河 北 科 技 大 学 第 二 届 电 子 设 计 大 赛
姓 名：学 院：组 别：项 目： 立体声音频功率放大电路 指导老师：
2010年 11 月 22 日
一、摘要 .......................................................................................... 2 二、设计方案题目解析： ................................................................ 2 三、电路设计：............................................................................... 3
1、系统方案 ................................................................................. 3 2、 双声道主体电路的制作 ： ..................................................... 3
3、保护电路 ................................................................................. 4 4、单片机控制电路 ...................................................................... 4 5、音调调节电路 .......................................................................... 6 四、电路调试与测试结果 ................................................................ 7 附录 ................................................................................................. 8
立体声音频功率放大电路
一、摘要
更具设计要求电路由双声道主体功放电路、保护电路、四音源选择电路、音量调节电路、音调调节电路、声道选择电路、功能显示电路、AGC自动增益控制电路、低中高音区指示电路和直流稳压电源组成。双声道主体功放电路由三极管、电容、电阻和电感搭建而成。保护电路是选用的uPC1237保护集成电路。通过单片机89s52控制双联继电器实现四音源的选择，通过对多路模拟开关CD4051实现音量的调节、声道的选择，低中高音区指示和通过液晶显示电路的功能状态，通过阻容滤波电路实现音调的调节，直流稳压电源为整个电路供电是整个电路能够稳定的运行。 关键字：音频功率放大 uPC1237 89s52 CD4051 LCD1602
二、设计方案题目解析：
根据题目要求，设计并制作一个立体声音频功率放大器，实现对信号的无失真放大。 主要性能指标有：在输入正弦信号电压幅度为500mV-1V，等效负载电阻RL=8Ω;时，放大器满足以下要求：（1）额定输出功率Po≥10w；（2）频率响应：20Hz-20kHz；（3）谐波失真≤3%；（4）在Po下的效率η≥55%；（5）信噪比≥80dB。
发挥部分：（1）制作4音源选择电路，用轻触开关实现音源转换；（2）制作音调控制电路，音调控制范围≥12dB；（3）制作数字音量控制电路，用两只轻触开关分别实现音量的加减；（4）低中高音区指示，用指示灯指示当前输入信号的音区；（5）AGC（自动增益控制）。
三、电路设计：
经过分析可知电路需分块制作，双声道主体功放电路是整个电路的核心部分，单片机控制电路是很重要的辅助功能，扬声器保护电路也是必不可少的。由此确定系统方案如下。
1、系统方案
图1
直流稳压电源和保护电路，图中未画出。
2、 双声道主体电路的制作 ：左右两个声道的功放电路一样，分别接音源输出的左
右声道。
是NPD5565孪生场效应管， 噪声很低，输入阻抗高且随频率变化较小，对前级输入信号的损耗较小。VT1和VT2通过场效应管和三极管构成共源共射电路，是高频放大能力和线性得以提高。VT3和VT4构成第一级的恒流源。通过调节RP1可以是输出的中点电压控制在1mv以内。VT10构成共基电路，通过这个管子组成平衡电路，使两侧差分的电流一致性提高。第一级的R2和R3的直流压降作为第二级差分输入管VT8和VT9的偏置电压，第二级的静态
电流主要有R21决定。R10和R11主要调整音色。VT11和R31、R32、RP2构成电流放大级的偏置。C17和C18是反馈电容，降低整个电路高频瞬态失真。输出级是三级达林顿式，有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗，有较大的动态范围和足够的推动力。输出级的后面的R8和C25，补偿扬声器阻抗，使得扬声器在全频范围内接近纯阻抗，提高稳定裕度，预防自激。后面的电感主要是抑制扬声器的反电动势对放大电路的影响。C22是担任相位超前补偿。C20和C21是相位滞后补偿。VD1和VD2减小电流放大级波动对电压放大级的影响。
3、保护电路
（1）电路图如下
（2）保护电路选用经典的uPC1237保护电路，取消了大功率管的过流保护功能。当电路中的电流过大可通过控制继电器实现对扬声器的保护作用。
4、单片机控制电路
（1）电路原理图如下
1.如图电路构成单片机最小系统，通过按键可以使单片机实现上电复位。通过三极管8550驱动双联继电器使继电器实现吸合与断开，从而实现4音源选择功能。
2.数字音量控制通过多路模拟开关CD4051实现8路分别导通，控制电阻的分压比来实现音
量的加减。
3.显示功能运用了液晶显示技术，通过单片机 控制LCD 1602可以实现音源、音量以及声道 的显示功能，使音频功率放大器更加人性化， 为使用提供了很大的方便。
5、音调调节电路
（1）电路图如下
（2）电路有两块NE5532组成的高中低音音调控制电路。信号经U1（作缓冲放大及隔离作用，避免负载对信号源的影响）进入有电阻电容组成的三个频率均衡电路（分别调节高音、中音、低音），调节RP1-RP3，相应的低中高音频信号进入有U2及其反馈电路组成的反相放大器电路，调节RP1-RP3提升或衰减高中低音，实现音调调节作用。经试验可实现对频率1kHz以上的信号的衰减，实现音调调节。
四、电路调试与测试结果
（1）设计的电路图进行焊接，用示波器观察在不同频率输入信号下输出信号的波形，并记录波形。
（2）以下是功放电路在不同频率方波信号输入下的输出波形
1kHz 10kHz 20kHz 50kHz
测试结果显示放大电路可以把10KHz的方波基本没有失真的放大，没有过冲。在50KHz的方波输入下失真稍微明显，经调试知加大电源电压可使失真明显减小。在输入正弦信号峰峰值达到500mV时输出信号即可使8Ω的负载达到10W以上。频率响应可以达到60Hz以上。已经满足设计要求。