音響放大器設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程名稱：音響放大器的設(shè)計(jì)專業(yè)名稱： 學(xué)生班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)目的1) 了解集成功率放大器內(nèi)部電路工作原理2) 掌握其外圍電路的設(shè)計(jì)與主要性能參數(shù)測(cè)試方法3) 掌握音響放大器的設(shè)計(jì)方法與電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù) 設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)1) 技術(shù)指標(biāo)額定功率P0.3W，負(fù)載阻抗為10，頻率響應(yīng)范圍為50Hz-20KHz，輸入阻抗大于20K，放大倍數(shù)20dB。 2） 設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)話音放大與混合前置放大器、音調(diào)控制級(jí)、功率放大級(jí)；（2）選定元器件和參數(shù)，并設(shè)計(jì)好電路原理圖；（3）在萬(wàn)能板或面包板或PCB板上進(jìn)行電路安裝調(diào)測(cè)；（4）測(cè)試輸出功

2、率；（5）測(cè)試輸入阻抗；（6）撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。3）設(shè)計(jì)擴(kuò)展要求 （1）能驅(qū)動(dòng)額定功率P8W的揚(yáng)聲器； （2）電路電壓放大級(jí)輸出阻抗低，能帶500負(fù)載。 目 錄第1章 緒論1 1.1 引言1 1.2 音頻功率放大器概述1 1.3 音頻功率放大器概述2第2章 音響放大器設(shè)計(jì)3 2.1 音響放大器簡(jiǎn)介3 2.2 單元電路的設(shè)計(jì)3 2.2.1 話音放大器3 2.2.2 混響前置放大器4 2.2.3 電子混響器4 2.2.4 音調(diào)控制器5 2.2.5 功率放大器9 2.3 總電路設(shè)計(jì)9第3章 電路仿真結(jié)果13 3.1 話放與混合級(jí)仿真13 3.2 音調(diào)控制器的電路仿真13 3.3 功率放大器的電路仿真15

3、第4章 音響放大器的安裝與調(diào)試16 4.1 電路安裝16 4.2 電路調(diào)試技術(shù)16 4.3 整機(jī)功能試聽17第5章 心得體會(huì)18參考文獻(xiàn)19附錄A 音響放大器元件清單19附錄B PCB板圖20 第 1章 緒論1.1引言 伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對(duì)音頻功率放大器的要求越來(lái)越高。音頻是多媒體中的一種重要媒體。人能夠聽見(jiàn)的音頻信號(hào)的頻率范圍大約是 60Hz-20kHz 其中語(yǔ)音大約分布在300Hz-4kHz之內(nèi)，而音樂(lè)和其他自然聲響是全范圍分布的。 如何通過(guò)分析儀器讓音頻功放達(dá)到更高的要求是許多人為之努力的永恒的課題，聲音經(jīng)過(guò)模擬設(shè)備記錄或再生，成為模擬音頻，再經(jīng)數(shù)字化成數(shù)

4、字音頻，音頻分析就是以數(shù)字音頻信號(hào)為分析對(duì)象以數(shù)字信號(hào)處理的各種理論為分析手段，提取信號(hào)在時(shí)域，頻域內(nèi)一系列特性的過(guò)程。 本文基于所學(xué)知識(shí)模擬制作音響功率放大器，踐實(shí)所學(xué)知識(shí)掌握程度，并通過(guò)對(duì)所學(xué)知識(shí)來(lái)制造和改進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品，實(shí)際動(dòng)手的過(guò)程中遇見(jiàn)了很多問(wèn)題，但是在老師的指導(dǎo)和幫助下解決相應(yīng)的問(wèn)題。同時(shí)在與同組人的討論學(xué)習(xí)過(guò)程中加強(qiáng)可團(tuán)隊(duì)意識(shí)的培養(yǎng)，加強(qiáng)了相互間協(xié)調(diào)合作的能力，從而高質(zhì)、高效的完成本項(xiàng)任務(wù)。1.2 音頻功率放大器概述 音響技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場(chǎng)效應(yīng)管四個(gè)階段。1906年美國(guó)的德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開創(chuàng)了揉電聲技術(shù)的先河。1927年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了負(fù)反

