湖北工業(yè)大學(xué)模電課程設(shè)計

1、目錄第一章緒論第二章設(shè)計目的內(nèi)容2.1設(shè)計目的22課程設(shè)計內(nèi)容第三章音響放大器的組成框圖第四章單元電路設(shè)計54.1. 話音放大器542電子混響器64.3. 混合前置放大器74.4. 音調(diào)控制器74.5. 功率放大器8第五章.主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)計算與相應(yīng)電路圖設(shè)計105.1. 混合前置放大器設(shè)計105.2. 話音放大器的設(shè)計105.3. 話音放大器與混合前置放大器的設(shè)計115.4. 音調(diào)控制器的設(shè)計115.5. 功率放大器的設(shè)計145.6. 整機(jī)電路設(shè)計16第六章.音響放大器的測試方法17第七章.實驗設(shè)計總結(jié)與感悟19音響放大器課程設(shè)計第一章 . 緒論1.1 引言伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展， 人們生

2、活水平的不斷提高， 對音頻功率放大器的要求越來越高。音頻是多媒體中的一種重要媒體。人能夠聽見的音頻信號的頻率范圍大約是60Hz-20kHz 其中語音大約分布在 300Hz-4kHz 之內(nèi)，而音樂和其他自然聲響是全范圍分布 的。如何通過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)字音頻， 音頻分析就是以數(shù)字音頻 信號為分析對象以數(shù)字信號處理的各種理論為分析手段， 提取信號在時域， 頻域內(nèi)一系列特 性的過程。本文基于所學(xué)知識模擬制作音響功率放大器， 踐實所學(xué)知識掌握程度， 并通過對所學(xué)知 識來制造和改進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品， 實

3、際動手的過程中遇見了很多問題， 但是在老師的指導(dǎo)和幫助下 解決相應(yīng)的問題。 同時在與同組人的討論學(xué)習(xí)過程中加強可團(tuán)隊意識的培養(yǎng)， 加強了相互間 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、 場效應(yīng)管四個階 段。 1906年美國的德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開創(chuàng)了揉電聲技術(shù)的先河。 1927年貝爾實驗室發(fā)明了負(fù)反饋 NFB(Negative feedback )技術(shù)后，使音響技 術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個嶄新的時代， 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 Hi-Fi (High Fid

4、elity )放大器的文章中介紹了一種 成功運用負(fù)反饋技術(shù)，成為了 Hi-Fi 史上一個重要的里程碑。60 年代由于晶體管的出現(xiàn)，使功率放大器步入了一個更為廣闊的天地。晶 體管放大器細(xì)膩動人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動態(tài)范圍等特點， ，各 種電路也相應(yīng)產(chǎn)生，如： “OTL (Output Transformer Less )” 無輸出放大器、 “OCL(Output Capacitor Less)”放大器等。直至70年代，晶體管放大技術(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)問題的無負(fù)反饋放大電路； 成功地將甲、乙放大器的優(yōu)點

5、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) 價廉、體積小、功能多等特點，逐步被音響界所認(rèn)識。發(fā)展至今，厚膜音響集成 電路、運算放大集成電路被廣泛用于音響電路。第二章、設(shè)計目的與內(nèi)容1. 設(shè)計目的(1) 了解音響放大器的構(gòu)成，并組成一個簡單的音響放大器。(2) 理解音調(diào)控制器，集成功率放大器的工作原理和應(yīng)用方法。(3) 理解和掌握音響放大器的主要技術(shù)指標(biāo)和測試方法。(4) 根據(jù)給出的技術(shù)條件和指標(biāo)，設(shè)計音響放大器。(5)

6、 能夠獨立搭接電路、掌握調(diào)試技術(shù)2課程設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個具有話筒擴(kuò)音，音調(diào)控制，音量控制，電子混響，卡拉0K伴唱等功能的音響放大器主要技術(shù)指標(biāo)(1) 額定功率 Po> 1WY <3%)(2) 負(fù)載阻抗FL=8Q(3) 頻率響應(yīng) f L=50Hz， f H=20KHz。(4) 輸入阻抗R >>20kQo(5) 音調(diào)控制特性1kHz處增益為OdB 125Hz和8kHz處有土 12dB的調(diào)節(jié)范圍，Avl=A/h> 20dBo給定條件( 1 )電源電壓 VCC=+9Vo( 2)話筒輸出信號電壓為 5mVo(3)錄音機(jī)的輸出信號電壓為 100mVo二課程設(shè)計應(yīng)完成的工作1、設(shè)

