制作 (12) 3.2性能测试 (13) 3.2.1功率性能测试 (13) 3.2.2频率响应测试 (14) 3.3直流稳压电源制作 (14) 3.4直流稳压电源的测试 (15) 4.收获以及体会 (15)
几个常用经典差动放大器应用电路详解资料
几个常用经典差动放大器应用电路详解 成德广营浏览数：1507发布日期：2016-10-10 10:48 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。关键词：CMRR差动放大器差分放大器 简介 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 大学里的电子学课程说明了理想运算放大器的应用，包括反相和同相放大器，然后将它们进行组合，构建差动放大器。图 1 所示的经典四电阻差动放大器非常有用，教科书和讲座 40 多年来一直在介绍该器件。 图 1. 经典差动放大器 该放大器的传递函数为： 若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：
这种简化可以在教科书中看到，但现实中无法这样做，因为电阻永远不可能完全相等。此外，基本电路在其他方面的改变可产生意想不到的行为。下列示例虽经过简化以显示出问题的本质，但来源于实际的应用问题。 CMRR 差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如图1 所示，假设V2 为 5 V，V1 为 3 V，则4V为共模输入。V2 比共模电压高 1 V，而V1 低 1 V。二者之差为 2 V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2 V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1 和V2 之间的有效电压差出现在VOUT ，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）。 在1991 年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算放大器为理想运算放大器，则共模抑制可以表示为： 其中，Ad为差动放大器的增益， t 为电阻容差。因此，在单位增益和 1%电阻情况下，CMRR 等于 50 V/V（或约为 34 dB）；在 0.1%电阻情况下，CMRR等于 500 V/V（或约为 54 dB）-- 甚至假定运算放大器为理想器件，具有无限的共模抑制能力。若运算放大器的共模抑制能力足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低成本运算放大器具有 60 dB至 70 dB的最小CMRR，使计算更为复杂。 低容差电阻 第一个次优设计如图 2 所示。该设计为采用OP291 的低端电流检测应用。R1 至R4 为分立式 0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为 64 dB.幸运的是，共模电压离接地很近，因此CMR并非该应用中主要误差源。具有 1%容差的电流检测电阻会产生 1%误差，但该初始容差可以校准或调整。然而，由于工作范围超过 80°C，因此必须考虑电阻的温度系数。
正确选择低噪声放大器(LNA)
正确选择低噪声放大器(LNA) 该应用笔记检验了影响放大器噪声的关键参数，说明不同放大器设计(双极型、JFET输入或CMOS输入设计)对噪声的影响。本文还阐述了如何选择一款适合低频模拟应用(如数据转换器缓冲、应变仪信号放大和麦克风前置放大器)的低噪声放大器。基于CMOS输入放大器，MAX4475，举例说明多数低频模拟应用中这种新型CMOS放大器的设计优势。 目前，有关低噪声放大器的讨论常常关注于RF/无线应用，但实际应用中，噪声对于低频模拟产品(如数据转换器缓冲、应变仪信号放大和麦克风前置放大器)也有很大影响，是一项重要的考虑因素。为了选择一款合适的放大器，设计工程师必须首先了解放大器是否拥有低噪声特性和相关的噪声参数。另外，还要了解不同类型放大器(双极型、JFET输入或CMOS输入)的噪声参数差异。 噪声参数 尽管影响放大器噪声性能的参数有很多，但最重要的两个参数是：电压噪声和电流噪声。电压噪声是指在没有它噪声干扰的情况下，放大器输入短路时出现在输入端的电压波动。电流噪声是指在没有其它噪声干扰的情况下，放大器输入开路时出现在输入端的电流波动。 描述放大器噪声的典型指标是噪声密度，也称作点噪声。电压噪声密度单位为nV/√Hz，电流噪声密度通常表示为pA/√Hz。在低噪声放大器数据资料中可以找到这些参数，而且，一般给出两种频率下的数值：