5、饋NFB（Negative feedback）技術(shù)后，使音響技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，比較有代表性的如“威廉遜”放大器，而1947年威廉遜先生在一篇設(shè)計(jì)Hi-Fi（High Fidelity）放大器的文章中介紹了一種成功運(yùn)用負(fù)反饋技術(shù)，成為了Hi-Fi史上一個(gè)重要的里程碑。 60年代由于晶體管的出現(xiàn)，使功率放大器步入了一個(gè)更為廣闊的天地。晶體管放大器細(xì)膩動(dòng)人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)，各種電路也相應(yīng)產(chǎn)生，如：“OTL （Output Transformer Less）” 無(wú)輸出放大器、“OCL（Output Capacitor Less）”放大器等。直至70年代，晶體

6、管放大技術(shù)的應(yīng)用已相當(dāng)成熟，各種新型電路不斷出現(xiàn)，如：較成功地解決了負(fù)反饋電路的瞬態(tài)失真和高頻相位反轉(zhuǎn)問(wèn)題的無(wú)負(fù)反饋放大電路；成功地將甲、乙放大器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起的超甲類放大電路；具有輸出功率大、失真小的電流傾注式放大電路等等。從而使晶體管放大器成為音響技術(shù)發(fā)展中的主流。在60年代初，美國(guó)首先推出音響技術(shù)中的新成員集成電路，到了70年代初，集成電路以其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、體積小、功能多等特點(diǎn)，逐步被音響界所認(rèn)識(shí)。發(fā)展至今，厚膜音響集成電路、運(yùn)算放大集成電路被廣泛用于音響電路。1.3 本人的主要工作 這次模擬電子課程設(shè)計(jì)過(guò)程，我主要是做下面的工作：第一，PCB板的實(shí)物制作；第二，電路元件的焊接與檢查； 第

7、2章 音響放大器設(shè)計(jì) 2.1 音響放大器簡(jiǎn)介音響放大器是將電信號(hào)還原成聲音信號(hào)的一種裝置，還原真實(shí)性將作為評(píng)價(jià)音箱性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。滿足家庭需要，因?yàn)樯鐣?huì)壓力大，所以家里需要更能釋放壓力，怡情養(yǎng)性的Hi-Fi器材。特別在中國(guó)，因?yàn)橄M(fèi)力的提高，在Hi-Fi上的投資會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)的增長(zhǎng)期。而且中國(guó)人房子不大，車子少，旅游也不多，所以Hi-Fi和家庭影院會(huì)是一種很好的娛樂(lè)方式。 音響放大器主要由話筒、話筒放大器、電子混響器、混合前置放大器、音調(diào)控制器、功率放大器和揚(yáng)聲器組成。基本框圖如圖2-1所示。磁帶錄音 機(jī)功率放大 器音調(diào)控制 器話筒放大 電子混響器話筒混合前置 放 大 器揚(yáng)聲器 圖2-1 音響放

8、大器基本組成 2.2 單元電路的設(shè)計(jì) 2.2.1話音放大器由于話筒的輸出信號(hào)一般只有5mV左右，而輸出阻抗達(dá)到20k(亦有低輸出阻抗的話筒如20，200等)，所以話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號(hào)(最高頻率達(dá)到10kHz)。其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗。電路圖如圖2-2所示。 圖2-2 話音放大器原理圖 ，Ri = R1（R1一般取幾十千歐）。 耦合電容C1、C3可根據(jù)交流放大器的下限頻率fL來(lái)確定，一般取C1 = C3 = (310）。反饋支路的隔直電容C2一般取幾微法。2.2.2 混合前置放大器 混合前置放大器的作用是將磁帶放音機(jī)輸出的音樂(lè)信號(hào)與電子混響后的聲音信號(hào)混合放大。電路圖

9、如2-3所示。 圖2-3 混合前置放大器原理圖V1為話筒放大器輸出電壓；V2為放音機(jī)輸出電壓。=-(V1+V2)2.2.3電子混響器 電子混響器（如圖2-4）的作用是用電路模擬聲音的多次反射，產(chǎn)生混響效果，使聲音聽起來(lái)具有一定的深度感和空間立體感。在“卡拉OK伴唱機(jī)中，都帶有電子混響器。電子混響器的組成框圖中BBD器件稱為模擬延時(shí)集成電路，內(nèi)部由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成多級(jí)電子開關(guān)和高精度存儲(chǔ)器。二階低通濾波器BBD延時(shí)器二階低通濾波器時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器緩沖器 圖2-4 電子混響器2.2.4音調(diào)控制器 其作用主要是控制調(diào)節(jié)音響放大器的幅頻特性。音響放大器的主要特性體現(xiàn)在音調(diào)控制電路上，這也是其與通用放大器的區(qū)

