基于数字逻辑电路的音频信号放大设计与实现

张华忠，李世琛

（中国民用航空飞行学院航空电子电气学院，广汉 618307）

0 引言

随着新技术革命的到来，音频放大在电子技术中所处位置越来越重要。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径。由于传感器输出阻抗高，输出的电信号十分微弱，有时甚至还有强烈的电磁及外界噪声干扰，因此放大器电路作为子系统的应用成为新一代电子设备不可缺少的核心部件。

1 音频放大系统

麦克风利用声信号对膜片振动干扰，利用电磁感应原理将振动物理信号转化成幅值变化的电压信号，将声能转化成电能，形成电信号。电压信号产生的信号功率不足以驱动扬声器工作，而音频放大系统的原理就是利用运放把音频模拟信号进行放大，使其驱动一定阻抗的扬声器。整个电路由信号放大电路和功率放大电路两部分构成。

1.1 信号放大电路

本电路以OP07 集成运放为核心构建反相放大器，实现对微小信号的放大，如图1所示。电阻作为负反馈电阻与控制放大器的放大倍数。集成运放的供电方式采用单电源供电，为保证输出信号完整性，采用直流电源电压二分之一的偏置方法提供偏置电压。电路中消除输入端直流分量部分以及隔离反馈直流电压，消除偏置电压源交流分量，消除电源波动的影响。人耳听到的声音频率为20～20000 Hz，在两极放大部分之间设置高通滤波器，实现对低于20 Hz 的信号过滤。根据频率计算公式= 1/2π，选择= 2 KΩ，= 4。

1.2 功率放大电路

该部分实现对放大信号的二次放大。TDA2030 功率放大模块性能优良，被广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音箱等设备。以TDA2030 集成运放为核心构建同向放大电路如图1所示，实现对信号的功率提升至可以驱动扬声器。电阻作为负反馈电阻与控制放大器的放大倍数，、为输入端供给偏置电压，作为负载缓冲电阻减少波动电流对运放的冲击。电路中消除放大器输入端直流分量以及隔离偏置直流电压，消除电压源电源波动对偏置电压的影响，是负反馈隔离电容，将反馈电路对直流分量造成的衰减等于0，减小失调电压对输出的影响。PCB图如图2所示。

图1 整体仿真图

图2 PCB图

2 测试方案与结果

方案首先对信号放大电路的失真率和实际放大倍数进行分析，确定信号放大倍数为2 倍。确定信号放大倍数后对功率放大电路放大倍数进行确定，分析不同放大倍数下的失真率和实际放大倍数，结合系统总放大倍数与输出功率（负载采取电阻进行模拟）确定功率放大电路放大倍数为9倍。

表1 信号放大部分测试数据

表2 功率放大部分测试数据

表3 整体电路测试数据

3 结语

设计的音频放大电路能够对微小信号进行放大，并达到稳定不失真效果，滤波电路能对人声部分合理滤波，功率放大电路输出信号可驱动8 Ω 0.25 W 和8 Ω 0.5W 扬声器，后续欲驱动更大功率扬声器可通过多级放大或运放双电源供电方式实现。