音频放大器电路理论及案例分析

音频放大电路理论及案例分析  F 厂工程课
一．音频放大基本电路理论分析
在步步高 DVD 产品中，大多数音频放大电路如下图所示：
图：1.1
这是一个有源低通滤波器，主要作用是对音频解码芯片 CS4360 输出的音频
信号进行低通滤波，把无用的高频信号过滤掉。
如果去掉前面一级的 RC 低通滤波电路，可以画出下面的原理图：
图 1.2
令电路的电压放大倍数 ，下面通过计算来说明此电路的功能：
根据节点电位法和“虚短”、“虚断”的概念可得
联立求解得：
（1——4）
式中的
，为反向比例运算放大器的电压放大倍数。
从式 1——4 可以看出，R3，R1 是决定整个电路通频带放大倍数的，R2，C，
C1 决定整个电路截至频率，以及实际放大倍数，因为有它们的反馈作用，整个
电路的放大倍数会降低，这从式 1——4 也可以看出。
下面已步步高刻录机 DW9915 中实际电路，用仿真软件做分析：
图 1.3
下面是对它做的 AC 分析：
图 1.4
从 AC 分析可以看到，这个电路截至频率基本上在 20KHZ 左右，但是接近这个频率时它的
相位偏移已经不是很一致了，但人耳只要达到 20k 就足够了，所以这个电路还是适用的。
下面来调整各个电阻电容的参数，看会发生什么情况。首先将 C 进行参数扫描，从 1PF
到 1000PF，采用 decade 形式。结果是：
图 1.5 对 C 进行参数扫描
从图中可以看出，当 C 增大时，他的通频带的截止频率会减小，这样会导致声音丢失一些
有用的高频分量，导致声音听起来比较闷重。当声音减小时，通频带的截止频率会增大，导
致一些高频杂波没有被滤掉，声音有杂音。
再对 C1 进行参数扫描：
图 1.6 C1 进行参数扫描
从上图可以看出，同 C 一样，当 C1 提高时，通频带的截止频率会降低，当 C1 降低时，通
频带的截止频率会升高。
对 R2 进行参数扫描：
图 1.7 R2 参数扫描
R2 从 100 欧增大到 100K，可以看到随着 R1 的增大，通频带的截止频率会降低。
综上所述，当 C，C1，R2 增大时，通频带的截止频率会降低。
由于 R3 和 R1 是决定通频带的放大倍数，所以他们的规律很好从公式中推出，这里不
做仿真分析。
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电路如图 1.3，增大 R3 或者减小 R1，将会增大放大倍数，减小 R3 或者增大 R1 ，将
会减小放大倍数。
二．实际案例分析。
1.DL317 音频不合格。
重共方案：将下图中 R278，R279 由 24K 改成 1K。
原因分析：R278，R279 的作用是将 8v 电压进行分压，为音频放大提供一个中置电压，
由于运放的正向输入端对地是有一定的电阻的（设为 R+），这样相当于 R+与 R279 是并联
对地的，这样当用运放的型号改变时，就会导致 R+的改变，这样就会使中置电压发生改变，
进而使音频指标中的 THD+N 不合格，也就是说导致声音失真。当 R278，R279 的值变小时，
并联电阻对它们的影响就会变小。
比如，如果 R279 是 24K，假设运放正向输入的内阻也是 24K，那么它们并联后的阻值
就是 12K，减小了一半；如果 R279 是 1K，那么并联后的阻值就是 0.92K，下降幅度很小。
所以将 R279 从 24K 减小到 1K 可以提高中置电压的精确度。但是电阻越小，功耗就越大，
所以选用要从运放的内阻实际情况，选用合适的阻值。
下面对这种情况做仿真验证，由于是理想运放，所以直接改变中置电压的大小，作瞬态
分析，看结果如何。
下面是在 EWB 中画的仿真图：
图 2.1
上图中，V1 提供中置电压，先看它的电压为 4v 是的瞬态情况：
图 2.2
上图中红线代表 6 点电压，蓝线代表 7 点电压，可以看出，波形没有失真，且放大倍数
达到 4 倍多。
再将中置电压 V1 设定为 5v，观察情况：
图 2.3
可以看到当中置电压升高时，由于受到运放最高输出电压的限制，输出波形产生了削顶
失真。
下面是将中置电压降低时的情况，可以看到输出波形的下半部产生的削顶失真。
图 2.4
从上面两个图中还可以看出，当中置电压发生变化时，不但波形发生失真，而且放大倍
数也发生变化。
2.VS1000 音频指标不合格。
重工方案：删除位号 VD209。
从电路图可以看出 VD209 结的是 MUTE-2 ，这个信号是受耳塞控制的，也就是说，平
时它是低电平，不产生静音效果，当耳塞插于时，导致 MUTE-2 与地相连点断开，MUTE-2
变成高电平，产生静音效果。但是这样做有一个问题就是，由于平时 MUTE-2 是 0V，而不
是像 MUTE-1 是—4v 左右，由于楼电流的作用，导致 VD209 的负极，也是在 0v 左右，但
是 0V 是不能有效截止静音三极管的，这样也会导致声音失真。
三．音频指标简述。
它们的定义如下：
基准输出电平：重放测试盘 997hz，0db 基准电平信号并测量左右通道输出电平，以伏
表示。
1khz 通道不平衡度：用音频分析仪测量重放 997hz，0db 基准输出电压时基准信号时左
右通道输出电压 VL，VR，997HZ 通道不平衡度=|20lg(VL/VR)|
串音：重放测试盘上的一通道基准电压和该通道在另一通道信号（数字“0”）时的串音
测量用信号，测量一通道的放音输出和泄露到另一通道的信号电平之比，以 db 表示
音频幅频响应：重放测试盘上频率测试信号，用音频分析仪测量各频率的放音输出电平
和基准信号放音输出电平的偏差。
动态范围：重放比基准电平低 60DB 的测试频率的数字信号，测量输出信号的噪声和失
真的分贝值 A，再加上 60db。即：动态范围=|A|+60db
频率失真加噪声：重放谐波失真测试信号，测试总谐波失真加噪声，以 db 表示。
频率误差：重放测试频率信号，用音频分析仪准确测量输出信号频率 f，fref 表示基准
频率，测频率误差=（f-fref）/frefⅹ100%。
电平非线性：对于 0db～90db（997hz）的所有给定测试信号，用音频分析仪测量以基
准输出电压为 0db 的输出电压，分别求出两个通道测得的输出电压和额定录音电平之差
其中:“重放”是英语“playback”直接翻译过来的，就是播放的意思。
其中“基准输出电平”指的就是单位电平经过碟机后的放大倍数，主要受音频电路中决
定放大倍数的元件相关，比如，上面讲到的 R1 ，R3 ，运放等。
“1khz 通道不平衡度”主要靠元件的精确性来完成。
与“串音”相关的因素有排版时的布线，以及由于用到的运放都是双运放集成在一个芯
片中，芯片内部也会发生串扰，还有就是卡拉 OK 由于是串到各个声道上，当没有使用卡
拉 OK 时，如果设计不好，也会导致串音。
“音频幅频响应”主要是受音频放大电路中电容 C，C1 决定的截止频率的影响。
“动态范围”实际上是测试碟机对小信号的放大能力。
“频率失真加噪声”，影响它的因素比较多，像是静音电路不能有效截止，通频带内，
各个频率偏移不一致等。
“频率误差”主要由软件控制。