摘 要
随着音响技术的发展，整个音响技术领域发生了巨大的变化，它不仅融合了音频技术和功放技术，现代人对听觉的水平要求越来越高，所以对音响的音质真色，音高和音强等音质状况本来面貌的能力，同时对声音信号进行必要的修饰和加工。
因此，此次实训题目是双通道集成功率放大器。本文主要介绍的是由NE5532芯片构成的音频放大器，它在音频应用场合提供低失真度和较高质量的音色，以及具有较宽的通频带。放大倍数可根据需要更改，方便设计者研究。 关键词： 音频技术；NE5532芯片；功率放大器
Abstract
With the development of audio technology, gigantic change happened in the entire audio technology field , it has fused not only VF technology and meritorious service readjust oneself to a certain extent technology, horizontal demand of modernist to sense of hearing is more and more high, therefore to real color of the audio acoustic fidelity , pitch accord waits for an acoustic fidelity by force status original face ability, carries out necessary polishing and treating on sound signal at the same time. That reality trains examination questions is a binary channels integration power amplifier therefore , this time.
That the main body of a book is introduced mainly is the VF amplifier being composed of NE5532 chip, as well as having broader band its tone colour applying occasion providing low distortion degree and higher mass in VF. Need changes , the convenient designer studies multiplications but basis.
Keywords: VF technology;NE5532 chip; Power amplifier
目 录
引言 ............................................................................................................................... 1 1主要器件功能介绍 .................................................................................................... 1
1.1三极管 ........................................................................................................................................... 1 1.1.1三极管外形特征 ........................................................................................................................ 1 1.1.2达林顿三极管 ............................................................................................................................ 1 1.1.3三极管工作原理 ........................................................................................................................ 2 1.2 NE5532芯片 ................................................................................................................................. 2 1.2.1 NE5532的管脚分布 ................................................................................................................ 2 1.2.2 NE5532的特点 ........................................................................................................................ 2 1.2.3 NE5532的主要参数 ................................................................................................................ 3
2集成功率放大电路 .................................................................................................... 3