10、別。音調(diào)控制主要是控制預(yù)調(diào)音響放大器的幅頻特性。 調(diào)控制器的電路圖如圖2-5所示。運(yùn)算放大器選用單電源供電的四運(yùn)放LM324，其中RP33稱為音量控制電位器，其滑臂在最上端時(shí)，音響放大器輸出最大功率。 設(shè)電容C1=C2C3,在中、低音頻區(qū)，C3可視為開路，在中、高音頻區(qū)，C1、C2可視為短路。 (a)低頻提升 (a)低頻衰減 圖2-5 音調(diào)控制器的低頻等效電 當(dāng)ff0時(shí)，音調(diào)控制器的低頻等效電路如圖25所示，其中(a)為RP1的滑臂在最左端，對(duì)應(yīng)于低頻提升最大的情況，(b)為RP1滑臂在最右端，對(duì)應(yīng)于低頻衰減最大的情況。分析表明，圖(a)所示電路是一個(gè)一階有源低通濾波器，其傳輸函數(shù)的表達(dá)式為(

11、jw)=- （2）式中，1=1/RP1C2或fL1=1/2RP1C2 (3)2(RP1+R2)/RP1R2C2或 fL2=(RP1+R2)/2RP1R2C2 (4) ffL1時(shí)，C2可視若無(wú)睹為開路，運(yùn)算放大器的反向輸入端入端視為虛地，R4的影響可以忽略，此時(shí)電壓增益AvL為AvL=(RP1+R2)/R1 (5)f = fL1時(shí)，因?yàn)閒L2=10fL1，由式（2）得 V1=-模AV1=(RP1+R2)/R1=AvL/ (6)此時(shí)，電壓增益V1相對(duì)于AvL下降了3dB。f=fL2時(shí)，由式(2)得V2=-，模V2=0.14AvL (7)此時(shí)電壓增益相對(duì)AvL下降17dB。fL1fLxf0時(shí)，音調(diào)控

12、制器的高頻等效電路如圖2-7所示，由于此時(shí)C1、C2視為短路，R4與R1、R2組成星形連接，將其轉(zhuǎn)換成三角形連接后的電路如圖2-8所示， 圖2-7 音調(diào)控制器的高頻星形等效電路 圖2-8音調(diào)控制器的高頻三角等效電路 電阻的關(guān)系式為 Ra=R1+R4+(R1R4/R2) Rb=R4+R2+(R4R2/R1) (8) Rc=R2+R1+(R2R1/R4)若取R1=R2=R4,則式(8)為 Ra=Rb=Rc=3R1=3R2=3R4 (9) 圖2-6的高頻等到效電路如圖2-9所示，其中(a)為RP2的滑臂在最左端時(shí)，對(duì)應(yīng)于高頻提升最大的情況，圖(b)為RP2的滑臂在最右端時(shí)，對(duì)應(yīng)于高頻衰減最大的情況。

13、分析表明，圖(a)所示電路為一階有源高通濾波器，其傳輸函數(shù)的表達(dá)式為 (j)=- (10) a) 高頻提升 (b) 高頻衰減 圖2-9 高頻等效電路式中，3=1/（Ra+R3）C3或fH1=1/2(Ra+R3)C3 (11) 4=1/R3C3 或fH2=1/2R3C3 (12)與分析低頻的方法相同，得到下列關(guān)系式：ffH2時(shí)，C3視為短路，此時(shí)電壓增益為 AvH=(Ra+R3)/R3 (15)fH1fHx=2.8V?？傠妷涸鲆鍭v=Vo/Vi560倍(55dB)。各級(jí)電壓增益如圖2-12 圖2-12 各級(jí)電壓增益圖（1）功率放大器設(shè)計(jì) 功放級(jí)的電壓增益 R11=20K。電路圖如圖2-13 圖2