7、計文本按學(xué)校的規(guī)定要求撰寫。2、獨立完成設(shè)計任務(wù)(不能相互抄襲) o3、按規(guī)范要求繪制一張3號電原理圖。第三章、音響放大器的組成框圖音響放大器的作用是對于微弱信號進(jìn)行電壓放大和功率放大，推動負(fù)載工作，同時需要對音調(diào)和音量的調(diào)節(jié)。音響放大器由話筒、話音放大器、電子混響器、混合前置放大器、音調(diào)控 制器、功率放大器這幾個部分組成。其中話音放大器是不失真的放大話筒輸出的 聲音信號，電子混響器是用電路模擬聲音的多次反射， 產(chǎn)生混響效果，使人聽起 來具有一定的深度感和立體空間感，混合前置放大器是將話筒傳輸?shù)穆曇粜盘柵c 放音機(jī)輸出的音樂信號相混合并放大，音調(diào)控制器是控制和調(diào)節(jié)音響放大器的幅 頻特性，功率放大

8、器是給音響放大器的負(fù)載提供一定的輸出功率。音響放大器的基本組成框圖如圖所示：音響放大器組成框圖第四章、單元電路設(shè)計1話音放大器由于話筒的輸出信號一般只有5mV左右，而輸出阻抗達(dá)到20kQ （亦有低輸出阻抗的話筒如 20Q，200 Q等），所以話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號（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。由于要求語音放大級的放大倍數(shù)為7.5,所以選擇Ri 10K ，Rf采用阻值為100K 的電位器，使放大器可以 根據(jù)需要調(diào)整。同相交流電壓放大器根據(jù)分壓原理可得反饋電壓 VA, VAR2R2RfVo放大器的電壓放大倍數(shù)Avf為：Avf 1R2所以VoRfR2V

9、iR2RfR2由此可得反饋電壓 VA等于輸入電壓VB,故R1兩端電壓相等，稱R1為自舉電 阻，通過電阻R1的電流可視為0,因此提高了交流放大器的輸入電阻RiRi (R|%)(1 AvfF)F-血f反饋系數(shù)為：鳥+町2. 電子混響器電子混響器是用來電路模擬聲音的多次反射， 產(chǎn)生混響效果，使聲音聽起來 具有一定的深度感和空間立體感。在“卡拉 OK”（不需樂隊，利用磁帶伴奏歌 唱）伴唱機(jī)中，都帶有電子混響器，其組成框圖如下圖所示。其中，集成電路 BBD成為模擬延時器，其內(nèi)容含有由場效應(yīng)管構(gòu)成的多級電子開關(guān)和高精度存儲器。在外加時鐘脈沖作用下，這些電子開關(guān)不斷地接通和斷開， 對輸入信號進(jìn) 行取樣，保持

10、并向后級傳遞，從而使 BBD的輸出信號相對于輸入信號延遲了一 段時間。BBD的級數(shù)越多，時鐘脈沖的頻率越高，延遲時間越長。BBD配有專用時鐘電路，女口 MN3102時鐘電路與MN3200系列的BBD配套。二盼低通溉蠱【4B8D延時熬=*4ib1時間肺沖產(chǎn)生器"電子混響器構(gòu)成框圖3. 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)輸出的音樂信號與電子混響后的聲音信號混合放大。RiRf:Vi1為話筒放大器輸出的電壓,Vi2為放音機(jī)輸出的電壓，V。為混合后輸出的電壓。三者之間的關(guān)系為V。(KV1RfR2V2)4. 音調(diào)控制器:音頻控制器主要是控制，調(diào)節(jié)音響放大器的幅頻特性，對低音頻和高音

