音響放大電路課程設(shè)計

1、 課程設(shè)計課程名稱： 音響放大器 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 學(xué) 號： 年 級： 07 任課教師： 2009年 7月 3日一.課題分析根據(jù)任務(wù)，音響放大器一般基本組成框圖如圖1所示。為使卡拉ok伴唱效果更好，還可加接電子混音器。 圖1 音響放大器框圖二.方案論證(1)確定整機(jī)電路級數(shù)，分配各級電壓增益。話筒輸入信號較弱，根據(jù)題意，輸入信號為5mv時，輸出功率大于等于1w。因此電路系統(tǒng)總電壓增益 。由于實際電路中會有損耗，應(yīng)留有裕量，故取。下面進(jìn)行各級增益分配：音調(diào)控制級在。時，增益為1（0db），但實際電路有可能衰減，取集成功放電路增益應(yīng)較大，取混合級，一般采用集

2、成運放組成，但受到增益帶寬限制，增益不宜過大，取。話筒放大級，采用集成運放電路構(gòu)成。 圖2 各級電壓增益分配(2)電路論證分析1）功率放大電路由于采用集成功率放大器，電路設(shè)計變得十分簡單，只要查閱手冊便可得到功放塊外圍電路的元件值，如圖3所示。由此可得功放級的電壓增益av4為av4=r11/rf=100r11是la4102內(nèi)部反饋電阻r11=20k，如果輸出波形出現(xiàn)高頻自激（疊加毛刺），可以在（13）腳與（14）腳之間加0.15f的電容。 圖3 功率放大器設(shè)計2）音調(diào)控制器音調(diào)控制器是控制、調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率高低的電路，其控制曲線如圖4中折線所示。圖中 中音頻率，要求增益；低音轉(zhuǎn)折頻率，一

3、般為幾十赫芝；中音頻轉(zhuǎn)折頻率；中音頻轉(zhuǎn)折頻率；高音頻轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十千赫芝。圖4音調(diào)控制曲線從圖中可見，音調(diào)控制器只對低音頻或高音頻進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變，音調(diào)控制器由低通濾波器和高通濾波器共同組成。實現(xiàn)此方案，可有兩種形式。一種是用專用集成電路la3600，外接發(fā)光二極管頻段顯示器，可看見各頻段的增益提升與衰減的變化情況，在高中檔收錄機(jī)、汽車音響等設(shè)備中，一般采用專用音調(diào)控制集成電路。另一種是采用集成運放構(gòu)成音調(diào)控制器，如圖5所示。圖5 音調(diào)控制電路設(shè)，在中、低音頻區(qū)，可視開路，在高音頻區(qū)，、可視為短路。 時，音調(diào)控制器低頻等效電路如圖6所示，其中圖6（a）為的滑臂在最左端，

4、對應(yīng)于低音頻提升最大的情況，圖6（b）為滑臂在最右端，對應(yīng)于低音頻衰減最大情況。圖6（a）實質(zhì)上是一個一階有源低通濾波器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為 （a） (b) 圖6 音調(diào)控制器低頻等效電路(a)低音頻提升 ( b)低音頻衰減 式中 或 或 時，可視為開路，運放的反相輸入端為虛地，因運放輸入電流，影響可忽略，此時電壓增益為： 時，由式得 模為 此時電壓增益相對下降了。時，由式得 模為 此時電壓增益相對下降了。范圍內(nèi)，電壓增益衰減速率為/10倍頻程。同樣可得出圖6(b)所示電路表達(dá)式，其增益相對于中頻為衰減量。音調(diào)控制器工作在低音頻時，幅頻特性如圖2左半部虛線所示。當(dāng)時，音調(diào)控制器高音頻等效電路如圖

5、7(a)所示。在高音頻段、可視為短路，與、 組成星形聯(lián)接，為分析方便，將其轉(zhuǎn)換成三角形聯(lián)接后的等效電路如圖7(b)所示。 (a) (b)圖7 音調(diào)控制器高頻等效電路(a)高音頻等效電路 (b) 三角形聯(lián)接后的等效電路電阻關(guān)系式為若取，則這時高頻等效電路如圖8所示，圖8（a）為的滑臂在最右端時，對應(yīng)于高頻提升最大的情況，圖8（b）為滑臂在最左端時，對應(yīng)于高頻衰減最大的情況。該電路為一階有源高通濾波器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為 或 或 （a） （b）圖8 高頻等效電路（a）高頻提升 （b）高頻衰減通過低頻等效電路相同方法分析，可得到以下關(guān)系式：時，可視為開路，時， 時， 時，可視為短路，電壓增益為 范圍