2.1负反馈电路作用及原理 ............................................................................................................... 3 2.1.1放大器非线性失真 .................................................................................................................... 4 2.1.2放大器幅频特性 ........................................................................................................................ 4 2.1.3负反馈降低噪声原理 ................................................................................................................ 5 2.2自激及消振 ................................................................................................................................... 5 2.2.1自激 ............................................................................................................................................ 5 2.2.2消振电路原理 ............................................................................................................................ 6 2.3功率放大器工作原理 ................................................................................................................... 6
3双声道集成功率设计 ................................................................................................ 6
3.1 原理图设计 .................................................................................................................................. 6 3.2 电路音量调节部分 ...................................................................................................................... 6 3.3 NE5532构成前级电压放大 ......................................................................................................... 6 3.4 三极管构成后级电流放大 .......................................................................................................... 6
4实物制作与调试说明 ................................................................................................ 7
4.1 制作电路板 .................................................................................................................................. 7 4.1.1 PCB设计流程如图7所示。 ................................................................................................... 7 4.1.2 制做印制板 ............................................................................................................................... 7
5实物制作与调试说明 ................................................................................................ 8
5.1 实物制作 ...................................................................................................................................... 8 5.1.1 电路图的绘制 ........................................................................................................................... 8 5.1.2 电路板的制作 ........................................................................................................................... 8 4.2硬件调试 ....................................................................................................................................... 8
