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。
功率放大极决定了整机的输出功率Po,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Ao=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5-3-2
(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T5和T7组成NPN复合管,由单电源VCC供电,输出通过耦合电容C5接到负载,C5起一个0.5VCC电源的作用,T4和R9、R10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,R13和R15为泄放电阻,R14为平衡电阻.
推动级是由T3构成的共发射级放大器,其集电极直流负载电阻为R11+R12；C4、R12为自举电路,使T3集电极的交流负载为R15或R16.当然应有R15或R16 (R11+R12),以使本级能输出最大电压.
输入级是由T1,T2组成的共发射极组态差动放大器.
R8引入直流负反馈,以稳定输出端A点的直流电压.
R8、R7、C3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RL,功率Po，-3dB带宽为fL~fH ，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 ，则应有Vcc≥2ULM，应充分考虑到 T7和T8上的管压降及其射击电阻R16，R17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ILM= ULM/RL，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R16，R17一般取（0.05~0.1）RL，输出耦合电容C5应满足fL的要求，即应有C5≥1/2πfLRL。
R13,R15为泄放电阻,一般取R13=R15=(5~10)R17
R14为使Ri5=Ri6,因此有R14=R13//R17
Icm5=Icm6=(1.1~1.5) ILM/hfe7
T5,T6的输出功率为Po56=0.5ULM Icm5
由上式确定激励级T5，T6中功率三极管。
3、推动级
由激励级可推出推动级ICQ3 的大小，（R11+R12）为T3集电极的直流负载，因而有（R11+R12）=0.5Vcc/ICQ3
C4为自举电容
4、输入级
输入级有T1，T2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=R7/（R7+R8）
设为深度负反馈，则闭环电压增益为
（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。
fo=1KHZ —— 中音频率，要求增益Auo=0dB
f1——低音转折频率，一般为几十赫兹
f2=10f1 ——中音频转折频率 由激励级可推出推动级ICQ3 的大小，（R11+R12）为T3集电极的直流负载，因而有（R11+R12）=0.5Vcc/ICQ3
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。
设电容C7=C8>>C9，在中低音频区，C9可视为开路，在中高音频区，C7、C8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Rw1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：
5-3-1
式中， 或 5-3-2
或 5-3-3
当频率较低（f f1）时，电容C8近似为开路，此时的增益为
5-3-4
当f升高时，C8容抗减小。当f接近中频(f f2)时，C8近似为短路，此时的增益为
假设要求中频增益Auo=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，Au以-6dB/倍频降低，因此可算得f2=400Hz。
由5-3-2，5-3-3式可写出
5-3-5
低频最大提升量AuL一般取为10倍，因而得
5-3-6
R8,R10,Rw通常取几kΩ~几百kΩ,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；
5-3-5（b）图为电位器Rw1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>fo时，音调控制级的高频等效电路如图5-3-6所示，
此时电容C7和C8可看成短路,R
w1因此也被短路,R8,R9和R10
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。
电阻的关系式为
Ra=R8+R9+(R8R9/R10)
Rb=R9+R10+(R9R10/R8)
Rc=R8+R10+(R8R10/R9)
若取R8=R9=R10,则Ra=Rb=Rc=3R8
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Rw2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Rw2滑臂处于最左端或最右端时，Rw2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：
5-3-7
式中， 5-3-8
与分析低频等效电路的方法相同（从略），得到下列关系式：
f<f3时，C9视为开路，此时电压增益为：
5-3-9
f>f4时，C9可视为短路，此时增益为：
5-3-10
假设技术指标中，给出中频增益Auo=1（0dB），在10kHz处有±12dB的调节范围，即可算出f3=2.5kHz。由式5-3-8可得
5-3-11
可得：
电阻R11，C9均看由公式推出
当Rw2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=Rb，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）.
（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， 和 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 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。
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。
1． 话筒输入（k与1相连）
当开关置1时，即为话筒输入，该前置 级为一同相放大器，根据灵敏度的要求，可确定其放大倍数。
5-3-12
R18=R17
5-3-13
隔直电容C11的容抗在下限频率上仍应远小于电阻R19
2． 收音输入(k与2 相连)
电路与话筒输入相同
在话筒和收音输入的情况下，因为反馈网络为纯电阻性，若运放为理想器件，则放大器具有平坦的频率特性。
3． 拾音输入（k与3相连）
若拾音输入时，由图5-3-9已知实际补偿特性曲线可用四段折线来近似，它的三个转折频率分别为f1=51Hz,f2=510Hz,f3=2120Hz,要实现这一具有两个极点和一个零点的特性，可以在运放的反馈电路中接入 C12,R21和C13,R22共四个元件，增益函数为：
5-3-14
式中 ，
考虑到ω2>>ω1,即 C13R22<<C12R21 , 并让 C13<<C12 ，R22<<R21
则ω2的表示式可简化为
中频（ω2<ω<ω3）时的增益为
5-3-15
根据给定技术指标，很容易由5-3-14、5-3-15式确定各元件值。
前置级输出信号由电位器取出信号送入音调级，该电位器起到调节整个扩音机音量的作用。
三 ．设计任务
1． 基本题
设计一扩音装置，要求达到以下技术指标：
①额定输出功率 P0 8W
○2负载阻抗 RL=8 （扬声器）
○3上、下限频率 fL=60Hz fH=10kHz
○4音调控制范围
低音 100Hz±12dB
高音 10kHz ±12dB
○5失真度 <3%
○6输入灵敏度 时， V
○7输出零点漂移
2.提高题
○1~○5项技术指标与基本题相同，○6话筒输入，灵敏度 ； 拾音输入，灵敏度 ； 收音输入，灵敏度 。
○7设计至少有五位电平显示，尽量采用集成器件完成，器件应具有一定的先进性，可通过查阅资料完成。
○8失真度 <1%
四．安装调试步骤
㈠安装提示
1． 扩音机功率较大，不适宜在面包板上工作，因此可选择通用板进行焊接。注意功率放大管上应装散热器。
2． 在进行元件布局和走线时，应使连线尽可能短而直，否则不仅易产生自激，且难以清除。
3． 若运放用通用型741时，其静态电流按2 mA计算。
4． 为安全起见在电源电路中应接入保险丝。
㈡调试
前提：保证所用元件值正确，器件完好，连接无误。无虚焊。
采用逐级调试，分别调整，测量。最后进行整机试听。试听时，应能明显听出高，低音调的变化。音量大小可调节。敲击电路板应无声音间断和自激现象。
五．思考题
1． 小型电子系统的设计方法与单元电路的设计方法有那些异同点？
2． 如何安装与调试一个小型电子线路系统？
3． 若电路出现自激振荡现象如何解决？
4． 若进行了该课题的设计，要求测量噪声电压，输入灵敏度，及整机效率。应怎样正确测量。
六．仪器与器件
仪器： 稳压电源 一台 毫伏表 一台
信号源 一台 失真度仪 一台
运放测试仪 一台 三用表 一块
器件： 分立元件功放器件： 大功率管 2只
中功率管 2只 小功率管 4只
或 集成功率放大器 一只
电阻，电容 若干