14、-13 功率放大器電路圖 如果出現(xiàn)高頻自激(輸出波形上疊加有毛刺)，可以在13腳與14腳之間加0.15mF的電容，或減小CD的值。（2） 音調(diào)控制器（含音量控制）設(shè)計(jì) 音調(diào)控制器的電路圖如圖2-14所示。 圖2-14 音調(diào)控制器電路圖 已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。由式(16)、(17)得到轉(zhuǎn)折頻率fL2及fH1；fL2=fLx *2x/6=400Hz，則fL1=fL2/10=40Hz；fH1=fHx /2x/6=2.5kHz，則fH2=10fH1=25kHz。 由式(5)得AVL=(RP31+R32)/R3120dB。其中，R31、R32、RP31不能取得太大，否

15、則運(yùn)放漂移電流的影響不可忽略，但也不能太小，否則流過(guò)它們的電流將超出運(yùn)放的輸出能力。一般取幾千歐姆至幾百千歐姆?，F(xiàn)取RP31=470kW，R31=R32=47kW，則。由式(3)得。取標(biāo)稱值0.01mF，即C31=C32=0.01mF。 由式(9)得R34=R31=R32=47kW ，則Ra=3，R4=141kW由式(15）R33=Ra/10=14.1kW，取標(biāo)稱值13kW。 由式(12)得 取標(biāo)稱值470pF。 取RP32=RP31=470kW，RP33=10kW，級(jí)間耦合與隔直電容C34=C35=10mF。（3） 話音放大器與混合前置放大器設(shè)計(jì) 電路圖如2-15所示。 圖2-15 話音放大

16、器與混合前置放大器電路圖圖2-14所示電路由話音放大與混合前置放大兩級(jí)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音放大器電路，其放大倍數(shù)（4）整機(jī)電路圖 圖2-16整機(jī)電路圖第3章 音響放大器的安裝與調(diào)試 3.1 電路安裝 音響放大器是一個(gè)小型電路系統(tǒng)，安裝前要對(duì)整機(jī)線路進(jìn)行合理布局，一般按照電路的順序一級(jí)一級(jí)地布線，功放級(jí)應(yīng)遠(yuǎn)離輸入級(jí)，每一級(jí)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(shí)特別要注意功放塊、運(yùn)算放大器、電解電容等主要器件的引腳和極性，不能接錯(cuò)。從輸入級(jí)開始向后級(jí)安裝，也可以從功放級(jí)開始向前逐級(jí)安裝。安裝

17、一級(jí)調(diào)試一級(jí)，安裝兩級(jí)要進(jìn)行級(jí)聯(lián)調(diào)試，直到整機(jī)安裝與調(diào)試完成。3.2 電路調(diào)試技術(shù) 電路的調(diào)試過(guò)程一般是先分級(jí)調(diào)試，再級(jí)聯(lián)調(diào)試，最后整機(jī)調(diào)試與性能調(diào)試。 分級(jí)調(diào)試又分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試時(shí)，將輸入端對(duì)地短路，用萬(wàn)用表測(cè)該級(jí)輸出端對(duì)地的直流電壓。話放級(jí)、混合級(jí)、音調(diào)級(jí)都是由運(yùn)算放大器組成的，其靜態(tài)輸出直流電壓均為VCC/2，功放級(jí)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。動(dòng)態(tài)調(diào)試是指輸入端接入規(guī)定的信號(hào)，用示波器觀測(cè)該級(jí)輸出波形，并測(cè)量各項(xiàng)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(cuò)，元器件數(shù)值是否合乎要求，否則是不會(huì)出現(xiàn)很大偏差的，

18、因?yàn)榧蛇\(yùn)算放大器內(nèi)部電路已經(jīng)確定，主要是外部原件參數(shù)的影響。單級(jí)電路調(diào)試時(shí)的技術(shù)指標(biāo)較容易達(dá)到，但進(jìn)行級(jí)聯(lián)時(shí)，由于級(jí)間相互影響，可能使單級(jí)的技術(shù)指標(biāo)發(fā)生很大變化，甚至兩級(jí)不能進(jìn)行級(jí)聯(lián)。產(chǎn)生的主要原因： 一是布線不太合理，形成級(jí)間交叉耦合，應(yīng)考慮重新布線；二是級(jí)聯(lián)后各級(jí)電流都要流經(jīng)電源內(nèi)阻，內(nèi)阻壓降對(duì)某一級(jí)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0.1mF小電容相并聯(lián)。 由于功放級(jí)輸出信號(hào)較大，對(duì)前級(jí)容易產(chǎn)生影響，引起自激。集成塊內(nèi)部電路多極點(diǎn)引起的正反饋易產(chǎn)生高頻自激，常見(jiàn)高頻自激現(xiàn)象如圖3-1所示。 圖3-1 高頻自激現(xiàn)象可以加強(qiáng)外部電路的負(fù)反饋予以

