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基于NE5532的小型耳机功率放大器


西安电子科技大学长安学院 数字电路课程设计 数字电路课程设计

题 目:基于 NE5532 的耳机功率放大器 专 业:生物医学 班 级:07221 姓 名:张君芳 1004 学 号:07221004 指导教师: 指导教师: 时 间:2009 年 11 月 2009

基于 NE5532 的耳机功率放大器
一、引言
“耳

放”即耳机放大器。耳放主要功用就是在前端提供充足的 放大功率。帮耳机推出足够音量,尤其是遭遇上高阻抗、低灵敏度的 专业耳机时,耳放更是扮演着不可或缺的重要角色。当然它的作用不 仅止于放大功率,依据电路设计,使用的放大组件等,都会对各频段 的音色产生不同的影响。 例如使用真空管作为放大组件的胆机具有音 染较明显的特色,虽然略微失真但声音却更温暖悦耳。因此耳放其实 也具有调音的效果。 随着现代生活品质的上升,用耳机欣赏音乐的人群日趋增加, 但大多数还是停留在直接用耳机连接随身听、 音乐手机等小型音源的 方式为主。可是这类音源通常受限于产品体积、成本等各方面因素, 仅能容纳简单的电路设计,难免会有输出功率不足,无法推动耳机, 音质还原效果不佳的疑虑存在。所以在耳机系统中,在音源与耳机之 间加入一个耳机放大器的环节, 可以改善音质、 调整系统的音色走向, 这已经在耳机发烧友中形成共识。 但是耳机放大器的市场售价普遍偏 高,机型偏少,而且所采用的进口货中最便宜的也不低于 2000 元, 如英国“音乐传真”的 X-CANS、GRAHAM 的 SOLO 和美国 RADORA1,贵 的可达数万元人民币,如美国 HEADROOM 的新旗舰售价为 3333 美元。 国内产品中目前已经实现商品化生产的国产耳机放大器有北京清华

大学吴刚设计制作的 A1SE(晶体管)及 T2A(电子管) 、北京欧博的 Cyber 20。在平时的生活中通常以下几类人对音响有着发烧级的要 求: ①音响发烧友,这类人群对于音响有很深的认识,对器材非常 的了解,以“玩音响”听音乐为人生乐趣。 ②对音质有较高要求的人群, 在听音乐的同时会去在乎整个音 响系统的音色取向,是市场最大的潜在人群。 ③追求高生活品质,有着高收入的人群,他们不在乎东西的好 坏,只注重物质追求和独特的的个人品味。 ④便携式放音设备的使用人群,在自己现有的器材上,随着时 间的推移会逐渐的去考虑音质和怎样去提高听觉的效果。 耳机放大器的设计制作类似于前级放大器(很多耳机放大器可 当作前级来使用) ,主要应用于个人数字助理(PDA) 、掌上型个人计 算机、MP3、CD、DVD 播放器、移动电话、便携式电子设备等多媒体 产品中。 说到小功率的耳放,不得不提到 20 世纪的运放之皇 NE5532,曾 经出现在无数的优秀前级放大、调音电路之中,中频温暖细腻厚实, 胆味十足,性价比很高!直到今天我们还能很容易地在一些中低档的 音响产品中找到它。由于其体积小、电路简单,所以是讲究实用性、 低投入的动手派的首选。因为 NE5532 从面世到如今已历经数载,大 家对其电路也非常熟悉,有着多种多样的玩法。在此次设计中的耳机 功率放大器的特点是电路简单、功率小、成本低。

二、关键字
音频放大 耳机 功率放大器 NE5532

三、设计题目
音频功率放大器

四、课程设计的基本要求
本题目要求设计者以音频功率放大器为对象 本题目要求设计者以音频功率放大器为对象,完成 音频功率放大器为对象, 硬件系统设计并实现其功能。 硬件系统设计并实现其功能。

任 务 与 要 求

要求: 要求:
1. 熟悉任务,分析课题要求,熟悉音频功率放大

器的原理, 进行方案设计; 掌握系统设计要领。
2. 完成音频功率放大器设计。 3. 相关知识:模拟电子技术、电路基础、数字电

路。
4. 完成硬件电路设计和装调,实现其功能; 5. 撰写课程设计报告。

五、设计方法
根据实验的要求设计出一套较为科学合理的实验方案, 初步确定

要求和预期的结果,划出一份较为完整的实验原理电路图,这也是实 验前期的预备阶段。 这一阶段的主要任务是准备好实验所需求的元件功能资料, 其中 包括: 画出方框图; 查阅有关芯片的功能及引脚图; 搞清楚各个元件的功能,画出实验草图。 将各种方案进行比较及可行性论证,然后再确定实验方案。 此次题目设计中在芯片选择上有两种方案可供选择: 方案一:使用成熟的大型运算放大集成芯片完成要求; 方案一 方案二:使用价格低廉,电路简单的芯片完成设计要求 方案二 方案一 电路将较为复杂且成本较高,方案二虽有些简单但完全 可以完成设计的要求。