4.2.1硬件调试 .................................................................................................................................... 8 4.2.2 性能分析 ................................................................................................................................. 9
6实训总结 .................................................................................................................... 9 2原理图和PCB图 ...................................................................................................... 12
引言
高效率的音频放大器不只是再便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。
音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号质量和功率级都有理想——如实、有效且失真低。音频范围约为20Hz~20KHz，因此放大器在此范围内必须有良好的频率响应。根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC音频的数瓦，再到汽车音响的几十瓦，直到功率更大的商用音响系统的数百瓦以上。
1主要器件功能介绍
1.1三极管
1.1.1三极管外形特征
目前用得最多的是塑料封装三极管，其次为金属封装三极管。
外形特征注意说明以下几点：
（1）一般三极管只有三根引脚，它们不能相互代替。这三根引脚可以按等腰三角形分布，也可以按一字形排列，各引脚的分布规律再不同封装类型的三极管中不同。
（2）三极管的体积有大有小，一般功率放大管的体积较大，且功率越大其体积越大。体积大的三极管约
有手指般大小，体积小的三极管只有半个黄豆大小。
其外形如图1所示。 图1达林顿三极管 （3）一些金属封装的功率三极管只有两根引脚，它的外壳是集电极，即第三根引脚。有的金属封装高频放大管是四根引脚，第四根引脚接外壳，这一引脚不参与三极管图1达林顿三极管所示。
（4）有些三极管外壳上需要加装散热片，这主要是功率放大器。 1.1.2达林顿三极管
如图1所示，达林顿三极管又称达林顿结构的复合管，简称复合管。这种复合管又
内部工作，接电路中地线。如果是对管，即外壳内有两只独立的三极管，则有六根引脚。
内部的两只输出功率大小不等的三极管复合而成。根据内部两只三极管复合的不同可构成四种具体的达林顿三极管，同时管内还会有电阻。它主要作为功率放大管和电源调整管。
1.1.3三极管工作原理
三极管具有电路放大作用，它是一个电流控制器件，即它用很小的积基极电流来控制比较大的集电极电流和发射极电流。在三极管电路中，三极管的输出电流或是由直流电源提供的，基极电流则是一部分由所要放大的信号源电路提供的，另一部分也是由直流电源提供。基极电流由两部分组成：直流电源提供的静态偏置电流和由信号源提供的信号电流。 1.2 NE5532芯片
NE553是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版，因为它能保证噪声电压指标。 1.2.1 NE5532的管脚分布
NE5532引脚图如图2所示： 1脚：第一个放大器的输出端 2脚：第一个放大器的反相输入端 3脚：第一个放大器的同相输入端 4脚：接负电源或接地
5脚：第二个放大器的同相输入端 6脚：第二个放大器的反相输入端 7脚：第二个放大器的输出端
8脚：接正电源端 图2引脚图引脚功能 1.2.2 NE5532的特点
NE5532特点： 小信号带宽：10MHZ
输出驱动能力：600Ω，10V有效值 输入噪声电压：5nV/√Hz(典型值) 直流 电压增益：50000 交流电压增益：2200-10KHZ
功率带宽： 140KHZ 转换速率： 9V/μs
大的电源电压范围：±3V-±20V 单位增益补偿 1.2.3 NE5532的主要参数
主要有极限参数和电气参数，分别是表1、表2所示。
表1极限参数
表2电气参数
2集成功率放大电路
2.1负反馈电路作用及原理
放大器电路引入负反馈电路，其目的是为了改善放大器工作性能，提高放大器的输出信号质量。引入负反馈电路后，放大器电路的增益要比没有负反馈时的增益小，但是可以改善放大器的下列一些性能指标：
（1）减小放大器的非线性失真，通过交流负反馈实现。 （2）扩宽放大器的频带，通过交流负反馈实现。
（3）降低放大器的噪声，通过交流负反馈实现。 （4）温度放大器的工作状态，通过直流负反馈实现。 2.1.1放大器非线性失真
非线性失真是放大器的一项重要指标。电路设计中减小放大器的非线性失真是主要任务之一，采用负反馈电路减小放大器的非线性失真是一般放大器设计中重要手段之一。
加入的负反馈量越大，负反馈电路对这种失真的改善程度越大。 2.1.2放大器幅频特性
由于放大电路中电抗元件的存在，放大电路对不同频率分量的信号放大能力是不相同的，而且不同频率分量的信号通过放大电路后还会产生不同的相移。因此，衡量放大电路放大能力的放大倍数也就成为频率的函数。
放大电路的电压放大倍数与频率的关系称为幅频特性,输出信号与输入信号的相位差与频率之间的关系称为相频特性。两者统称频率特性。如图2.1.2。
晶体管PN结两侧电荷的分布使之具有一个附着的小电容，我们称之为极间电容或结电容。结电容、放电电路中耦合电容和旁路电容、电路联线分布电容，这些使得实际放大电路的电压放大倍数随着频率的变化而变化。在工业电子技术中，最常用的是低频放大电路，其频率范围约为20～10000Hz。在分析放大电路的频率特性时，再将低频范围分为低、中、高三个频段，分别求出各频段中的频率特性，然后综合求得完整的频率特性。如图3所示。
放大电路的频率特性中有三项性能指标，它们是： (1)下限频率
在低频段，放大电路的电压放大倍数降到中频段电压放大倍数Avo的0.707Avo时的频率值叫做下限频率(fL)。
引起低频段电压放大倍数下降的原因主要是输入耦合电容、输出耦合电容和射极旁路电容，对低频信号形成较大的衰减，从而使电压放大倍数下降。
(2)上限频率
在高频段，放大电路的电压放大倍数降到中频段电压放大倍数Avo的0.707Avo时的频率值叫做上限频率(fH)。
引起高频段电压放大倍数下降的原因主要是三极管的极间电容和放大电路的输入电路和输出电路的分布电容，将高频信号旁路，从而使电压放大倍数下降。
(3)通频带
