音量放大电路

① 音频音响的功率放大器的工作原理是

功率放大器（英文名称：power amplifier），简称“功放”，是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载（例如扬声器）的放大器。功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

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在放大区中恒为基极电流的β倍，β是三极管的电流放大系数，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。经过不断的电流放大，就完成了功率放大。

传统的数字语音回放系统包含两个主要过程：

1、数字语音数据到模拟语音信号的变换（利用高精度数模转换器DAC）实现；

2、利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。从1980年代早期，许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器，这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换，这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。

A类放大器：

A类放大器的主要特点是：放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近，晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，效率的理论最大值仅有25%，且有较大的非线性失真。因此效率比较低。

B类放大器：

B类放大器的主要特点是：放大器的静态点在（VCC，0）处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波，所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高（78%），但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是“交越失真”较大。即当信号在-0.6V~ 0.6V之间时，Q1、Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

AB类放大器：

AB类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。

C类放大器：

C类放大器主要特点是：晶体管仅在输入信号每个周期的很短时间内工作。电路工作时通常会给放大管提供一个负偏压，以确保晶体管不会工作在乙类状态。它的集电极负载不是电阻而是一个LC并联谐振回路，所以C类放大器也叫谐振放大电路。通过调节电容器的容值或电感器的感值从而达到选频功能。C类放大器的转换效率极高，可以达到98%。但是因为负载是谐振电路，电路经常工作在高频状态所以失真很大，因此C类放大器并不适合作为音频功率放大器，反而因为它的可选频率特性而被无线电界广泛采用，所以通常作为射频放大器、调谐放大器和倍频器。

D类放大器：

D类（数字音频功率）放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM（脉冲宽度调制）或PDM（脉冲密度调制）的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。具有效率高的突出优点。数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路（半桥式和全桥式）和低通滤波器（LC）等四部分组成。D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

优点：

1）具有很高的效率，通常能够达到85%以上；

2）体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间；

3）无裂噪声接通；

4）低失真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。

A类、B类和AB类放大器是模拟放大器，D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而D类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。外围元器件少优点。AB类放大器和D类放大器是音频功率放大器的基本电路形式。

T类放大器：

功率放大器（图2）

T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同，功率晶体管也是工作在开关状态，效率和D类功率放大器相当。但它和普通D类功率放大器不同的是：

首先，它不是使用脉冲调宽的方法，Tripath公司发明了一种称作数码功率放大器处理器“Digital Power Processing （DPP）”的数字功率技术，它是T类功率放大器的核心。它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后，用于控制功率晶体管的导通关闭。从而使音质达到高保真线性放大。

其次，它的功率晶体管的切换频率不是固定的，无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内，而是散布在很宽的频带上。使声音的细节在整个频带上都可“闻”。

此外，T类功率放大器的动态范围更宽，频率响应平坦。DDP的出现，把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。在高保真方面，线性度与传统AB类功放相比有过之而无不及。引用

② 在音响放大电路中,应选择哪种类型的电位器来做音量控制使用

通常音响类电路中功放电位器的阻值多数为50K或者100K。电位器根据其电阻变化的形式可分为线型电位器、对数型电位器和指数型电位器三种，音响中前后级使用的音量电位器，通常选用的是对数型电位器,阻值大小的选择主要根据音响前后级间的输入输出阻抗来选择，使其达到阻抗匹配即可。电位器种类的选择通常根据功放机的档次来选择，对于发烧级功放可以选择精密刷丝式高档电位器，也可选择电阻步进式发烧级ALPS双联音量27型电位器RH2702-100KA 50K等。

