$实用音响功放设计

1摘要在社会当中，功放俗称“扩音机”他的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大，推动音箱防声。一套良好的音响系统功放的作用功不可没。功放是音响系统中最基本的设备，它的任务是把来自信号源（专业音响系统中则是来自调音台）的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音。按照使用元器件的不同，功放又有“胆机”[电子管功放]，“石机”[晶体管功放]，“IC功放”[集成电路功放]。近年来由于新技术，新概念在胆机中的使用，使得电子管这个古老的真空器件又大放异彩，它的优美的声音，令许多烧友拜倒。资深的发烧友几乎都有一台。“IC功放”由于他的音色比不上上两种功放所以在HI-FI功放中很少看到他的影子。功放大体上可分为三大类“专业功放”“民用功放”“特殊功放”。⑴“专业功放”一般用于会议，演出，厅，堂，场，馆的扩音。设计上以输出功率大，保护电路完善，良好的散热为主。大多数“专业功放”的音色用于HI-FI重放时，声音干硬不耐听。⑵“民用功放”详细分类又有“HI-FI功放”“AV功放”“KALAOK功放”以及把各种常用功能集于一体的所谓“综合功放”。⑶“特殊功放”顾名思义就是使用在特殊场合的功放，例如警报器，车用低压功放等等，在此不再介绍。关键字：输出功率，频率响应，失真度，信噪比，输出阻抗。2AbstractInsociety,amplifieriscalled,heisthemegaphonefromthesourceofthepreamporweaksignalamplifier,promotespeakers.PreventAsetofgoodstereosystempivotalamplifier.Poweristhemostbasicacousticssystemofequipment,itisthesourceofthemissionfromprofessionalaudiosystem(from)istheweaksignalmixerdrivethespeakertoamplifysound.Accordingtotheuseofdifferentcomponents,amplifiersandis[tubeamplifiers],stonemachine[transistoramplifier],ICamplifier[ICamplifier].Inrecentyears,duetothenewtechnologies,newconceptintheuseofthatistheoldestvacuumtubes,itshineanddevicesformanybeautifulvoice,burnfriendsat.Almostalloftheseniorhadafever.BecauseofhispowerICtonethantwoinpowersoHI-FIamplifierisrarelyseeshisshadow.Pagenerallycanbedividedintothreecategoriesofprofessionalcivilianpoweramplifierspecialpoweramplifier.1professionalamplifiersareusedforgeneralmeeting,performance,hall,thehall,museum,theamplification.Thepoweroutputtodesign,protectioncircuitisperfect,goodheat.MostprofessionalpoweramplifiertoneforHI-FIreplay,soundnowettingprocess.2thecivilpoweramplifieranddetailedbreakdownofHI-AVpapaFIKALAOKamplifierandthevariouscommonfunctionsetsinoneoftheso-calledintegratedamplifier.3special,justasitsnameimpliesistousethepoweramplifierforspecialoccasions,suchaslowpoweramplifier,caralarmetc,inthelonger.Keywords：Outputpowerandfrequencyresponse,thedistortiondegree,signal-to-noiseratio,outputimpedance.3目录绪论…………………………………………………………………………………………11功放的特点……………………………………………………………………………21.1功放的特性……………………………………………………………………………32.功放的性能指标…………………………………………………………………………43.实用音响功放设计…………………………………………………………………53.1音响的发展背景………………………………………………………………………63.2音响的组成……………………………………………………………………………73.3音响功放的设计原理…………………………………………………………………83.4功放原理图……………………………………………………………………………93.5实用音响功放设计说明………………………………………………………………103.6扬声器系统与功放的配置……………………………………………………………113.7功放与音箱配接四要素……………………………………………………………124.