11、頻的增益進(jìn)行提升與衰減，中音頻保持 OdB不變，音頻控制器的電路由低通和高通濾波器構(gòu)成，如下圖所示：音調(diào)控制器常用的音調(diào)控制電路有三種：（1衰減式RC音調(diào)控制電路，其調(diào)節(jié) 范圍較寬，但容易產(chǎn)生失真；（2）反饋型電路，其調(diào)節(jié)范圍小一些，但失 真小；（3）混合式音調(diào)控制電路，其電路較復(fù)雜，多用于高級收錄機(jī)中。 為了使電路簡單、信號失真小，我們采用反饋型音調(diào)控制電路。設(shè)電容C1 = C2 >> C3,則，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。幅頻特性如圖4-32所示A- dB201?20dB 10倍議30 31720JLi/liVhifsi音調(diào)控制曲線圖根

12、據(jù)音響放大器的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)，要使Avl Avh 20dB，結(jié)合A vl的表達(dá)式可知， R1、R2、PR1的阻值一般取到幾千歐到幾百歐。現(xiàn)取PR1470K,有C210.008 F，PR1R2 2 3 4 5 6 7 輸 空 電 消 消 反 空 出 源 振 振 饋地52K 。fL2 12 fL1PR,fL1取標(biāo)稱值，則C20.01F，R251K。由前述的假設(shè)條件可得,RR2R3R51KPRr二PR2470 K，G C20.01 FR1 Ra3R101015K，C3470 pF由于在低音時，音調(diào)控制電路輸入阻抗近似為R1，所以級間耦合電容可取G Co 10 F。5. 功率放大器功率放大器（簡稱功放）

13、的作用是給音響放大器的負(fù)載RL（揚聲器）提供一定的輸出功率。盡可能地小,當(dāng)負(fù)載一定時, 效率盡可能咼。希望輸出的功率盡可能大,輸出信號的非線性失真自退抑制舉 耦 空紋波+C CQr電源F41312111098LA4100LA4102集成功率放大器內(nèi)部電路第五章、主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)計算與相應(yīng)電路圖設(shè)計根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，首先確定整機(jī)電路的級數(shù)，再根據(jù)各級的功能及技術(shù)指 標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計算各級電路參數(shù)，通常從功放級開始向前級逐 級計算。音響放大器的輸入為 5mV時，額定功率P> 1W，負(fù)載阻抗為8Q,則 輸出電壓VRlR 2.828總電壓增益Av工=Vo/Vi>566倍，由于

14、實際電路中會有損耗，故取 Av=600各級增益分配如下圖所示音謁級7 A IH "1 =哼37, “f0話肢級5m V= 1 > Au3=0r8 r1、混合前置放大器的設(shè)計根據(jù)V。細(xì)即Vi1為話筒放大器輸出的電壓，Vi2為放音機(jī)輸出的電壓，V。為混合后輸出的電 壓。所以取Rf =30K Q Ri=10K Q;音放機(jī)輸出插孔的信號電壓一般為 100mV， 已基本達(dá)到放大的要求不需要話。取 R2 =30kQ。2、話音放大器的設(shè)計f等于130K 。要求R遠(yuǎn)大于20K Q,而輸入阻抗約為Ri，則Ri 取 500K QCi=C3=10uF，C2=1uF。3、話音放大器與混合前置放大器的設(shè)

15、計R1275k+9VR11,1 F10kHbcznU話筒V115mV C110F41Aivoi11C1210FC+ii10k10k 1 寸 LM324 4錄音機(jī)V2 Tb100mV C1310FRR110ktrfp2丄10k10 F10kC2 30k10FL.3i.0kn6k r03J.10kR22+9V4C2711Vo210F-4 LM3244上圖所示電路由話音放大與混合前置放大兩級電路組成4.音調(diào)控制器的設(shè)計根據(jù)音響放大器的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)，要使Avl Avh 20dB，結(jié)合Avl的表達(dá)式可知， R1、R2、PR1的阻值一般取到幾千歐到幾百歐?，F(xiàn)取PR1470 K ，有C22 fL1PR10.