19、抵消，如功放級(jí)腳與之間接入幾百皮法的電容，形成電壓并聯(lián)負(fù)反饋，可消除疊加的高頻毛刺。 常見(jiàn)的低頻自激現(xiàn)象是電源電流表有規(guī)則地左右擺動(dòng)，或輸出波形上下抖動(dòng)。產(chǎn)生的主要原因是輸出信號(hào)通過(guò)電源及地線產(chǎn)生了正反饋?？梢酝ㄟ^(guò)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3.7.20為設(shè)計(jì)舉例整機(jī)實(shí)驗(yàn)電路圖，與單元電路設(shè)計(jì)值相比較，有些參數(shù)進(jìn)行了較大調(diào)整 。 3.3 整機(jī)功能試聽 用8/4W的揚(yáng)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 將低阻話筒接話音放大器的輸入端。應(yīng)注意，揚(yáng)聲器輸出的方向與話筒輸入的方向相反，否則揚(yáng)聲器的輸出聲音經(jīng)話筒輸入后，會(huì)產(chǎn)

20、生自激嘯叫。講話時(shí)，揚(yáng)聲器傳出的聲音應(yīng)清晰，改變音量電位器，可控制聲音大小。 l 電子混響效果 將電子混響器模塊按圖215接入。用手輕拍話筒一次，揚(yáng)聲器發(fā)出多次重復(fù)的聲音，微調(diào)時(shí)鐘頻率，可以改變混響延時(shí)時(shí)間，以改善混響效果。 l 音樂(lè)欣賞 將錄音機(jī)輸出的音樂(lè)信號(hào)，接入混合前置放大器，改變音調(diào)控制級(jí)的高低音調(diào)控制電位器，揚(yáng)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)輸出的音量電位器，可以控制歌唱音量與音樂(lè)音量之間的比例，調(diào)節(jié)混響延時(shí)時(shí)間可修飾、改善唱歌的聲音。 第四章 心得體會(huì) 幾天忙碌的課程設(shè)計(jì)終于拉下帷幕。一段時(shí)

21、間忙碌的身影和奔波的腳步之后，使我在這個(gè)過(guò)程中體會(huì)到了什么是苦,什么是累,什么是開心，什么是快樂(lè)。忙碌之后看到屬于自己的這份課程設(shè)計(jì)，心中也體會(huì)到了成功之后的那份喜悅和安慰,也使我在這一段時(shí)間留下了一份美好的回憶！對(duì)于課程設(shè)計(jì)，以前在我的腦海中一直是一個(gè)陌生的名詞。在老師給定課題的那一刻,我雖然不知道怎么去做，但我默默的下定了決心，一定要努力做好一份屬于自己的課程設(shè)計(jì)。在我選定課題后的一段時(shí)間里，為了更完美的做好設(shè)計(jì)流程以及參數(shù)的選擇，我就開始了收集關(guān)于音響放大器課題的資料，在充分準(zhǔn)備好資料以后，就開始了課題的設(shè)計(jì)。雖有了準(zhǔn)備，但還是不知道怎么開始，怎樣設(shè)計(jì)和排版。為了更好理清思緒，又在圖書館徘徊。幾天的準(zhǔn)備后一步一步的嘗試著設(shè)計(jì)。工夫不付有新人，幾天后總算基本完成了設(shè)計(jì)課題。在這次課程設(shè)計(jì)完畢之后，我體會(huì)頗多。從根本上使我真正認(rèn)識(shí)到了做好一份課程設(shè)計(jì)并不是一件容易的事情。它不僅需要熟悉并掌握教材內(nèi)容還要有很好的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，讓我學(xué)會(huì)了以前沒(méi)有學(xué)會(huì)的一些軟件。例如：PROTEL99，WEB，WPS等軟件的熟練操作和使用。讓我體會(huì)最多的就是讓我在所學(xué)教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在實(shí)踐過(guò)程中的到了更好體現(xiàn)和知識(shí)的運(yùn)用，使理論聯(lián)系實(shí)際的到了更好的