一个是低于200Hz的闪烁噪声；另一个是在1kHz通带内的噪声。简单起见，这些测量值以放大器输入端为参考，不需要考虑放大器增益。图1所示为电压噪声密度与频率的对应关系曲线。噪声曲线与两个主要的噪声成份有关：闪烁噪声和散粒噪声。闪烁噪声是所有线性器件固有的随机噪声，也称作1/f 噪声，因为噪声振幅与频率成反比。闪烁噪声通常是频率低于200Hz时的主要噪声源，如图1所示。1/f角频率是指噪声大小基本相同、不受频率变化影响的起始频率。散粒噪声是流过正向偏置pn结的电流波动所造成的白噪声，也出现在该频段。值得注意的是：电压噪声的1/f角频率与电流噪声的1/f角频率可能会不同。 图1. 电压噪声密度与频率的关系曲线，主要受两种噪声源的影响：闪烁噪声和散粒噪声。闪烁噪声或1/f噪声与频率成反比，是频率低于200Hz时的主要噪声源。放大器电路的总噪声取决于放大器本身、外部电路阻抗、增益、电路带宽和环境温度等参数。电路的外部电阻
高保真音频功率放大器设计
电子技术课程设计报告——高保真音频功率放大器 上海大学机自学院自动化系 自动化 姓名:吴青耘 学号:16121324 指导老师: 李智华 2018年6月29日
一、项目名称 高传真音频功率放大器 二、用途 家庭、音乐中心装置中作主放大器 三、主要技术指标 1. 正弦波不失真输出功率Po＞5W (f=1kHz,RL=8Ω) 2. 电源消耗功率P E＜10W ( Po＞5W ) 3. 输入信号幅度VS=200～400mV （f=1kHz，RL=8Ω， Po＞5W ) 4. 输入电阻Ri＞10kΩ( f=1kHz ) 5. 频率响应BW=50Hz～10kHz ( R L=8Ω，Po＞5W) 四、设计步骤 1．电路形式
电路特点分析： 较典型的OTL 电路，局部反馈稳定了工作点，总体串联电压负反馈控制了放大倍数并提高输入电阻和展宽频带，退耦滤波电容及校正电容是为防止寄生振荡而设。 功率放大器通常由功率输出级、推动级（中间放大级）和输入级三部分组成。 功率输出级由互补对称电路组成。推动级(中间放大级）一般都是共射极放大电路，具有一定的电压增益。输入级的目的是为了增大开环增益，以便引入深度负反馈，改进电路的各项指标。 2.设计计算： 设计计算工作由输出级开始，逐渐反推到推动级、输入级。 （1） 电源电压的确定 输出功率 W P 50> )(228588 .01 V V cc =??= （2） 输出级（功率级）的计算 W P P V Vcc V A RL V I M M C ce cc CM 12.0112 1 375.18/112/0======= 功率管需推动电流：mA I I CM M b 5.2750/375.1/3===β 耦合电容：uF R f C L L 200021 ) 5~3(6≈=π,现取2200uF/25V 稳定电阻R 12：过大则损失功率过大，过小温度稳定性不良，通常取0.5~1欧姆。
音频放大电路的组成及原理
第二章高保真电路的组成及基本原理 2.1电路整体方案的确定 音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真地加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美的声音。放大器一般包括前置放大和功率放大两部分，前者以放大信号振幅为目的，因而又称电压放大器；后者的任务是放大信号功率，使其足以推动扬声器系统。 功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器OCL（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器OTL（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器BTL等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题也必须要重视。 OCL电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。本课题输出级选用OCL功率放大器，偏置电路选用甲乙类功放电路。为了使电路简单，信号失真小，本电路选用反馈型音调控制电路。为了不影响音调控制电路，要求前置输入阻抗比较高，输出阻抗低，本级电路选用场效应管共源放大器和源级跟随器组成。 高保真音频放大器组成框图 2.2 OCL功率放大器的原理 OCL功率放大器电路通常可分成：功率输出级、推动级和输入级三部分。根据给定技术指标，选择下图所示电路 功率输出级是由四个三极管组成的复合管准互补对称电路，可以得到较大的输出功率。再用一些电阻来减小复合管的穿透电流，增加电路的稳定性。前置电路用NPN型三极管组成恒压电路，保证功率输出管有合适的初始电流，以克服交越失真。 推动级采用普通共射放大电路。 输入级部分由三极管组成差动放大电路，减小电路直流漂移。 2.3音调控制电路的原理 常用的音调控制电路有三种：一种是衰减式RC音调控制电路，其调节范围
放大器的种类及作用