6、內(nèi),電壓提升速率為20db/10倍頻程，音調(diào)控制器高頻幅頻特性如圖4中右半部虛線所示。實際應(yīng)用中，通常是給出低頻區(qū)和高頻區(qū)處的提升量或衰減量x(db),再根據(jù)下式求出轉(zhuǎn)折頻率和。即 （3）話筒放大器與前置放大器電路由話筒放大與混合前置放大兩級電路組成。其中a1組成同相放大器，具有很高的輸入阻抗，能與高阻話筒配接作為話筒放大器電路，其放大倍數(shù)av1為av1=1+ r12/r11=7.8（17.8db）四運放lm324的頻帶雖然很窄（增益為1時，帶寬為1mhz），但這里放大倍數(shù)不高，故能達(dá)到fh= 10khz的頻響要求。混合前置放大器的電路由運放a2組成，這是一個反向加法器電路，輸出電壓v02的表

7、達(dá)式為 根據(jù)圖2的增益分配，混合級的輸出電壓v0237.5mv，而話筒放大器的輸出v01已經(jīng)達(dá)到了v02的要求，即v01=av1v11=39mv，所以取r21=r22。錄音機(jī)輸出插孔的信號v12一般為100mv，已經(jīng)遠(yuǎn)大于v02的要求，所以對v12要進(jìn)行適當(dāng)衰減，否則輸出會產(chǎn)生失真。取r23=100k，r22=r21=39k，以使錄音機(jī)輸出經(jīng)混合級后 圖9 話筒放大器與前置放大器也達(dá)到v02的要求。如果要進(jìn)行卡拉ok歌唱，可在話放輸出端及錄音機(jī)輸出端接兩個音量控制電位器rp11、rp12（見圖9），分別控制聲音和音樂的音量。(3)方案實現(xiàn)1）功放電路設(shè)計查閱手冊，可選擇功放外圍元器件值。la4

8、102功放集成電路其內(nèi)部電路中有電壓串聯(lián)負(fù)反饋環(huán)節(jié)，內(nèi)部電路反饋電阻為20,只要改變外接反饋電阻，即可改變集成功放增益。 圖10 功放電路該電路接成電壓串聯(lián)負(fù)反饋形式，外接反饋電阻可由下式計算 取200起隔直作用，使電路組成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，取33f。起相位補(bǔ)償作用，用于消除高頻自激振蕩，一般取幾十皮法。取51pf。為otl電路輸出電容，兩端充電電壓為vcc/2，一般取耐壓大于vcc/2的幾百微法電容。取耐壓25v，470f電解電容。為反饋電容，用于消除自激振蕩，一般取幾十幾百皮法。取560 pf。為自舉電容，使集成電路內(nèi)部輸出復(fù)合管的導(dǎo)通電流不隨輸出電壓升高而減小。取耐壓25v，220

9、f電解電容。、用于消除紋波，一般取幾十幾百微法。取220f，取100f電解電容。起電源退耦濾波作用，用于消除低頻自激振蕩，取100f電解電容。2）音調(diào)控制器設(shè)計音調(diào)控制器n3及外圍電路組成。根據(jù)題意，125hz和8khz處有12db調(diào)節(jié)范圍。即，代入式（4.2.9）得 則 又 代入式（）得 則 因此 、不能取得太大，否則運放漂移電流影響不能忽略不計。同時也不能太小，否則流過電流將超出運放輸出能力。一般取幾千歐至幾百千歐。取=470, =47，取值正確與否代入式（）進(jìn)行驗算。滿足設(shè)計要求。由式（）求得值取標(biāo)稱值0.01f，可得因此取標(biāo)稱值。由式（）得取標(biāo)稱值。與等值取470，級間耦合與隔直電容c

10、34=c35，取10f。圖11 單調(diào)控制器電路3）話筒放大器與混合前置級設(shè)計話筒放大電路由及外圍電路組成， 圖12 話筒放大器與混合前置級耦合隔直電容取10f，為話筒放大后音量調(diào)節(jié)電位器，取10根據(jù)級間增益分配，該電路為同相輸入放大器。取,代入算得,取標(biāo)稱值，這時。該電路為單電源供電交流放大器，在電源與同相輸入端及同相輸入端與地之間，各接入電阻給集成運放，以提供合適的偏壓。取10f。混合前置放大器電路由運放組成，為反相輸入加法器電路。根據(jù)增益分配，混合級輸出電壓，而話筒放大器輸出已達(dá)到的要求。即，所以取。錄音機(jī)插孔輸出的信號一般為，已遠(yuǎn)大于要求，要對進(jìn)行適當(dāng)衰減，否則會產(chǎn)生限幅失真（截頂失真）