设计总结……………………………………………………………………………13结论……………………………………………………………………………………14致谢辞………………………………………………………………………………………154绪论随着人民生活水平的提高，许多人特别是音响发烧友们对音频功率放大器能否完美不失真的还原声音的要求近乎于苛刻。模拟的功率放大器经过了几十年发展，在这方面的技术已经相当成熟，可以说是达到了登峰造极的地步。环保与能量的利用率已渐渐成为人们所关注的问题，正因为这样，广大消费者对功放的效率要求越来越高。但是模拟功率放大器在这方面几乎达到了极限。另外模拟磁带播放机如录音机逐步被淘汰，数字光碟播放机如CD、VCD、DVD等已占据主流。针对这一现实数字功放应运而生。音响中用的功率放大器，常用的是A类或者AB类功放，近年来，利用脉宽调制原理设计的D类功放也进入音响领域。51、功放的特点在现实社会当中我们通常用的音响功放大部分是数字功放，数字功放在功能模块上可分为：信号输入、信号处理、功率放大、输出部分。但在数字功放与模拟功放相比也有如下一些明显优势：（1）整个频段内无相对相移，声场定位准确由于采用无负反馈的放大电路、数字滤波器等处理技术，可以将输出滤波器的截止频率设计得较高，从而保证在20Hz-20kHz内得到平坦的幅频特性和很好的相频特性。（2）瞬态相应好，即动态特性好由于它不需传统功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的动力特征。（3）无过零失真传统功放都在由于对管配对及各级调整不佳产生的过铃、交越失真。（4）效率高、可靠性高、体积小理论上D类功放的效率可达100%，而B类放大器效率仅为78%（理论值），A类功放的效率就非常低。可靠性知识告诉我们：半导体器件的温度每升高10C，失真率就提高一倍。1.1功放的特性电子管功放和晶体管功放相比，所需的功率储备是不同的。这是因为：电子管功放的过荷曲线较平缓。对过荷的音乐信号巅峰，电子管功放并不明显产生削波现象，只是使颠峰的尖端变圆。这就是我们常说的柔性剪峰。而晶体管功放在过荷点后，非线性畸变迅速增加，对信号产生严重削波，它不是使颠峰变圆而是把它整齐割削平。有人用电阻电感、电容组成的复合性阻抗模拟扬声器，对几种高品质的晶体管功放进行实际输出能力的测试。结果表明，在负载有相移的情况下，其中有一台标称100W的功放，在失真度1%时实际输出功率仅有5W！由此对于晶体管功放的储备量的选取：高保真功放：10倍，民用高档功放：6~7倍，民用中档功放：3~4倍而电子管功放则可以大大小于上述比值。对系统的平均声压级与最大声压级应留有多少余量。应视放送节目的内容、工作环境而定。这个冗余量最低10dB，对于现代的流行音乐、蹦迪等音乐，则需要留有20~25dB冗余量，这样就可使得音响系统安全，稳定地工作。62、功放的性能指标功放的主要性能指标有输出功率，频率响应，失真度，信噪比，输出阻抗，阻尼系数等。输出功率：单位为W，由于各厂家的测量方法不一样，所以出现了一些名目不同的叫法。例如额定输出功率，最大输出功率，音乐输出功率，峰值音乐输出功率。音乐功率：是指输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。峰值功率：是指在不失真条件下，将功放音量调至最大时，功放所能输出的最大音乐功率。额定输出功率：当谐波失真度为10%时的平均输出功率。也称做最大有用功率。通常来说，峰值功率大于音乐功率，音乐功率大于额定功率，一般的讲峰值功率是额定功率的58倍。频率响应：表示功放的频率范围，和频率范围内的不均匀度。频响曲线的平直与否一般用分贝[db]表示。家用HI-FI功放的频响一般为20HZ20KHZ正负1db.这个范围越宽越好。一些极品功放的频响已经做到0100KHZ。失真度：理想的功放应该是把输入的讯号放大后，毫无改变的忠实还原出来。但是由于各种原因经功放放大后的信号与输入信号相比较，往往产生了不同程度的畸变，这个畸变就是失真。用百分比表示，其数值越小越好。HI-FI功放的总失真在0。03%0。05%之间。功放的失真有谐波失真，互调失真，交叉失真，削波失真，瞬态失真，瞬态互调失真等。信噪比：是指功放输出的各种噪声电平与信号电平之比，用db表示，这个数值越大越好。一般家用HI-FI功放的信噪比在60db以上。输出阻抗：对扬声器所呈现的等效内阻，称做输出阻抗3、实用音响功放设计3.1功放音响的发展前景随着人民生活水平的提高，许多人特别是音响发烧友们对音频功率放大器能否完美不失真的还原声音的要求近乎于苛刻。模拟的功率放大器经过了几十年发展，在这方面的技术已经相当成熟，可以说是达到了登峰造极的地步。环保与能量的利用率已渐渐成为人们7所关注的问题，正因为这样，广大消费者对功放的效率要求越来越高。但是模拟功率放大器在这方面几乎达到了极限。另外模拟磁带播放机如录音机逐步被淘汰，数字光碟播放机如CD、VCD、DVD等已占据主流。针对这一现实数字功放应运而生。音响中用的功率放大器，常用的是A类或者AB类功放，近年来，利用脉宽调制原理设计的D类功放也进入音响领域。3.2音响的组成音源：主要有DVD、VCD、MP3播放器、磁带播放器、电脑等；音频调节器（电压放大、前级放大）：有专业的调音台、前级放大器等；功率放大器：有独立功放机、也有与音箱组合的一体式功放；有采用集成电路放大、电子管放大、晶体管（场效应管）放大等几种功放电路；音箱：音频重放的执行器件，音响系统的核心，一般用木制、塑胶等材料及喇叭构成。3.3音响功放的设计原理利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。而场效应管则是用栅极电压来控制源极与漏极的电流，其控制作用用跨导表示，即栅极变化一毫伏，源极电流变化一安，就称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小