超低音揚(yáng)聲器是一種能產(chǎn)生低頻音頻信號的揚(yáng)聲器。第一臺低音炮放大器由 Ken Kreisler 于 1970 年開發(fā)。 它主要用于改善音頻信號的低音質(zhì)量。在此，我們設(shè)計了一款可產(chǎn)生 20 赫茲至 200 赫茲低頻音頻信號的低音炮放大器，輸出功率為 100 瓦，用于驅(qū)動 4 歐姆負(fù)載。

低音炮放大器電路原理

音頻信號首先經(jīng)過濾波，去除高頻信號，只允許低頻信號通過。然后使用電壓放大器放大低頻信號。 然后使用晶體管驅(qū)動的 AB 類功率放大器放大低功率信號。

100W 低音炮放大器電路圖

電路元件：

低音炮放大器電路設(shè)計：

音頻濾波器設(shè)計：

在此，我們使用 OPAMP LM7332 設(shè)計了一個 Sallen Key 低通濾波器。假設(shè)截止頻率為 200Hz，品質(zhì)因數(shù)為 0.707。 同時，假設(shè)極點(diǎn)數(shù)等于 1，C1 的值等于 0.1uF，C2 的值可計算為 0.1uF。 假定 R1 和 R2 相同，將已知值代入公式即可求出其值

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

由此得出每個電阻的值為 5.6K。在此，我們選擇 6K 電阻作為 R1 和 R2。由于我們需要一個閉環(huán)增益濾波器，因此不需要在非反相端（與輸出端短路）安裝電阻。

前置放大器設(shè)計：

前置放大器采用晶體管 2N222A 的 A 類工作方式。 由于所需的輸出功率為 100W，負(fù)載電阻為 4 歐姆，因此我們需要 30V 的電源電壓。

 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，則負(fù)載電阻的計算值等于 15K。

R5 = (Vcc/2Icq)

基極電流的計算公式為：Ib = Icq/hfe

代入 hfe 或交流電流增益值，基極電流等于 0.02mA。偏置電流 Ibias 假設(shè)為基極電流的 10 倍，即 0.2mA。

發(fā)射極電壓假定為電源電壓的 12%，即 3.6V。基極電壓 Vb 等于 Ve +0.7，即 4.3V。

然后按以下公式計算 R3 和 R4 的值：

R3 = (Vcc - Vb)/ Ibias，R4 = Vb/Ibias

將這些值代入，可得 R3 等于 130 K，R4 等于 22K

經(jīng)計算，發(fā)射極電阻等于 3.6K (Ve/Ie)。不過，這個電阻由兩個電阻 R6 和 R7 共享，其中 R7 用作反饋電阻，以減少 C4 的去耦效應(yīng)。 R7 的值由 R5 和增益值計算得出，等于 300 歐姆。因此，R6 的值等于 3.2K。

由于 C4 的電容電抗應(yīng)小于發(fā)射極電阻，因此我們計算出 C4 的值等于 1uF。

功率放大器設(shè)計：

功率放大器使用達(dá)林頓晶體管 TIP142 和 TIP147 以 AB 類模式設(shè)計。偏壓二極管的選擇應(yīng)使其熱特性與達(dá)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較大的偏置電阻值，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輸入。這里我們使用 A 類模式下的功率晶體管 TIP41。發(fā)射極電阻 R8 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）的值決定，等于 28.6 歐姆。在此，我們選擇 30 歐姆電阻。

自舉電阻 R10 的值應(yīng)能為達(dá)林頓晶體管提供高阻抗。這里我們選擇 R10 為 3K。

低音炮放大器電路操作：

音頻信號通過使用 OPAMP 的 Sallen Key 低通濾波器進(jìn)行濾波，這樣只有低于等于 200Hz 的頻率才能通過，其余的都被濾除。該低頻信號通過耦合電容器 C3 進(jìn)入晶體管 Q1 的輸入端。晶體管以 A 類模式工作，并在其輸出端產(chǎn)生輸入信號的放大版本。放大后的信號通過 Q2 轉(zhuǎn)換成高阻抗信號，然后送入 AB 類功率放大器。 兩個達(dá)林頓晶體管在工作時，一個在正半周導(dǎo)通，另一個在負(fù)半周導(dǎo)通，從而產(chǎn)生一個完整周期的輸出信號。 發(fā)射極電阻器 R11 和 R13 用于盡量減小匹配晶體管之間的差異。二極管用于確保將交叉失真降至最低。 高功率輸出信號可用于驅(qū)動低阻抗（約 4 歐姆）的揚(yáng)聲器或低音炮。請注意，這里我們使用了一個 8 歐姆的電阻器進(jìn)行測試。