16、008 F，R2PR52 K。耳1L1丄R 3R10乓 10C20.01F，R251K。51Kpr1=pr2470K15K，C3470pF由前述的假設(shè)條件可得,取標(biāo)稱值，則，C1 C20.01 F ，R2R3R由于在低音時，音調(diào)控制電路輸入阻抗近似為R1，所以級間耦合電容可取 Ci Co 10 FviR3147k470kR 3234c+0047kV9+34R k二whrkwR3k33D F c sC 3510 FRP 3310kC 41丄 4.7nitV。RP 32470k-1 LM3244已知 fLx=100Hz, fHx=10kHz, x=12dBfL2 及 fH1 ; fL2 = fLx

17、 *2x/6=400Hz，則 fL1 =fL2/10=40Hz ; fH1 = fHx /2x/6=2.5kHz ,則 fH2= 10fH 1= 25kHzEDA仿真電路圖設(shè)計如下:RS1、低音衰減與提升：將高音提升與衰減電位器 PR2滑動端調(diào)到居中位置（即可變電阻器 PR1的 百分比為50%）,低音提升和衰減電位器PR1滑頭調(diào)到最左邊（低音提升最大位 置，即可變電阻器PR1的百分比為100%）. 調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，使輸出信號f=40HZ,Vm=100mV,調(diào)節(jié)電路中音量調(diào)節(jié)電位器PR3,使電路輸出電壓達(dá)到最大值，記錄此時PR3的數(shù)值和輸出電壓的幅值。PR3= 0 K_ Vom= 698.0mV

18、 保持PR3的數(shù)值和輸入信號幅度不變，講頻率特性測試儀接入電路，設(shè) 置工作頻率的范圍為40HZ-1KZ,測試電路的幅頻響應(yīng)曲線，并記錄。（由于此 時C1被短路，當(dāng)F增大是，Vo將減小。）觀察所記錄的幅頻響應(yīng)曲線，從圖中 獨處低音部分的最大提升量并做記錄，判斷其是否符合理論設(shè)計的指標(biāo)。F=40HZ時，低音的最大提升量=17.004dB 將低音提升和衰減電位器 PR1滑動端調(diào)到最右邊（低音衰減最大位置， 即可變電阻器PR1的百分比為0%），重復(fù)（3）的步驟。（由于此時C2被短路， 當(dāng)f增大時，Vo將增大。）F=40HZ時，低音的最大衰減量=-16.933dB2、高音提升和衰減將低音提升與衰減電位器

19、 PR1滑動端調(diào)到居中位置（即可變電阻器 PR1的 百分比為50%）,高音提升和衰減電位器PR2滑頭調(diào)到最左邊（低音提升最大位 置，即可變電阻器PR2的百分比為100%）. 調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，使輸出信號f=10KHZ,Vm=100mV,調(diào)節(jié)電路中音量調(diào)節(jié) 電位器PR3,使電路輸出電壓達(dá)到最大值，記錄此時 PR3的數(shù)值和輸出電壓的 幅值。PR3= 0 K_Vom= 463mV 保持PR3的數(shù)值和輸入信號幅度不變，講頻率特性測試儀介入電路，設(shè) 置工作頻率的范圍為10KHZ-1KZ,測試電路的幅頻響應(yīng)曲線，并記錄。（由于 此時C2被短路，當(dāng)F減少時，Vo將減小。）觀察所記錄的幅頻響應(yīng)曲線，從圖 中獨處

20、高音部分的最大提升量并做記錄，判斷其是否符合理論設(shè)計的指標(biāo)。F=10KHZ時，高音的最大提升量=13.274dB 將高音提升和衰減電位器PR2滑動端調(diào)到最右邊（高音衰減最大位置， 既可變電阻器PR2的百分比為0%），重復(fù)（3）的步驟。（由于此時C2被短路當(dāng) f減少時，Vo將增大。）F=10KHZ時，高音的最大衰減量=-12.78dB5、功率放大器的設(shè)計Rii=20KQRf因為Av100 故取R=200Q Rf、Cf與內(nèi)部Rii組成交流負(fù)反饋支路，控制功放級的電壓增益 Avf,即: . : ' Cb為相位補償電容，Cb減小，帶寬增加，可消除高頻自激。Cb 一般取幾 十到幾百皮法。 Cc為

21、OTL電路的輸出端電容，兩端的充電電壓為等于 Vcc/2., Cc一般取 耐壓值遠(yuǎn)大于Vcc/2的幾百微法的電容。 Cd為反饋電容，消除自激振蕩，Cd 一般取幾百皮法。 Ch為自舉電容，使復(fù)合管T12，T13的導(dǎo)通電流不隨輸出電壓的升高而減 小。 C3、C4可濾除紋波，一般取幾十至幾百微法。 C2為電源退耦濾波，可消除低頻自激。6、整機(jī)電路設(shè)計220uFG 器響混子電Faa§C4FHYKu?第六章.音響放大器的測試方法1、額定功率音響放大器失真度小于某一數(shù)值（如r <5% ）時的最大功率稱為額定功率， 即 P v R式中 戍額定負(fù)載阻抗；Uo （有效值）Rl兩端的最大不失真電壓

