LM386音响放大器的设计+仿真(2)
1. 设计总体方案
图1 系统框图
系统框图如图1所示。本设计可以采用分立元件和集成电路两种方案实现[1]。对于分立元件组成的功放，如果电路选择的好，参数选择得当，元器件性能优良，设计和调试得好，则性能也很好。但缺点就是只要一个环节出现了问题，则性能会低于一般集成功放，为了不致因过载，过流，过热等损坏元件，故需要复杂的保护电路。而集成功放电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，增加工作的可靠性，外围电路简单，保护功能齐全。因此本设计每个模块均采用运算放大器集成电路。
弱信号前置放大：因话筒的输出信号一般只有5mv左右，而输出阻抗可达20 KΩ。前置放大主要是为了放大来自话筒的弱信号而设计，先以较小的增益放大。
混合前置放大模块：将磁带放音机输出的音乐信号与话音放大信号混合放大。
音调控制模块[2]：主要是控制调节音响放大器的幅频特性，实现高低音的提升和衰减，将信号加以调节和修正，再传送给功率放大器。
功率放大器：把来自音源或前级放大器的弱信号放大，推动音箱放声。
1.1 放大电路的比较和论证
方案一：采用uA741运算放大器设计电路，uA741是通用高增益运算放大器，应用非常广泛，为双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22V，差分电压±30V，输入电压±18V，允许功耗500mW。
方案二：采用LM324通用四运算放大器，双列直插8脚封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放是相互独立的。
方案选取：LM324内包含四个基本运算放大器单元，而uA741属于单运算放大器，从引脚功能上看，uA741比LM324多两个补偿脚，可以利用外围电路对失调电压进行补偿，而LM324没有外围的补偿端，补偿是自动的，相比之下uA741理论上可以实现更高的精度，在早期的音响中经常使用，但缺点就是输入级为双极晶体管，故偏流大功耗大，本设计为追求低功耗故选用LM324。
1.2 音频功率放大电路
常见的功率放大器电路形式主要有OTL(无输出电容功率放大电路)和OCL（无输出变压器功率放大电路）。其晶体管均工作在乙类状态，而且既可以由分立元件组成，也可以以专用集成功率IC的形式出现。 而在实用功率放大器电路中多选用集成功率IC来设计，常用的音频功率集成块LM386，LM1875，LA4102。LM1875单电源供电范围在15至60伏，本设计采用单电源+9伏供电，故采用LM386。它自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，为低电压应用设计的音频功率放大器，广泛应用于低功耗的录音机和收音机之中，与本设计要求相符合。
2. 核心元器件介绍
2.1 LM324典型电路
LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器，可以工作在3伏到32伏的电源下。主要应用于低电压消费类产品。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。LM324的常用电路是作为反相交流放大器、同相交流放大器、交流信号分配放大器、有源带通滤波器、比较器和单稳态触发器。本设计中用到前两种放大器，所以在这里详细介绍反相和同相交流放大器的应用。
图2 反相交流放大器图
反相交流放大器图如图2所示。采用单电源供电，由R4、R3组成1/2V+偏置，C2是消振电容，C1为耦合电容。电压放大倍数Av仅由外接电阻R2、R1决定： 。负号表示输出信号与输入信号相位相反。此电路输入电阻为R1。一般情况下先取R1与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数再确定R2。此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。