放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。 原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。 高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同， 将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。 2、画图的时候，放大或缩小图形的用具。也叫放大尺。 原理:利用光的折射 一、集成运算放大器的分类介绍 下面对不同特性的集成运算放大器进行介绍。 1.通用型集成运算放大器 通用型集成运算放大器是指它的技术参数比较适中，可满足大多数情况下的使用要求。通用型集成运算放大器又分为Ⅰ型、型和型，其中Ⅰ型属低增益运算放大器，Ⅱ型属中增益运算放大器，Ⅲ型为高增益运算放大器。Ⅰ型和Ⅱ型基本上是早期的产品，其输入失调电压在2mV左右，开环增益一般大于80dB。 2.高精度集成运算放大器 高精度集成运算放大器是指那些失调电压小，温度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的运算放大器。这类运算放大器的噪声也比较小。其中单片高
低噪声前置放大器电路设计步骤
低噪声前置放大器电路设计步骤及相关注意事项 时间：2009-10-14 来源：作者：点击：281 低噪声前置放大器电路设计步骤及相关注意事项 前置放大器是指置于信源与放大器级之间的电路或电子设备，例如置于光盘播放机与高级音响系统功率放大器之间的音频前置放大器。前置放大器是专为接收来自信源的微弱电压信号而设计的，已接收的信号先以较小的增益放大，有时甚至在传送到功率放大器级之前便先行加以调节或修正，如音频前置放大器可先将信号加以均衡及进行音调控制。无论为家庭音响系统还是PDA设计前置放大器，都要面对一个十分头疼的问题，即究竟应该采用哪些元件才恰当？ 元件选择原则 由于运算放大器集成电路体积小巧、性能卓越，因此目前许多前置放大器都采用这类运算放大器芯片。我们为音响系统设计前置放大器电路时，必须清楚知道如何为运算放大器选定适当的技术规格。在设计过程中，系统设计工程师经常会面临以下问题。 是否有必要采用高精度的运算放大器？ 输入信号电平振幅可能会超过运算放大器的错误容限，这并非运算放大器所能接受。若输入信号或共模电压太微弱，设计师应该采用补偿电压(Vos)极低而共模抑制比(CMRR)极高的高精度运算放大器。是否采用高精度运算放大器取决于系统设计需要达到多少倍的放大增益，增益越大，便越需要采用较高准确度的运算放大器。 运算放大器需要什么样的供电电压？ 这个问题要看输入信号的动态电压范围、系统整体供电电压大小以及输出要求才可决定，但不同电源的不同电源抑制比(PSRR)会影响运算放大器的准确性，其中以采用电池供电的系统所受影响最大。此外，功耗大小也与内部电路的静态电流及供电电压有直接的关系。 输出电压是否需要满摆幅？ 低供电电压设计通常都需要满摆幅的输出，以便充分利用整个动态电压范围，以扩大输出信号摆幅。至于满摆幅输入的问题，运算放大器电路的配置会有自己的解决办法。由于前置放大器一般都采用反相或非反相放大器配置，因此输入无需满摆幅，原因是共模电压(Vcm)永远小于输出范围或等于零(只有极少例外，例如设有浮动接地的单供电电压运算放大器)。 增益带宽的问题是否更令人忧虑？ 是的，尤其是对于音频前置放大器来说，这是一个非常令人忧虑的问题。由于人类听觉只能察觉大约由20Hz至20kHz频率范围的声音，因此部分工程师设计音频系统时会忽略或轻视这个“范围较窄”的带宽。事实上，体现音频器件性能的重要技术参数如低总谐波失真(THD)、快速转换率(slew rate)以及低噪声等都是高增益带宽放大器所必须具备的条件。
音频功率放大器的设计与实现
模拟电子电路实验课程设计 ——音频功率放大器的设计与实现 一、设计任务 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8 。要求直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，所设计的电路满足以下基本指标： （1）频带宽度50Hz～20kHz，输出波形基本不失真； （2）电路输出功率大于8W； （3）输入阻抗：≥10kΩ； （4）放大倍数：≥40dB； （5）具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz 处有±12dB的调节范围； （6）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （7）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 发挥部分： （1）增加电路输出短路保护功能； （2）尽量提高放大器效率； （3）尽量降低放大器电源电压； （4）采用交流220V，50Hz电源供电。 二、设计要求 正确理解有关要求，完成系统设计，具体要求如下： （1）画出电路原理图； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出； （5）PCB文件生成与打印输出； （6）PCB版图制作与焊接； （7）电路调试及参数测量。 根据以上设计要求编写设计报告，写出设计的全过程，附上有关资料和图纸。设计报告格式请参见附录一。 三、实验原理 音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，它主要应用于