22、。測量Po的條件：信號發(fā)生器輸出頻率fi=1kHz,輸出電壓Ui=20mV,音調(diào)控制 器的兩個電位器Rpi、RP2置于中間位置，音量控制電位器 RP3置于最大值，雙蹤 示波器觀測Ui及Uo的波形，失真度測量儀監(jiān)測 Uo的波形失真。測量Po的步驟是：功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻 Rl （代替揚聲器）， 輸入端接Ui，逐漸增大輸入電壓Ui，直到Uo的波形剛好不出現(xiàn)削波失真（或 r <3%），此時對應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓，由上式可算出額定功率Po,請注意，最大輸出電壓測量后應(yīng)迅速減小Ui，否則會因測量時間太久而損壞功率放大器。2、頻率響應(yīng)放大器的電壓增益相對于中音頻fo（1kHz）的電

23、壓增益下降3dB時所對應(yīng)的低 音頻率fL和高音頻率fH稱為放大器的頻率響應(yīng)。測量條件同上，調(diào)節(jié) RP3使書 粗電壓約為最大輸出電壓的50%。測量步驟是：話筒放大器的輸入端接 Ui=5m V,輸出端接音調(diào)控制器，使信 號發(fā)生器的輸出頻率fi從20Hz50kHz變化（保持Ui=5mV不變），測出負(fù)載電 阻Rl上對應(yīng)的輸出電壓Uo,用半對數(shù)坐標(biāo)紙繪出頻率響應(yīng)曲線，并在曲線上標(biāo) 注fL與fH值。3、音調(diào)控制特性Ui（=100mV）從音調(diào)控制級輸入端耦合電容加入，Uo從輸出端耦合電容引出。先測1kHz處的電壓增益Au （0B）,再分別測低頻特性和高頻特性。測低頻特性：將RP1的滑臂分別置于最左端和最右端

24、時，頻率從20Hz1kHz變化，記下對應(yīng)的電壓增益。同樣，測高頻特性是將RP2的滑臂分別置于最左端和最右端，頻率從（150） kHz變化，記下對應(yīng)的電壓增益。最后繪制音調(diào)特性 曲線，并標(biāo)注fL1、fx、fL2、f0（1kHz）、fH1、fH2等頻率對應(yīng)的電壓增益。4、輸入阻抗從音響放大器輸入端（如話筒放大器輸入端）看進(jìn)去的阻抗稱為輸入阻抗Ri。如果接高阻話筒，Ri應(yīng)遠(yuǎn)大于20k Qo接電唱機(jī)，Ri應(yīng)遠(yuǎn)大于500k Q。Ri 的測量方法于放大器的輸入阻抗測量方法相同。5、輸入靈敏度使音響放大器輸出額定功率時所需的輸入電壓（有效值）稱為輸入靈敏度。 測量條件與額定功率的測量相同。測量方法是，使 U

25、i 從零開始逐漸增大直到 Uo 達(dá)到額定功率值時對應(yīng)的電 壓值，此時對應(yīng)的 Ui 值即為輸入靈敏度 。6、噪聲電壓音響放大器的輸入為零時，輸出負(fù)載 RL上的電壓稱為噪聲電壓 UN。測量 條件同上，測量方法是，使輸入端對地短路，音量電位器為最大值，用示波器觀 察輸出負(fù)載 RL 的電壓波形，用交流電壓表測量其有效值。7、整機(jī)效率Po /PC 100%式中P輸入的額定功率；Pc輸出額定功率時所消耗的電源功率第七章、實驗設(shè)計總結(jié)與感悟第一次做課程設(shè)計， 在確定自己應(yīng)做的課題后， 首先做的是大量搜索自己需 要的資料。音響放大器，單從名義上來說，應(yīng)是一個好有意思的制作，因為它的 意義很現(xiàn)實。 根據(jù)設(shè)計要求和設(shè)計材料， 我們需設(shè)計的音響放大器在所有音響類 別里，是