六、原理分析
NE5532 是典型的双极型输入运算放大器,是一种高性能低噪声 运放,与很多标准运放相似,它具有较好的噪声性能,优良的输出能 力及相当高的小信号与电源带宽。 (1)小信号带宽:10MHZ; (2)输出驱动能力:600Ω 10V; (3)输入噪声电压:5nV/HZ;

(4)DC 电压增益:50000; (5)AC 电压增益:10KHZ 时 2200; (6)电源带宽:140KHZ; (7)转换速率:9V/μS; (8)大电源电压范围:±3V—±20V。 相关的参数如下所示: 1、极限参数: 参数 电源电压 差分输入电压 输入电压 功耗,TA=25℃ 工作温度 符号 Vcc Vdif Vi PD TOPR NE5532 ±22 ±13 提供电压 1100 0~70 单位 V V V mW ℃

2、电气参数
参数 输入失调电压 输入失调电流 输入偏置电流 供电电流 输入电压范围 共模抑制范围 电源抑制比 输出电压范围 符号 VIO IIO IBIAS ICC VI(R) CMRR PSRR VO(P-P) 测试条件 TA=25℃ TA=25℃ RL≥600Ω ±12 ±13 V 最小值 ±12 70 标准 0.5 10 200 6.0 ±13 100 最大值 4.0 150 800 16 单位 mv nA nA mA V dB

输入电阻 短路电流 过调 电压增益 增益带宽 转换速率

RI ISC OS GV GBW SR

TA=25℃ RL=600Ω,CL=100PF f=10kHz CL=100PF, RL=600Ω RL=1K,CL=100PF RL=600Ω fo=30Hz fo=1kHz

30 2 8 -

300 38 10 2.2 10 6 8.0 5.0

20 8.0

KΩ mA % V/mv MHz V/us
nv/

输入噪声电压

eN

-

-

√Hz

3、NE5532 的相关封装形式及典型电路

上图为 8 脚和 16 脚封装的 NE5532

4、NE5532 的芯片内部电路如下图所示:

上图为 NE5532 的内部电路结构

上图为 NE5532 的相关测试电路

用单个 NE5532 组成的小功率电路有很多版本,通过不断地对比 和思考,对相关的电路图作了修改,最终确定了原理图(图 1)。

电路由两块运放组成,其中 IC1a 起到放大的作用,IC1b 形成跟 随器,进行电流扩充,增大驱动能力。 从信号的走向上来说,信号首先经过一个音量控制电位器,信号 的一部分通过一个由 0.47uf 和 100K 电阻构成的高通, 到达 IC1a 的+ 端。IC1a 的—端接了两个电阻,分别是 4.7K 和 10K 的电阻,这 2 个 电阻构成了反馈网络, 提供了约 3.1 倍 (1+10/4.7) 的电压放大倍数。 IC1a 的输出分 2 路走,一路通过 47 欧姆的电阻,达到耳机的输出; 另外一路,连接到 IC1b 的+端,由 IC1b 构成的跟随器,在通过另外 一个 47 欧姆达到输出。 0.47uf 电容和 100K 电阻构成的耦合网络, 4.7K 和 10K 电阻构 成的反馈网络。在这里值得一提的是电源问题,如果使用稳压电源的 话,应该注意稳压电源的滤波要给足,因为本电路本身就非常简单,

那么对元器件的选取就比较挑剔, 建议在选材时尽量选择质量好一点 的元器件。 由于 NE5532 为正负双电源供电,电源电压范围:±3V—±20V, 9V 的电源电压在允许范围之内,且方便提供,因此在设计中采用两 节 9V 电池串联将中间拉低为地,进行双电源供电。

本设计使用 Altium Designer 电路设计软件绘制出的系统总电路 原理图如下所示:

七、选材
对于材料的选取,由于 NE5532 在市场上有比较多的公司生产, 但在使用中有稍微的差别,不同公司生产的 5532 在音色及噪声等方 面均有稍微的区别,电容的选取也有相关的讲究,本电路由于电路简 单,因此对电容、电阻等阻容元件要求相对较高,在电容上有稍微的 差别会致使电路的音色、噪声等相关参数相去甚远。 1.极性电容:选用品牌 ELNA,C1(C2)可以选 47 uF~220 uF。

本设计中都用 47 uF,没有影响。 2.NE5532:选用美国 Signetics 公司生产的 NE5532,俗称为大 S5532,是众多生产 5532 的厂家中声音最好听的一款(早已经停产多 年),是当年的四大王牌运放之首。 3.所有的电阻一律用五环的金属膜电阻。

