5．3扩音机的设计扩音机不仅仅是音响设备，这类放大器还广泛用于控制系统和测量系统中。

本课题介绍了一种具有收音、拾音、话筒等输入的功率扩音机的设计。

通过完成本课题，要求掌握音响电路的前置级，音调级，集成分立元件功放的设计与主要性能参数的测试方法，并掌握小型电子电路的装调技术。

一、扩音机电路的原理扩音机一般由下列三级组成： 前置放大级，可兼作频率均衡级； 音调控制级，作高低音调调节用；功率输出级，输出足够的功率以推动负载工作。

Ui1:话筒输入Ui2:收音输入Ui3:拾音输入5-3-1扩音机框图功率放大极决定了整机的输出功率P o ,非线性失真系数γ,以及-3dB 带宽的下限频率.功放级可采用负反馈以改善其性能.负反馈弱,增益大,但对性能改善程度也差;负反馈强,则反之.通常根据输出功率增益的大小来决定负反馈的深度.音调控制级决定了整机的音调控制功能，该级电压增益不是主要的,一般取中频增益A o =1(也便于电路设计计算).但需要考虑电路中的损耗,实际略小.前置放大级决定了整机的灵敏度.因此应有足够大的增益,并且能适应不同输入. 整机参考图见图5-3-2E c +30VR 100R 100R 10k R 10k(一) 功率放大级图5-3-2电路中的功放级为分立元件、准互补推挽式OTL 电路,也可用3.8节集成功放电路代替.下面仅就分立元件功放电路做介绍.电路中T 5和T 7组成NPN 复合管,由单电源V CC 供电,输出通过耦合电容C 5接到负载,C 5起一个0.5V CC 电源的作用,T 4和R 9、R 10组成恒压偏置电路,为末级提供一定的直流偏置以消除交越失真,R 13和R 15为泄放电阻,R 14为平衡电阻.推动级是由T 3构成的共发射级放大器,其集电极直流负载电阻为R 11+R 12；C 4、R 12为自举电路,使T 3集电极的交流负载为R 15或R 16.当然应有R 15或R 16≥ (R 11+R 12),以使本级能输出最大电压.输入级是由T 1,T 2组成的共发射极组态差动放大器. R 8引入直流负反馈,以稳定输出端A 点的直流电压.R 8、R 7、C 3引入交流负反馈,以改善整个电路的性能,同时也决定了整个电路的电压增益.C*为密勒电容补偿,以清除高频自激.若已知负载R L ,功率P o ，-3dB 带宽为f L ~f H ，则分立元件功放的设计计算为： 1、 确定电源电压Vcc因为负载电压最大值为L o LM R P 2U =，则应有Vcc ≥2U LM ，应充分考虑到T 7和T 8上的管压降及其射击电阻R 16，R 17上的压降，Vcc 可取大些。

2、 准互补推挽电路的计算负载电流最大值为I LM = U LM /R L ，推挽管的平均电流Ic=0.319Icm ，根据3.8节原理，可确定功放管。

射击电阻R 16，R 17一般取（0.05~0.1）R L ，输出耦合电容C 5应满足f L 的要求，即应有C 5≥1/2πf L R L 。

R 13,R 15为泄放电阻,一般取R 13=R 15=(5~10)R 17 R 14为使R i5=R i6,因此有R 14=R 13//R 17 I cm5=I cm6=(1.1~1.5) I LM /hfe7T 5,T 6的输出功率为P o56=0.5ULM I cm5 由上式确定激励级T 5，T 6中功率三极管。

3、推动级由激励级可推出推动级I CQ3 的大小，（R 11+R 12）为T 3集电极的直流负载，因而有（R 11+R 12）=0.5Vcc/I CQ3 C 4为自举电容4、输入级输入级有T 1，T 2差分放大电路组成，电路设计可参考基本放大器及差分放大器设计的有关章节。

整个功放电路中的交流反馈为电压串联负反馈，反馈系数为F=R 7/（R 7+R 8） 设为深度负反馈，则闭环电压增益为787uf R )R R (F1A +== （二）音调控制级音调控制级的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，控制曲线如图5-3-3所示。

f/HzAu/dB1020-20-10图5-3-3 音调控制曲线fo=1KHZ —— 中音频率，要求增益A uo =0dB f 1——低音转折频率，一般为几十赫兹f 2=10f 1 ——中音频转折频率 由激励级可推出推动级I CQ3 的大小，（R 11+R 12）为T 3集电极的直流负载，因而有（R 11+R 12）=0.5Vcc/I CQ3 f3 ——中音频转折频率f4=10f3——高音频转折频率，一般为几十千赫兹由图可见，音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。

所以音调控制级的电路由低通滤波器和高通滤波器共同组成。

常见电路有专用集成电路，如五段音调均衡器LA3600，外接发光二极管频段显示器后，可以看到各个频段的增益提升与衰减变化。

在高中档收录机，汽车音响等设备中广泛应用。

也有用运算放大器构成的音调控制电路，如图5-3-4所示。

这种电路调节方便，元器件较少，在一般收录机、音响放大器中应用较多。

U iR w1U 0图 5-3-4 音调控制电路设电容C 7=C 8>>C 9，在中低音频区，C 9可视为开路，在中高音频区，C 7、C 8可视为短路。

当f<fo 时，音调控制级的低频等效电路如图5-3-5所示，其中(a)为电位器R w1滑臂在最左端，对应于低频提升最大的情况。

其传输函数的表达式为：128110/1/1)(ωωωωωj j R R R u u j A W i o ++∙+-==5-3-1式中，)R C (11W 81=ω 或81W C R 211f π=5-3-28101W 2W 1W 2C R R )R R (+=ω或 8101W 2W 1W 2C R R 2)R R (f π+=5-3-3当频率较低（f ≤f1）时，电容C 8近似为开路，此时的增益为8101W L R )R R (A +=5-3-4当f 升高时，C 8容抗减小。