③ 自制音频放大电路，接5V电源

常用主板前置音频接口AUDIO是按Intel® 的I/O面板连接规范设计的。针脚定义(AUDIO)如下:1 、AUD_MIC 前面板麦克输入 2、 AUD_GND 模拟音频电路用地线 3、 AUD_MIC_BIAS 麦克供电电源 4、 AUD_VCC 给模拟音频电路用的已滤波的+5V供电5、 AUD_FPOUT_R 前面板右声道音频信号 6、 AUD_RET_R 前面板右声道音频信号返回 7、 HP_ON 保留给将来耳机放大电路用 8、 KEY 空针脚 9、 AUD_FPOUT_L 前面板左声道音频信号 10、AUD_RET_L 前面板右声道音频信号 AUDIO的十针设计可应用于带有功率放大器和音箱的高档机箱，也可以应用于普通机箱的前置耳麦插口。由于第4针脚是给功率放大器提供+5V电源用的，所以在连接普通机箱的前置耳麦插口是千万不要把任何一条线连接到第4针脚，否则会烧主板和耳麦的。如果不使用前置音频插口，针脚5 & 6 9 & 10 必须用跳线帽短接，这样输出信号才会转到后面的音频端口。否则后面的Line-Out音频接口将不起作用。7条线与主板的前置音频接口JAUD1的连接方式如下：麦克输入（MIC IN） ————————>①地线（GND） ————————————>②麦克电源（MIC POWER） ——————>③面板右声道输出(LINE OUT FR)————>⑤面板右声道返回(LINE OUT RR)————>⑥面板左声道输出(LINE OUT FL) ————>⑨面板左声道返回(LINE OUT RL) ————>⑩请注意⑴AUDIO的麦克连接，MIC IN连接到1脚，MIC POWER连接到3脚，如果接反了会导致麦克没有输入或音量很小；⑵一定要连接地线，必须连接到2脚；⑶第5、9脚连接左右声道输出，第6、10脚连接左右声道返回。二、其他几种连接线的，可以参考以下（5根连接线）的接法：MIC POWER----接麦克供电电源MIC IN---------接麦克风输入LINE OUT L-------接左声道输出LINE OUT R ------接右声道输出AUD_GND ------ 模拟音频电路用地线AC-97 前置音频1.MIC 前面板麦克风输入信号（支持立体声麦克风时会偏向)2.AUD_GND 模拟使用的接地3.MIC_BIAS 用于立体声麦克风支持的麦克风电源 / 附加 MIC 输入4.AUD_GND 模拟音频电路使用的接地5.FP_OUT_R 至前面板的右声道音频信号（有耳机驱动功能）6.FP_RETURN_R 自前面板返回的右声道音频信号（拔出耳机时）7.AUD_5V 模拟音频电路使用的过滤 +5 V8.KEY 无针脚9.FP_OUT_L 至前面板的左声道音频信号（有耳机驱动功能）10.FP_RETURN_L 自前面板返回的左声道音频信号（拔出耳机时）另:前置音频线接法MIC IN ●1 2 ●GNDMIC VCC ●3 4 ●+5V(不接)SPK-R●5 6 ●RIN●7 8SPK-L●910 ●LIN各引脚定义：1. MIC_IN 前置麦克输入。2 .GND 供模拟音频电路使用的接地。3. MIC VCC 为麦克风麦克偏置电压，可以不接。4 . +5V供模拟音频电路使用的滤波 +5 V。不接5 .SPK-R 输出给前置的右声道音频信号。6. RIN 从前置返回的右声道音频信号。7.无定义8.无针脚。9 .SPK-L 输出给前置的左声道音频信号。10. LIN 从前置返回的左声道音频信号。如果主板后置音频输出不是2.1声道,还要在BIOS里面设置AC 97模式

④ 最简单的声音放大电路

频放大器是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号的设备，其重建的信号音量和功率级都要理想——如实、有效且失真低。音频范围为约20Hz～20kHz，因此放大器在此范围内必须有良好的频率响应（驱动频带受限的扬声器时要小一些，如低音喇叭或高音喇叭）。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“迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。

音频放大器的发展先后经历了电子管（真空管）、双极型晶体管、场效应管三个时代。电子管音频放大器音色圆润、甜美，然而它体积庞大、功耗高、工作极不稳定，且高频响应不佳；双极晶体管音频放大器频带宽、动态范围大、可靠性高、寿命长，且高频响应好，然而它的静态功耗、导通电阻都很大，效率难以提高；场效应管音频放大器具有与电子管同样圆润、甜美的音色，同时它的动态范围宽，更重要的是它的导通电阻小，可以达到很高的效率。

此电路充分利用了常规通用的LM317电压调整芯片，使其不仅完成对滤波后未稳电压的稳压功能，而且还实现了对驻极电容式麦克拾取的音频信号进行放大的功能。驻极电容式麦克内含有一个基于JFET阻抗转换器，使语音信号转换为电流形式加到RP电阻上，引起相应的电压变化。220V交流电经变压器、桥式整流输出36V未稳直流电，再经电容器滤波后馈入LM317的输入在直流上的低阻音频放大信号，输出至扬声器。实现电路如图所示

音频放大器

在电路安装完毕后，首先应针对驻极电容式麦克两输入端电压差进行调整。要求此电压差小于1．25VDC。在LM317调整端于地之间接入一可调电阻Rp，调整此电阻便可实现所需限度。其次，麦克拾取的音频信号易受外界噪声的干扰，c1的加入可滤出一部分干扰信号，但对所需信号也进行了衰减。由于LM317的内部增益可以补偿衰减部分，因此C1的引入所带来的损耗可忽略不计。为了避免过分的损耗，C1的容值应尽可能低，本电路取15F。最后需要注意的是，电路正常工作时LM317芯片的最小工作电流要求为4mA，使用了一个负载电阻来吸收4mA电流。如果使用一低阻抗扬声器，也必须引入此负载电阻，可以对信号失真进行补偿。在实际电路中，如果使用8Q阻抗扬声器，需使用至少420Q负载电阻补偿可能引起的信号失真。

调节R1大小，使在最大输出时信号不失真即可，减小R2可输出更大的功率。如果有万用表，可将三极管集电极电压调为电源电压的1/2左右。