音频功率放大器的设计

音频功率放大器的设计

虚拟仪器课程设计

题目：基于LabVIEW的音频功率放大器的设计

院（系、部）：班 级：姓 名：学 号：指 导 教 师： 电控学院 测控07-1班 孙雪峰 0705070120 李雅梅

音频功率放大器的设计

课程设计任务书一、 设计题目基于 LabVIEW 的音频功率放大器的设计

二、 设计任务掌握虚拟仪器系统软件(Labview 等)的设计方法，提高计算机技术综合应用的 能力。能够自主地进行科技文献检索，进行调研、方案设计、计算机模拟运行、方案综合 分析与评述等。 1. 系统方案设计 2. 系统软件部分设计，上机模拟运行。 3. 撰写设计说明书

三、 设计计划课程设计共计 1 周内完成。具体的安排过程为： 第一天：搜集资料，确定研究内容； 第二天：方案分析、比较； 第三天：编程设计； 第五天：整理设计说明书； 第七天：答辩。

四、 设计要求设计一音频功率放大器， 按所设计系统的原理、 结构及功能等编写系统编写软件程序， 撰写设计说明书。

指 导 教师：李雅梅 教研室主任：刘宏志 时 间：2010 年 6 月 12 日

音频功率放大器的设计

辽宁工程技术大学

课 程 设 计 成 绩 评 定 表

音频功率放大器的设计

摘 要

虚拟仪器是80年代末出现的新的仪器概念，它是计算机技术、测量仪器技术和软件技术的高速发展共同孕育出的一项革命性新技术。虚拟仪器的出现，彻底改变了传统的仪器观，开辟了测量测试技术的新纪元。本文介绍了将虚拟仪器技术引入到音频分析仪器的设计，采用LabVIEW编写程序。通过测试典型的音频放大器，检测虚拟式音频放大器测试的实用效果，测量音频信号的电压与频率、时域幅值分析、频域分析、失真分析和信噪比等。

关键词：LabVIEW 音频放大器 时域分析 信噪比

音频功率放大器的设计

文 献 综 述

数码音频系统是通过将声波波形转换成一连串的二进制数据来再现原始声音的，实现这个步骤使用的设备是模/数转换器（A/D）它以每秒上万次的速率对声波进行功率放大，每一次都记录下了原始模拟声波在某一时刻的状态，称之为样本。将一串的样本连接起来，就可以描述一段声波了，把每一秒钟所采样的数目称为采样频率或采率，单位为HZ（赫兹）。采样频率越高所能描述的声波频率就越高。采样率决定数码相机的音频进而对此信号进行功率放大。控制电压的频率在音频的范围内（20Hz～20kHz），可以采用常用的音频功率放大器。为了准确的进行数码相机的声放大，要对所选用的音频放大器的输入/输出关系、饱和电压、信噪比、失真度等参数进行测试。

进行比较完整的音频测试分析需要购置各种价格昂贵的专用仪器，如低失真音频信号源、频谱分析仪、示波器、失真度测量仪等，而且需要整合成整套的音频测试系统，这对于一般的实验室而言存在较大的困难。此外，传统仪器不具备频率响应特性分析等图形界面的分析功能，数据的存储和打印功能比较弱。

随着现代电子技术、微处理器以及个人计算机的不断发展，虚拟仪器的兴起给功率放大器性能的研究分析提供了新的途径。本文在研究音频分析基本原理和主要内容的基础上，提出了将虚拟仪器技术引入功率放大器测试与分析系统的设计开发的思想。

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1 音频分析原理

音频功率放大器工作原理图

1.1 连续信号的采样

在以计算机为中心的测试系统中，模拟信号x(t)进入数字计算机前先经过数据采集卡（DAQ）中的采样器将连续时间信号变为离散时间信号，成为采样信号x(n)而后再经A/D转换器在幅值上量化变为离散的数字信号。若连续时间信号x(t)被数据采集卡中的采样器以等时间间隔T采样，则采样时刻0，T，2T…所取得信号 x(t)的瞬时值，构成了连续信号 x(t)的离散时间序x(n)。

1.2 采样信号的FFT变换（傅立叶变换）[3]

周期信号可以利用周期函数 x(t)表示 任何一个周期为T 的周期函数 x(t)如果在[-T /2,T /2]上满足Dirichlet条件则可以展开为如下傅利叶级数，如式（1），

（1）

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其中，a0为直流分量， an为余弦分量的幅值，bn为正弦分量的幅值，An为各频率分量的幅值，φn为各频率分量的相位，ω为角频率。

1.3 正弦信号检测

正弦信号是最简单的周期信号，其最大的特点是只有单一频率的频谱分量。在音频分析中，正弦信号又称为单音信号。将特定的单音信号输入待测得音频设备，通过检测设备的输出信号就可以了解在该频率的失真情况。将频率在20-20kHz之间的若干个单音信号依次输入音频放大器，分别测量各输出信号的情况，可以做出相对应的谐波失真曲线，频率响应等。

2 基本参数的测量

本次测试的项目包括：

（1）不同频率下放大器的放大系数A及饱和电压Vd。测试的方法为在频率一定的情况下，逐渐增大输入正弦信号的峰-峰值，记录相对应的输出信号峰-峰值并观察波形，一直增大输入电压直至输出信号波形出现失真，记录此时的输入、输出峰-峰值并计算放大系数。

（2）放大器的通频带。测试的方法为在输入信号幅值一定的情况下，改变其频率，观察输出信号的幅值，在其下降至半功率点时，记录上、下限频率fhigh和flow，则放大器的通频带为：F=fhigh－flow。

（3）谐波失真分析。由于输入信号为正弦波，则式（1）中an=0；输入的正弦波其直流分量设定为0，即a0=0。且正弦波在理想状态下只包含基频分量，则输入信号和输出信号的表达式分别如式（2），（3）：

（2）

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其中A为放大系数。

（3）

但是，由于放大器的非线性失真、噪声等因素，输出信号会叠加上其他频率的信号。则谐波失真可用失真度来表示[1]，如式（4）

（4）

其中，b1是信号基频分量的幅值；

bi（2≤i≤N）是信号各次谐波分量的幅值； bn是噪声幅值；DISTN为失真度。 （4）信噪比计算。

本系统采用电压进行信噪比的计算，如式（5）所示：

（5）

其中，Vs表示输出的信号电压幅值，Vn表示输出的噪声电压幅值。由于在输出的信号中，分离出有用信号和噪声信号不易实现，所以在现实的测量中，用输出的总电压值代替有用信号电压值。

3 框图和原理

3.1 测试系统简介

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图1 系统结构框图

如图1所示,本测试采用美国国家仪器公司生产的多功能数据采集卡PCI－6024E，该数据采集卡的功能包括：16路模拟输入通道，采样率为100kSa/s，精度为12位；2路模拟输出通道，每通道更新率为100kSa/s，精度为12位；8个数字I/O口；2个24位定时/计数器。

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图2 信号发生模块前面板

软件设计采用NI公司的图形化编程语言LabVIEW 7.0。设计中，将系统分为5个模块：信号发生模块，信号采集模块，计算模块，分析与显示模块，数据存储模块。

3.2 各功能模块简介

3.2.1 信号发生模块

信号发生模块的作用是产生频率、相位、幅值、直流偏置及信号类型均可调的信号。产生的波形由PCI－6024E的模拟通道输出，作为音频放大器的输入信号。其前面板如图2所示。

3.2.2 信号采集 …… 此处隐藏：3413字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……