当f 接近中频(f ≥f2)时，C 8近似为短路，此时的增益为810uo R R A =假设要求中频增益A uo =1(0dB)，在100Hz 处有±12dB 的调节范围。

因为低频提升曲线在f1~f2的频率范围内，随f 的增加，A u 以-6dB/倍频降低，因此可算得f 2=400Hz 。

由5-3-2，5-3-3式可写出UL 10101W 12A R R R f f =+= 5-3-5低频最大提升量A uL 一般取为10倍，因而得Hz 40A f f UL 21==5-3-6R 8,R 10,R w 通常取几k Ω~几百k Ω,阻值过大，运放漂移电流的影响将不可忽视；阻值太小，流过它们的电流将超出运放的输出能力；U iC 8U C 75-3-5（b ）低频衰减5-3-5(a) 低频提升5-3-5（b ）图为电位器R w1滑臂在最右端，对应于低频衰减最大的情况。

其转折频率与低频提升时相同，最大衰减倍数为1/10（即-20dB ）。

2．当f>f o 时，音调控制级的高频等效电路如图5-3-6所示，U R R R w2o5-3-6 音调控制级高频时简化电路此时电容C 7和C 8可看成短路,R w1因此也被短路,R 8,R 9和R 10 为星形连接，将其转换成三角 形连接后的电路入图5-3-7所示。

UR w25-3-7 图5-3-6的等效电路R电阻的关系式为 Ra=R 8+R 9+(R 8R 9/R 10) R b =R 9+R 10+(R 9R 10/R 8) Rc=R 8+R 10+(R 8R 10/R 9)若取R 8=R 9=R 10,则Ra=R b =Rc=3R 8因为Rc 跨接在电路的输入端和输出端之间，对控制电路无影响，故可将它略去。

当R w2滑臂处于最左端时为高频提升最大，等效电路如图5-3-8（a ）所示。

因为当R w2滑臂处于最左端或最右端时，R w2对控制电路无影响，故等效电路中可略去。

高频提升时，由图5-3-8（a ）得其增益函数为：43b i o /j 1/j 1Ra R u u A ωω+ωω+∙-==5-3-7式中，()[]()⎭⎬⎫=ω+=ω11941193R C 1R Ra C 15-3-8与分析低频等效电路的方法相同（从略），得到下列关系式： f<f 3时，C 9视为开路，此时电压增益为：1Ra R A b uo ==5-3-9f>f 4时，C 9可视为短路，此时增益为：)R //Ra R A 11b H =5-3-10假设技术指标中，给出中频增益A uo =1（0dB ），在10kHz 处有±12dB 的调节范围，即可算出f 3=2.5kHz 。

由式5-3-8可得H 11a1134A R R R f f =+= 5-3-11可得： 3H 4f A f电阻R 11，C 9均看由公式推出当R w2电位器滑臂滑向最右端，电路为高频衰减，等效电路如图5-3-8（b ）所示，与高频提升高效电路相比较，由于Ra=R b ，其它元件值也相同，所以高频衰减的转折频率与高频提升的转折频率相同，而高频最大衰减为1/10（即-20dB ）.U iCU iU oC R 11(a)高频提升(b)高频衰减图5-3-8（三）、前置放大级前置放大级需要有足够的放大倍数，还要求对不同的输入信号有不同的灵敏度。

拾音 拾音通常是指用电唱机放唱片时，由电唱机中拾音器所输出的信号。

录制在唱片上的音乐信号，由于技术和工艺上的原因，往往进行了一些预失真处理。

一般是对信号中的低频部分作了一定的衰减，而对高频部分则作了一定的提升，如图5-3-9中的预失真处理曲线所示。

因此将唱片重新放送出来时，就要对这种预失真进行相应的补偿，才能恢复音乐信号的原来面目。

由于目前唱片的转速有四种，即78，45，3133和3216转/分，而电唱机中所用拾音器又有电磁型和晶体型等几种，因此所要求的补偿是不一致的。

对于转速为3133转/分，且拾音器为电磁型的而言，所要求补偿的为图5-3-9中实际补偿曲线所示。

-10-20f(Hz)响应（d B ）设计电路时，实际补偿曲线常用四段折线来近似，如图5-3-9近似补偿曲线所示，近似补偿曲线有三个转折频率分别为51Hz,510Hz 和2120Hz ，斜线的斜率为20dB/ 十倍频，这种补偿电路称为频率均衡电路，简称EQ 电路。

一些高级的扩音机分别对不同转速的唱片采用不同的补偿电路，并用波段开关来分别选用，在此就不再介绍。

话筒和收音 话筒是指直接由话筒将声音信号转换后输出的信号，收音是指收音机中检波后输出的电信号。

对于这些信号，扩音机通常应当具有比较平坦的频率特性，以便高保真地放大。