8Ω8W扩音机电路的设计

华南师范大学信息光电子科技学院 陈 元

8Ω8W扩音机电路的设计

华南师范大学信息光电子科技学院 陈 元

本文主要是介绍模拟电子电路中一种典型的放大电路——8Ω8W扩音机电路的设计，希望与大家一起探讨，本文给出设计思路、设计方法和设计参数来给有兴趣设计类似电路的同学提供帮助，体会设计的基本步骤，同时也给出一些调试方法和空间以期待后续可以得到更好的优化结果。

模拟电子电路；电子设计；放大电路；扩音机；Multisim

一、设计要求

2、扬声器8Ω

3、fL=20Hz；fH=20KHz

二、设计原理

扩音机电路的工作原理与音频功率放大器的工作原理相似，具有放大音频并将其还原纯真声音信号的电子装置。扩音机电路是一个典型的多级放大器，一般分为前置放大电路，音调控制电路和功率放大电路三部分组成。

前置级主要完成对小信号的放大。一般要求输入阻抗要高，输出阻抗低，频带宽度要宽，噪声要小。音调控制级主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减。功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。首先根据技术指标要求，对整机电路作适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。

利用Multisim12.0可以搭建原理图，并进行仿真，方便调试。

三、详细设计及实验步骤

1、前置放大级

由于信号源提供的信号非常微弱，因此在音调控制器前面要加一级前置放大级。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且他几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的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。此外，前置放大器是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。该前置放大级的下限频率要小于音调控制器的低音转折频率，前置放大器的上限频率要大于音调控制器的高音转折频率。前置放大器采用集成运算放大器电路，具体电路结构如图1所示：

图1 前置放大电路

考虑对噪声、频率响应的要求，运算放大器选用LF353双运放，该运放是场效应管输入型高速低噪声集成器件，其输入阻抗极高。

前置级由LF353组成两级同向比例运算放大器完成。第一级的Av1=11,即1+R3/R2=11,取R2=10K,R3=100K。取Av2=10，同样R5=10K,R6=R7=100K。电阻R1R4为放大器的偏置电阻，取R1=R4=100K。耦合电容C1、C3取10uF,C5取100pF，C2、C4取100pF，以保证扩音机的低频响应。

2、音调调节控制器设计

音调调节控制器的功能是根据需要来控制、调节音响放大器的频率响应，以适应不同风格的音乐的需求。一般音调控制器只对低音和高音信号的增益进行提升或衰减，而中音信号的增益不变。音频控制器的电路结构有多种形式，一般而言，负反馈式的噪音和失真较小，且在调节音调时，其转折频率不变，而特性曲线的斜率却随之改变。下面分析负反馈型音调控制电路的工作原理，常用典型电路结构如图2所示：

图2 音调控制器电路

对于低音信号，C10 的容抗很大，相当于断路，此时高音调节电位器R13在任何位置对低音都不会影响。当低音调节电位器R9滑动到最左端时，C8被短路，由于电容C9对于低音信号的容抗大，所以相对的提高了低音信号的放大倍数，起到了对低音的提升作用，同样当R9滑到最右端时，电容C9被短路，由于电容C8对输入音频信号的低音信号具有较小的电压放大倍数，所以该电路可实现低音衰减。从定性的角度来说，就是在中、高音域，增益仅取决于R8和R11的比值，类似的，对于高音信号来说，电容C8、C9近似短路，此时高音信号通过由R8、R11、R10组成的等效“T”型网络和C10、R12组成的RC串联网络通过运放进行筛选。

上图简单给出仿真及实物制作时选用的参数，仅供参考，实际结果可能因电路的输入输出电阻和前后电路网络等的影响而有所偏差，可自行适当调整（通过仿真调试可知减小低频电容C8、C9和减小低频电阻R8、R10、R11可增大低频的变化范围,增大高频电容C10和减小高频电阻R12可增大高频调节范围）。

电路中，C7与C11为耦合电容，各取10uF，两个电位器都为500K，C8、C9都为22nF，R8=R10=R11=18KΩ，C10与R12分别为1nF和8KΩ。

下表是通过Multisim12.0仿真时得到的在100HZ和10KHZ处的频率变化范围，由表可知其基本满足设计需求。

最大衰减 无衰减无增益 最大增益100HZ -12.112db -0.016db 12.103db 10KHZ -11.452db -0.007db 11.509db

3、Rp2fL2功率输出级设计

功率放大级电路有很多种形式，选分立元件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可（如TDA2030），这里选用晶体管特性对称的由分立元件双电源OCL功率放大器。功率放大的主要作用是向负载提供功率。要求输出功率尽可能大，转换功率尽可能高，非线性失真尽可能小。电路图如图3所示：

图3 功率放大电路图

为使功率放大器达到输出功率8W的要求，同时保证电路安全可靠的工作，电路的最大输出功率应比实际设计指标大些，电源电压不会影响输出功率的大小，但会限制输出的最大不失真电压，一般情况下电压越大越好，但要考虑元件的耐压值尤其是运放IC的最大耐压值（一般为36V）考虑到输出功率管Q2、Q4的饱和压降和发射极电阻R8、R9的压降，电源电压常取 Vcc=±16V。

通过Multisim12.0的仿真可得在双16V电源供电的情况下最大不失真输出功率约为8W。

电路中R15与R16、R17可调节输出幅值，一般R15为定值电阻1KΩ，R16为15KΩ，R17为100K的电位器，D1、D2为两个1N4148二极管防止交越失真，R18为1KΩ电位器，可调节后续三极管的静态工作点，Q1和Q3组成互补对称放大三极管，本电路选用2N3055功放管，是NPN型三极管，一般用于各种音频放大电路。

四、设计结果及分析

整机调试：将三级电路连接起来，接上电源，利用信号发生器在电路话筒端输入峰值40mv的正弦信号，利用示波器可以在扬声器输出端得到一放大不失真的正弦图像，输入端连接话筒，调节音量控制电位器R17能改变音量的大小。调节高、低音控制电位器能听出高、低音调的变化。敲击电路板无声音间断和自激现象。

[1]华成英,童诗白．模拟电子技术基础(第四版)[M]．高等教育出版社,2006．

[2]朱光美．8W扩音机的设计[J]．赤峰学院学报(自然科学版),2011(2)：41-43．

[3]李良荣．现代电子设计技术-基于Multisim7amp;Utiboard2001[M]．北京：机械工业出版,2004：3-37．

[4]不详．扩音机电路的设计．百度文库．https：//wenku．baidu．com/view/533569d8551810a6f5248668．html,2012-09-28．

陈元（1997—），男 ，福建泉州人，大学本科，研究方向：信息工程。