11、。取為，為使音量可調(diào)，電位器取。(4)音響放大器電路圖根據(jù)以上設(shè)計，可畫出音響放大器電路圖如附錄所示。三安裝調(diào)試1. 合理布局，分級裝調(diào)音響放大器是一個小型電路系統(tǒng)，安裝前要對整機(jī)線路進(jìn)行合理布局，一般按照電路的順序一級一級地布線，功放級應(yīng)遠(yuǎn)離輸入級，每一級的地線盡量接在一起，連線盡可能短，否則很容易產(chǎn)生自激。安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量,安裝時特別要注意功放塊,運算變壓器,電解電容等主要器件的引腳和極性,不能接錯.從輸入級開始向后級安裝,也可以從功放級開始向前逐級安裝.安裝一級調(diào)試一級,安裝兩級要進(jìn)行級聯(lián)調(diào)試,直到整機(jī)安裝與調(diào)試完成.2. 電路調(diào)試技術(shù)電路的調(diào)試過程一般是先分級調(diào)試，再級聯(lián)調(diào)試，

12、最后進(jìn)行整機(jī)調(diào)試與性能指標(biāo)測試。分級調(diào)試又分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試。動態(tài)調(diào)試是指輸入端接入規(guī)定的信號，用示波器觀測該級輸出波形，并測量各項性能指標(biāo)是否滿足題目要求，如果相差很大，應(yīng)檢查電路是否接錯，元器件數(shù)值是否合乎要求，否則是不會出現(xiàn)很大偏差的。靜態(tài)調(diào)試時，將輸入端對地短路，用萬用表測該級輸出端對地的直流電壓。話放級、混合級、音調(diào)級都是由運算放大器組成的，其靜態(tài)輸出直流電壓均為vcc/2，功放級的輸出(otl電路)也為vcc/2，且輸出電容cc兩端充電電壓也應(yīng)為vcc/2。 單級電路調(diào)試時的技術(shù)指標(biāo)較容易達(dá)到，但進(jìn)行級聯(lián)時，由于級間相互影響，可能使單級的技術(shù)指標(biāo)發(fā)生很大的變化，甚至兩級不能進(jìn)行

13、級聯(lián)。產(chǎn)生的主要原因：一是布線不太合理，形成級間交叉耦合，應(yīng)考慮重新布線；二是級聯(lián)后各級電流都要流經(jīng)電源內(nèi)阻，內(nèi)阻壓降對某一級可能形成正反饋，應(yīng)接rc去耦濾波電路。r一般取幾十歐姆，c一般用幾百微法大電容與0.1uf小電容相并聯(lián)。由于功放級輸出信號較大，對前級容易產(chǎn)生影響，引起自激，集成塊內(nèi)部電路多極點引起的正反饋易產(chǎn)生高頻毛刺。常見的低頻自激現(xiàn)象是電源電流表沒有規(guī)則地左右擺動，或輸出波形上下抖動。產(chǎn)生的主要原因是輸出信號通過電源及地級產(chǎn)生了正反饋?？梢酝ㄟ^接入rc去耦濾波電路消除，為滿足整機(jī)電路指標(biāo)要求，可以適當(dāng)修改單元電路的技術(shù)指標(biāo)。 圖13 常見高頻自激現(xiàn)象 3整機(jī)功能試聽用8/4w的揚

14、聲器代替負(fù)載電阻rl，可進(jìn)行以下功能試聽：l 話音擴(kuò)音 將低阻話簡筒接話音放大器的輸入端，應(yīng)注意，揚聲器輸出的方向與話筒輸入的方向相反，否則揚聲器的輸出聲音經(jīng)話筒輸入后，會產(chǎn)生自激嘯叫。講話時，揚聲器付出的聲音應(yīng)清晰，改變音量電位器，可控制聲音大小。l 電子混響效果 將電子混響模塊按圖 接入，用手輕拍話筒一次，揚聲器發(fā)出多次重復(fù)的聲音，身高時鐘頻率，可以改變混響延時時間，以改善混響效果。l 音樂欣賞 將錄音機(jī)輸出的音樂信號，接入混合前置放大器，改變音調(diào)控制級的高低調(diào)控控制電位器，揚聲器的輸出音調(diào)發(fā)生明顯變化。l 卡拉ok伴唱 錄音機(jī)輸出卡拉ok磁帶歌曲，手握話筒伴隨歌曲歌唱，適當(dāng)控制話音放大器與錄音機(jī)