八、焊接
在准备充分以后,下来就应该进行电路焊接了,关于音响电路焊 接也有很多的讲究。 电路的具体布局和相关的焊接将直接影响到后面 测试时的音色、信噪比、屏蔽性能等相关的指标。 一般原则是先焊电阻,再焊电容,三下五除二就焊接完毕了。值 得主意的是:由于在电路的设计中没有考虑外壳的缘故,本次设计的 相关输入输出插接件全部焊接在 PCB 板上面,但是在实际的应用中, 我们尽可以将这些接插件进行相应的布局,比如开关、耳机插孔、音 频输入接口等相关接口布局在外壳上,以增强作品的美观性。 组装焊接完成后的电路如下图所示:

九、电路调试
焊接完毕后,先进行调试,按照正确的方法进行焊接,焊接完成 后对所有的焊点和连线进行检查,接上电源后对电源部分进行检测, 确保正常之后再连接输入信号, 将其插入音频信号输入接口并进行检

测,待检验无误后将音量旋钮旋至最小,插入耳机,将音量调节旋钮 慢慢旋转,待听到声音后,注意音色以及调节音量时的信号噪声是否 较大,并对电路做以相应的调整。 供电方面,若用稳压电源的话电压应调到双 15V 左右效果会很 好,在设计中使用的是两个 9V 的干电池,主要是为了方便。这款小 耳放就可以走马上任了,其音域宽、音质柔和。





整个设计系统中充分掌握电路的工作原理, 对硬件电路进行设计。 本 设计在高音、低音情况下均有良好的表现。 由于个人在知识面和能力方面还有限, 再加上条件的限制, 系统噪声、 屏蔽能力和抗干扰能力等各项技术指标的提高、诸多功能的完善还需要 进一步的研究和开发,此外在完成基本功能的基础上,还需要努力提高 软件的效率、硬件系统的稳定性、进一步降低系统功耗等。

十、总结与体会
通过这次的课程设计,让我对运算放大器有了进一步的了解、 巩固和加深并且对所学知识的得以实际的应用。 与我们所学芯片再一 次的零距离的接触, 也使我们对各个芯片的功能和特性的认识进一步 的了解。 在此次课程设计中我们同有一组人共同学习、共同设计、共同 讨论,共同研究设计的出来的方案,一起动手去对我们设计出来的方

案在 Altium Desiger 等电路设计软件上进行仿真,遇到困难大 家都齐心协力的去解决它,有不懂的地方及时的去请教老师,以至能 够更好、更快的去完成我们这次的课程设计。在课程设计的同时也培 养了每个人的独立思考问题的能力,也体现出了同学之间的团结精 神。 在这次的课程设计中我们并不是一帆风顺的,其中也遇到了许 多的困难和挫折,也受到了不少的打击,但是我们并没有放弃,我们 坚信我们一定会成功的。 “失败乃是成功之母”在这次的课程设计让 我对这句话有了更深刻的体会。这句话说的很道理,每一次的成功的 背后都会有失败在做铺垫。虽然失败了但是我们不能放弃,我们事变 了就说明我们有做的不够完善的地方。就要对它进行分析,分析所存 在的问题,这样才能够不断的接近的成功的宝塔。 在此次音频放大器的设计过程中,让我们了解到了现代电子产 品的设计和工作原理。以前在实际生活中看到的电子产品,例如:彩 灯、交通灯、电磁炉、电饭煲等等,就只是会用它们,并不知道它们 的工作原理。通过这次的课程设计就对它们的原理得以了解。 同时这次课程设计,让我们的动手能力有了大大的提高,为我 们以后的工作和学习奠定的基础。 在以后的生活中我们自己也可以利 用我们学过的知识和所了解的芯片功能来设计一些日常生活中所需 要的电子产品。 这次我们能够顺利的完成设计,是由于同组人的齐心协力和老 师的认真教导,但关键的是我们对这次课程设计有一个正确的认识、

端正的态度和坚定的信心。 以一种设计者的身份投入到其中去设计它 完成它。

十一、参考文献
[1] 江晓安等编著《模拟电子技术》西安电子科技大学出版社 [2] 李良荣.现代电子设计技术-基于 Multisim7[M].北京:机械工 业出版社,2005.4. [3] 童诗白.模拟电子技术基础 (第三版) [M].北京:高等教育出版 社,2001.1. [4] 阎石.数字电子技术基础(第四版)[M].北京:高等教育出版 社,1998.11. [5] 中国集成电路大全编委会编. 中国集成电路大全——CMOS 《 集成电路》[M]. 北京:国防工业出版社,1985.

[6] 《无线电》杂志 2009 年第 6 期 [7]《精通 PROTEL DXP 2004 SP2 电路设计》 电子工业出版社 2007 [8] 常玉燕, 吕光译. 日本电子电路精选[M]. 北京: 电子工业出 版社, 1990. [9] http//www.21ic.com [10] http//www.ouravr.com [11] http//www.hifidiy.net


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