对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分，如图1所示。 v 图1 音频功率放大器的组成框图 1．前置放大级 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD 唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，采用低噪声场效应管组成放大器是合理的选择。如果采用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。对于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。 常用的前置放大器按结构划分有五种类型： （1）单管前置放大器 （2）双管阻容耦合前置放大器
音响混合前置放大器的设计
第一章 绪论 近几年来，计算机技术进入了前所未有的快速发展时期，随着电子信息技术的发展关于音响放大器在电子技术基础中所处的位置越来越重要，它不仅是电子信息类专业的一个重要部分，而且在其他类专业工程中也是不可缺少的。放大器电路做为子系统的应用，发展更是迅速，已成为新一代电子设备不可缺少的核心部件，其现实生活中的运用也是非常普遍和广泛。 在音响放大器的设计过程中，控制其电路的核心部分是几个放大器的设计，其主要包括：话音放大器，混合前置放大器，音调控制器，功率放大器等。电子技术的发展促使话音放大器被广泛应用到一系列放音设备中，混合前置放大器也成为数字电子电路设计和制作过程中不可缺少的部分，例如在信号放大器的设计和无线电遥控电路的设计过程中该部件都是不可缺少的，功率放大器更是设计电子电路的核心。功率放大器的运用使电子产品的成本大大减少，并且有设计简单，易于操作，可靠性好的优点。 对音响放大器设计的目的是为了更好的掌握集成功率放大器内部电路工作原理，学会其外围电路的设计与主要性能参数测量方法以及掌握音响放大器的设计与电子线路系统的装试和调试技术。本次设计分为四个主要步骤：一，构思和设计话音放大器，混合前置放大器，音调控制级和功率放大级。二，根据设计要求和选择的电路通过计算选择元器件和参数，并准确无误的设计好要设计的电路原理图。三，在万能板或在面包板上根据设计电路原理进行元器件的电路安装和精细的调试。四，在安装好的电路板上进行输出功率的测试。 在此次课程设计的编写过程中得到了龙老师和许多实验室老师的大力支持和指导，在此表示感谢。 另外，由于时间仓促和本组成员能力有限，设计中难免出现缺点和不足之处，还敬请各位老师批评和指正。 2011年6月
差分放大器设计的实验报告
设计课题 设计一个具有恒流偏置的单端输入-单端输出差分放大器。 学校：延安大学
一： 已知条件 正负电源电压V V V V EE cc 12,12-=-+=+；负载Ω=k R L 20； 输入差模信号mV V id 20=。 二：性能指标要求 差模输入电阻Ω>k R id 10；差模电压增益15≥vd A ；共模抑制 比dB K CMR 50>。 三：方案设计及论证 方案一：
方案二
方案论证： 在放大电路中，任何元件参数的变化，都将产生输出电压的漂移，由温度变化所引起的半导体参数的变化是产生零点漂移的主要原因。采用特性相同的管子使它们产生的温漂相互抵消，故构成差分放大电路。差分放大电路的基本性能是放大差模信号，抑制共模信号好，采用恒流源代替稳流电阻，从而尽可能的提高共模抑制比。 论证方案一：用电阻R6来抑制温漂 ?优点：R6 越大抑制温漂的能力越强； ?缺点：<1>在集成电路中难以制作大电阻； <2> R6的增大也会导致Vee的增大（实际中Vee不
可能随意变化） 论证方案二 优点：（1）引入恒流源来代替R6,理想的恒流源内阻趋于无穷，直流压降不会太高，符合实际情况； （2）电路中恒流源部分增加了两个电位器，其中47R的用来调整电路对称性，10K的用来控制Ic的大小，从而调节静态工作点。 通过分析最终选择方案二。 四：实验工作原理及元器件参数确定 ?静态分析：当输入信号为0时， ?I EQ≈(Vee-U BEQ)/2Re ?I BQ= I EQ /(1+β) ?U CEQ=U CQ-U EQ≈Vcc-I CQ Rc+U BEQ 动态分析 ?已知：R1=R4,R2=R3