低音炮是一種提供低頻音頻信號的揚聲器。 Ken Kreisler 于 1970 年發(fā)明了第一臺低音炮放大器。其主要目的是增強音頻信號的低音質(zhì)量。我們創(chuàng)建了一款低音炮放大器，可產(chǎn)生 20 至 200 Hz 之間的低頻音頻信號，并具有 100W 輸出功率來驅(qū)動 4 歐姆負(fù)載。

大綱

低音炮功放電路原理

100W低音炮功放電路圖

電路元件：

低音炮放大器電路設(shè)計：

音頻濾波器設(shè)計：

前置放大器設(shè)計：

功率放大器設(shè)計：

低音炮放大器電路操作：

低音炮功放電路的應(yīng)用：

該電路的局限性：

低音炮功放電路原理

音頻信號首先被過濾以去除高頻信號并僅允許低頻信號通過。然后使用電壓放大器放大該低頻信號。然后使用晶體管驅(qū)動的 AB 類功率放大器放大該低功率信號。

100W低音炮功放電路圖

電路元件：

低音炮放大器電路設(shè)計：

音頻濾波器設(shè)計：

使用 OPAMP LM7332，我們創(chuàng)建了一個 Sallen Key 低通濾波器。品質(zhì)因數(shù)假定為 0.707，截止頻率假定為 200Hz。同樣，如果極數(shù)為1，C1的值為0.1uF，則可以確定C2的值為0.1uF。假設(shè) R1 和 R2 相同，可以通過替換方程中的已知值來獲得該值。

Q/(2 pi fc*C2) R1 = R2

這使得每個電阻器的值為 5.6K。本例中 R1 和 R2 為 6K 電阻。我們不需要在與輸出端子短路的非反相端子處使用電阻器，因為我們需要一個閉環(huán)增益濾波器。

前置放大器設(shè)計：

前置放大器基于晶體管 2N222A 的 A 類操作。由于所需的輸出功率為100W，負(fù)載電阻為4歐姆，因此這里我們要求電源電壓為30V。

假設(shè)集電極靜態(tài)電流為1mA，集電極靜態(tài)電壓為電源電壓的一半，即15V，則計算出負(fù)載電阻值為15K。

R5 = (Vcc/2Icq)

基極電流由下式給出：I b = Icq/h fe

代入 h fe或交流電流增益值，我們得到的基極電流等于 0.02mA。偏置電流Ibias假設(shè)為基極電流的十倍，即0.2mA。

假設(shè)發(fā)射極電壓為電源電壓的12%，即3.6V?；鶚O電壓Vb則等于Ve+0.7，即4.3V。

然后按以下方式計算 R3 和 R4 的值：

R3 = (Vcc – Vb)/I偏置 ，R4 = Vb/I偏置

代入這些值，我們得到 R3 等于 130 K，R4 等于 22K

發(fā)射極電阻（Ve/Ie）經(jīng)計算為3.6K。然而，該電阻由兩個電阻器 R6 和 R7 共享，其中 R7 用作反饋電阻器以減輕 C4 的去耦影響。當(dāng)R5的值和增益相加時，發(fā)現(xiàn)R7的值是300Ohms。那么R6的值為3.2K。

由于C4的容抗應(yīng)小于發(fā)射極電阻，因此我們確定C4的值為1uF。

功率放大器設(shè)計：

功率放大器采用AB類模式的達林頓晶體管TIP142和TIP147設(shè)計。選擇偏置二極管，使其熱特性與達林頓晶體管的熱特性相同。這里選擇1N4007。

由于低偏置電流需要大阻值的偏置電阻，因此我們選擇R9等于3K。

驅(qū)動級用于為功率放大器提供高阻抗信號。在本例中，我們在 A 類模式下使用 TIP41 功率晶體管。發(fā)射極電阻R8 等于28.6 歐姆，由發(fā)射極電壓Ve (1/2Vcc-0.7) 和發(fā)射極電流Ie（等于集電極電流，即0.5A）的值確定。在這種情況下，我們將使用 30 歐姆電阻。

自舉電阻 R10 的值應(yīng)使達林頓晶體管具有高阻抗。在本例中，R10 設(shè)置為 3K。

低音炮放大器電路操作：

Sallen Key 低通濾波器用于過濾音頻信號，僅允許低于或等于 200Hz 的頻率通過，同時保持過濾狀態(tài)。通過耦合電容器 C3，該低頻信號被饋送到晶體管 Q1 的輸入端。在 A 類模式下，晶體管在其輸出端創(chuàng)建輸入信號的放大版本。 Q2將放大后的信號轉(zhuǎn)換為高阻抗信號，然后送至AB類功率放大器。兩個達林頓晶體管一起工作，產(chǎn)生一個完整周期的輸出信號，其中一個在正半周期導(dǎo)通，另一個在負(fù)半周期導(dǎo)通。R11和R13用作發(fā)射極電阻，以減少匹配晶體管之間的差異。采用二極管是為了保證交叉失真保持在最低限度。然后利用該高功率輸出信號來驅(qū)動低阻抗揚聲器或低音炮（大約 4 歐姆）。請注意，出于測試目的，我們使用了 8 歐姆電阻。

低音炮功放電路的應(yīng)用：

該電路可用于家庭影院系統(tǒng)，驅(qū)動低音炮以產(chǎn)生高品質(zhì)的高低音音樂。

該電路還可用作低頻信號的功率放大器。

該電路的局限性：

濾波器電路往往會增加音頻信號的直流電平，從而導(dǎo)致偏置中斷。

線性器件的使用會導(dǎo)致功耗，從而降低電路的效率。

這是一個理論電路，輸出包含失真。

該電路不提供任何消除噪聲信號的措施，因此輸出可能包含噪聲干擾。