在频率特性的中频段，放大电路的各种电容对交流信号的影响均可以忽略，因此电压放大倍数Avo基本不变。这个频率带宽B ＝ fH － fL，称B为通频带。放大电路的通频带越宽，即放大电路的频率特性就越好。
图3幅频特性曲线
2.1.3负反馈降低噪声原理
负反馈可以降低放大器的噪声，其基本原理是：加负反馈电路可以使放大器的增益下降，所以对噪声输出也将减小，达到抑制噪声的作用。但是，负反馈不能降低伴随在输入信号中的噪声，只能降低本级放大器中的噪声输出。 2.2自激及消振 2.2.1自激
自激是不给负反馈放大器加入输入信号时，放大器也会有输出信号的存在，这一输出信号由于是放大器本身产生的，所以成为自激。当负反馈放大器同时满足行为正反馈和幅度两个条件时，放大器将产生自激。如图4所示。
相位正反馈是指其相位与输入信号的行为时相反的，即输入信号与负反馈信号之间相差180°，所以这两个信号混合式相减的关系。
幅度条件是指放大器对产生正反馈的信号具有放大能力。由于这是正反馈，反馈信号与原信号相加，净输入增大，又对净输入放大，使反馈信号更大，这样愈反馈信号幅度愈大，最终产生自激振荡。 图4自激现象 2.2.2消振电路原理
自激现象会影响放大器对正常信号的放大，所以必须加以抑制。消振电路亦称补偿电路，根据自激产生的机理，只要破坏它两个产生条件其中一个条件，自激就不会产生。由于破坏相位条件比较容易做到，所以消振电路一般根据这点设计。
一般情况下，消振电路用来对自激信号的相位进行移相。通过附加移相，产生自激的信号相位便不能满足正反馈条件。 2.3功率放大器工作原理
3双声道集成功率设计
3.1 原理图设计
使用PROTEL SE99软件设计原理图和PCB文件。原理图见附录2。 3.2 电路音量调节部分 3.3 NE5532构成前级电压放大
图5电压放大
3.4 三极管构成后级电流放大
整流二极管1N4007整流，R1 R3(R2 R4)是运放的反馈网络比例越大，灵敏度越高，也就是说越大越灵敏，越小越稳定。C3、C4为反馈补偿电容。
三极管TIP122、TIP127对电流放大。当不加负载时，散热片不发热。当正常工作时，散热片慢慢变热。
图6三极管电流放大
4实物制作与调试说明
4.1 制作电路板
4.1.1 PCB设计流程如图7所示。
图7 PCB设计流程图
4.1.2 制做印制板
打印PCB图，转印PCB图纸，腐蚀铜板，钻孔并清洗干净铜板。
安插元器件前，需测量元器件是否合格。如电容测量，将量程开关转到相应的电容量程上，将测试表笔跨接在被测电容、两端进行测量，必要时注意极性。以及二极管的测量，将红表接二极管正极，黑表笔接二极管负极。如测线路的通断时，将表笔连接在待测线路的两端，如蜂鸣器响则电路通，反之电路断开。
焊接电路，注意松香助焊。焊锡需加热充分再移开电烙铁。最后检测是否有虚焊、桥搭焊点。
5实物制作与调试说明
5.1 实物制作 5.1.1 电路图的绘制
通过调用Protel99se软件绘制原理图，之后，导入PCB进行电路导线的绘制。完成电路后便可以进行PCB图的打印。 5.1.2 电路板的制作
把打印好的PCB电路图复盖在已经檫干净的铜板上，通过压板机压印在铜板上，确保每一根线在无断的情况下，就可以进入下一步的工作，如果印制的不好可以用油性笔小心绘制。
接下来是铜板腐蚀，将腐蚀液倒入塑料槽中，让铜板完全浸入腐蚀液中，若腐蚀较慢，可以久不久用夹子将板子夹起接触空气，再浸入腐蚀液，有利于加快铜板的腐蚀。或者缓慢摇拌液体，等铜板多余的铜腐蚀完后，就可以用水冲洗板子上的腐蚀液。在此过程中不能让铜板过久的放在腐蚀液中，以防铜板腐蚀坏。
铜板擦干净后，就可用打孔机钻孔了，注意根据元件引脚实际大小适当选择不同的针型。以免钻孔偏小，有些元器件放不入；或钻孔过大，焊接需大量焊锡来填补，甚至导致焊盘脱落。
将元器件按照装配图放置在铜板的合适位置上，便可以焊接了。 4.2硬件调试 4.2.1硬件调试
打开电源，调至正负12V，双电压串联，电流0.45A，用万用表测量并接入电路。电压显示正常，无短路、烧元件等现象。关闭电源。
打开信号发生器，频率调至1000Hz，0.1Vpp，一端接莲花插座，一端接地。 打开示波器，接好地线，遵循“一点接地”原则，1通道接输入信号，2通道接输出信号，即芯片6脚输出线路。
检测接线情况后，再次打开电源。一切数据显示正常下，开始调试工作并记录相关数据，如实际放大倍数测量，通频带的检测，输出波形是否失真等。 4.2.2 性能分析
具有较宽的通频带，约为2HZ至800KHZ左右。科学整齐的布板，以及具备较好散热条件，从而使电路正常工作。电路可根据需要更换元器件，如修改放大倍数，调节音量，稳定输入电压等。电路的性能较好。
6实训总结
电子线路设计实训，主要培养我们独立思考及个人动手能力。从选题到设计、修改原理图，最终制作实训作品，过程需要不断补充和更新自己的专业知识，从多次实践中分析、总结经验，进一步完善设计方案。
此次实训我选择了集成功率放大器这一题目，我的设计方案是双声道集成功率放大器电路。刚开始时，由于自己专业知识不足，未能充分理解电路原理，以及电路中各个元器件的工作原理，导致原理图出现错误。通过后期学习，多次询问老师，课间向一些功放方面有经验、知识量较大的同学交流和探讨，并在他们的指点帮助下，不断修改设计方案，从中一些知识点的误解得以更正，受益匪浅。并在查阅资料过程中，加强了个人的自学能力，以及对资料查找、筛选的能力。一路摸索学习，从一知半解到后来自己根据不足和需要尝试修改、设计原理图，将所学知识运用进去，验证理论知识，加深对专业知识的理解及掌握。期间困难重重，问题一个一个出现，最终一一克服，虽然辛苦，但我感到十分充实、开心。每次调试失败后的认真总结，每次针对问题修改电路，每次制板的经验不断积累……有过失望，有过期待，终露出欣慰的笑容。实训使我的学习生活充实而丰富。
参考文献
[1] 于洪珍.通信电子电路教学参考书.北京：清华大学出版社，2006 [2] 王港元.电子技能基础.四川：四川大学出版社，2001 [3] 张军.电子元器件检测.北京：科学出版社，2008
[4] 赵景波.Protel 99SE电路设计基础与工程范例.北京：清华大学出版社，2008 [5] 胡斌.放大器电路识别入门突破.北京：人民邮电出版社，2007
附 录
元器件清单
名称 功放芯片 莲花插座 双掷电位器 电解电容 型号 NE5532 单个 100K 47uf 4700uf 三极管 三极管 导线 水泥电阻 电阻 TIP127 TIP122 5W5Ω 100K 6.8K 1K 20K 数量 2 2 1 2 4 2 2 若干 4 2 2 2 4
2原理图和PCB图
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