8Ω8W擴音機電路的設計

華南師范大學信息光電子科技學院 陳 元

8Ω8W擴音機電路的設計

華南師范大學信息光電子科技學院 陳 元

本文主要是介紹模擬電子電路中一種典型的放大電路——8Ω8W擴音機電路的設計，希望與大家一起探討，本文給出設計思路、設計方法和設計參數來給有興趣設計類似電路的同學提供幫助，體會設計的基本步驟，同時也給出一些調試方法和空間以期待后續可以得到更好的優化結果。

模擬電子電路；電子設計；放大電路；擴音機；Multisim

一、設計要求

2、揚聲器8Ω

3、fL=20Hz；fH=20KHz

二、設計原理

擴音機電路的工作原理與音頻功率放大器的工作原理相似，具有放大音頻并將其還原純真聲音信號的電子裝置。擴音機電路是一個典型的多級放大器，一般分為前置放大電路，音調控制電路和功率放大電路三部分組成。

前置級主要完成對小信號的放大。一般要求輸入阻抗要高，輸出阻抗低，頻帶寬度要寬，噪聲要小。音調控制級主要實現對輸入信號高、低音的提升和衰減。功率放大器決定了整機的輸出功率、非線性失真系數等指標，要求效率高、失真盡可能小、輸出功率大。首先根據技術指標要求，對整機電路作適當安排，確定各級的增益分配，然后對各級電路進行具體的設計。

利用Multisim12.0可以搭建原理圖，并進行仿真，方便調試。

三、詳細設計及實驗步驟

1、前置放大級

由于信號源提供的信號非常微弱，因此在音調控制器前面要加一級前置放大級。由于場效應管的噪聲系數一般比晶體管小，而且他幾乎與靜態工作點無關，在要求高輸入阻抗的的前置放大器的情況下，采用低噪聲場效應管組成放大器是合理的選擇。此外，前置放大器是要有足夠寬的頻帶，以保證音頻信號進行不失真的放大。該前置放大級的下限頻率要小于音調控制器的低音轉折頻率，前置放大器的上限頻率要大于音調控制器的高音轉折頻率。前置放大器采用集成運算放大器電路，具體電路結構如圖1所示：

圖1 前置放大電路

考慮對噪聲、頻率響應的要求，運算放大器選用LF353雙運放，該運放是場效應管輸入型高速低噪聲集成器件，其輸入阻抗極高。

前置級由LF353組成兩級同向比例運算放大器完成。第一級的Av1=11,即1+R3/R2=11,取R2=10K,R3=100K。取Av2=10，同樣R5=10K,R6=R7=100K。電阻R1R4為放大器的偏置電阻，取R1=R4=100K。耦合電容C1、C3取10uF,C5取100pF，C2、C4取100pF，以保證擴音機的低頻響應。

2、音調調節控制器設計

音調調節控制器的功能是根據需要來控制、調節音響放大器的頻率響應，以適應不同風格的音樂的需求。一般音調控制器只對低音和高音信號的增益進行提升或衰減，而中音信號的增益不變。音頻控制器的電路結構有多種形式，一般而言，負反饋式的噪音和失真較小，且在調節音調時，其轉折頻率不變，而特性曲線的斜率卻隨之改變。下面分析負反饋型音調控制電路的工作原理，常用典型電路結構如圖2所示：

圖2 音調控制器電路

對于低音信號，C10 的容抗很大，相當于斷路，此時高音調節電位器R13在任何位置對低音都不會影響。當低音調節電位器R9滑動到最左端時，C8被短路，由于電容C9對于低音信號的容抗大，所以相對的提高了低音信號的放大倍數，起到了對低音的提升作用，同樣當R9滑到最右端時，電容C9被短路，由于電容C8對輸入音頻信號的低音信號具有較小的電壓放大倍數，所以該電路可實現低音衰減。從定性的角度來說，就是在中、高音域，增益僅取決于R8和R11的比值，類似的，對于高音信號來說，電容C8、C9近似短路，此時高音信號通過由R8、R11、R10組成的等效“T”型網絡和C10、R12組成的RC串聯網絡通過運放進行篩選。

上圖簡單給出仿真及實物制作時選用的參數，僅供參考，實際結果可能因電路的輸入輸出電阻和前后電路網絡等的影響而有所偏差，可自行適當調整（通過仿真調試可知減小低頻電容C8、C9和減小低頻電阻R8、R10、R11可增大低頻的變化范圍,增大高頻電容C10和減小高頻電阻R12可增大高頻調節范圍）。

電路中，C7與C11為耦合電容，各取10uF，兩個電位器都為500K，C8、C9都為22nF，R8=R10=R11=18KΩ，C10與R12分別為1nF和8KΩ。

下表是通過Multisim12.0仿真時得到的在100HZ和10KHZ處的頻率變化范圍，由表可知其基本滿足設計需求。

最大衰減 無衰減無增益 最大增益100HZ -12.112db -0.016db 12.103db 10KHZ -11.452db -0.007db 11.509db

3、Rp2fL2功率輸出級設計

功率放大級電路有很多種形式，選分立元件組成的功率放大器或單片集成功率放大器均可（如TDA2030），這里選用晶體管特性對稱的由分立元件雙電源OCL功率放大器。功率放大的主要作用是向負載提供功率。要求輸出功率盡可能大，轉換功率盡可能高，非線性失真盡可能小。電路圖如圖3所示：

圖3 功率放大電路圖

為使功率放大器達到輸出功率8W的要求，同時保證電路安全可靠的工作，電路的最大輸出功率應比實際設計指標大些，電源電壓不會影響輸出功率的大小，但會限制輸出的最大不失真電壓，一般情況下電壓越大越好，但要考慮元件的耐壓值尤其是運放IC的最大耐壓值（一般為36V）考慮到輸出功率管Q2、Q4的飽和壓降和發射極電阻R8、R9的壓降，電源電壓常取 Vcc=±16V。

通過Multisim12.0的仿真可得在雙16V電源供電的情況下最大不失真輸出功率約為8W。

電路中R15與R16、R17可調節輸出幅值，一般R15為定值電阻1KΩ，R16為15KΩ，R17為100K的電位器，D1、D2為兩個1N4148二極管防止交越失真，R18為1KΩ電位器，可調節后續三極管的靜態工作點，Q1和Q3組成互補對稱放大三極管，本電路選用2N3055功放管，是NPN型三極管，一般用于各種音頻放大電路。

四、設計結果及分析

整機調試：將三級電路連接起來，接上電源，利用信號發生器在電路話筒端輸入峰值40mv的正弦信號，利用示波器可以在揚聲器輸出端得到一放大不失真的正弦圖像，輸入端連接話筒，調節音量控制電位器R17能改變音量的大小。調節高、低音控制電位器能聽出高、低音調的變化。敲擊電路板無聲音間斷和自激現象。

[1]華成英,童詩白．模擬電子技術基礎(第四版)[M]．高等教育出版社,2006．

[2]朱光美．8W擴音機的設計[J]．赤峰學院學報(自然科學版),2011(2)：41-43．

[3]李良榮．現代電子設計技術-基于Multisim7amp;Utiboard2001[M]．北京：機械工業出版,2004：3-37．

[4]不詳．擴音機電路的設計．百度文庫．https：//wenku．baidu．com/view/533569d8551810a6f5248668．html,2012-09-28．

陳元（1997—），男 ，福建泉州人，大學本科，研究方向：信息工程。