音樂彩燈及音響放大電路

1、1n 1任務(wù)任務(wù)n 設(shè)計一種組合式彩燈控制電路，該電路由二設(shè)計一種組合式彩燈控制電路，該電路由二路不同控制方法的彩燈組成，彩燈可采用不路不同控制方法的彩燈組成，彩燈可采用不同顏色的發(fā)光二極管組成不同的圖案來實現(xiàn)。同顏色的發(fā)光二極管組成不同的圖案來實現(xiàn)。n 設(shè)計功率放大電路，要求能從話筒輸入音樂，設(shè)計功率放大電路，要求能從話筒輸入音樂，揚聲器能播放音樂。揚聲器能播放音樂。 一一、設(shè)計任務(wù)和要求、設(shè)計任務(wù)和要求2n 2要求要求n 兩路控制電路具體要求為：兩路控制電路具體要求為：n （1）第一路按話筒輸出信號的音量的強弱）第一路按話筒輸出信號的音量的強弱（信號幅度的大小，要有三級）控制彩燈。（信號幅

2、度的大小，要有三級）控制彩燈。音強時，亮的燈多且彩燈的亮度加大，反之，音強時，亮的燈多且彩燈的亮度加大，反之，亮度減弱。亮度減弱。n （2）第二路按話筒輸出信號的音調(diào)的高低）第二路按話筒輸出信號的音調(diào)的高低（信號頻率高低）控制彩燈。（信號頻率高低）控制彩燈。 高頻段高頻段20006000Hz，控制綠燈。，控制綠燈。低頻段低頻段0（即正半周）時，（即正半周）時，D1截止，截止，D2導(dǎo)通，此時導(dǎo)通，此時n 當(dāng)選擇當(dāng)選擇R1=Rf1時，時，n n 當(dāng)當(dāng)VI 0（即負(fù)半周）時，（即負(fù)半周）時，D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截止，此時截止，此時n C和和R4組成濾波電路，以減小整流后的紋波電壓。可選組成濾波電路，

3、以減小整流后的紋波電壓?？蛇xC為為10F,最后在調(diào)試中確定最后在調(diào)試中確定 iffofovRRRRvRRv)(1122122ifovRRv2201oovv13n 半波整流電路半波整流電路n 精密全波整流電路見精密全波整流電路見P104圖圖4.11.1 10 k D1 10 k I R3 R2 D2 Rf1 R1 + A2 O + A1 10 k Rf2 30 k O1 1N4008 O1， 5.1 k 7.5 k R4 C 14n 5. 高通、低通濾波器電路高通、低通濾波器電路 n 人耳聽覺范圍的信號頻率在人耳聽覺范圍的信號頻率在20Hz20kHz之間。之間。為簡便起見，可將音頻信號分為兩個不

4、同的頻段，為簡便起見，可將音頻信號分為兩個不同的頻段，分別用低、高通濾波器來區(qū)分這兩段頻率信號，然分別用低、高通濾波器來區(qū)分這兩段頻率信號，然后經(jīng)驅(qū)動電路使彩燈工作。低、高通濾波器電路可后經(jīng)驅(qū)動電路使彩燈工作。低、高通濾波器電路可參考參考P106實驗實驗12，采用二階有源濾波電路，根據(jù)，采用二階有源濾波電路，根據(jù)截止頻率，選取適當(dāng)參數(shù)即可。截止頻率，選取適當(dāng)參數(shù)即可。15n 例如：設(shè)低通濾波器的上限截止頻率例如：設(shè)低通濾波器的上限截止頻率fH為為500Hz，采用圖采用圖5.4.2(a)所示電路形式的巴特沃斯低通濾波所示電路形式的巴特沃斯低通濾波器電路。器電路。n 首先選擇電容首先選擇電容C0.

5、01F，由于，由于 ， 則則n 取標(biāo)稱值取標(biāo)稱值30k串串1.8k。n 考慮到二階巴特沃斯濾波器的考慮到二階巴特沃斯濾波器的Q0.707和和 ，則，則Rf0.586R1n 再由再由Rf/R163.7 k，可求得，可求得R1172.4k和和Rf101.02k。R1取標(biāo)稱值取標(biāo)稱值160 k串串13 k，Rf取標(biāo)稱值取標(biāo)稱值100 k串串1k。RCfH21kCfRH85.311001. 050021216586. 11311QRRAfvf166.6.功率放大器功率放大器 功率放大器功率放大器( (簡稱功放簡稱功放) )的作用是給音響放的作用是給音響放大器的負(fù)載大器的負(fù)載RL( (揚聲器揚聲器) )

6、提供一定的輸出功率。提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時，希望輸出的功率盡可能大，輸當(dāng)負(fù)載一定時，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能地小，效率盡可能出信號的非線性失真盡可能地小，效率盡可能高。高。 17 LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。靜態(tài)功耗低，約為4mA,可用于電池供電。 工作電壓范圍寬，4-12V or 5-18V。 外圍元件少。 電壓增益可調(diào)，20-200。Avf=2R7/(R5+R6/R)低失真度。 為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。18192021 音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值( (

7、如如5%) )時的最大功率稱為額定功率。其表達式為時的最大功率稱為額定功率。其表達式為 L2ooRVP 式中，式中，RLRL為額定負(fù)載阻抗；為額定負(fù)載阻抗；Vo(Vo(有效值有效值) )為為RLRL兩端的最大不失真電壓。兩端的最大不失真電壓。VoVo常用來選定電源電常用來選定電源電壓壓VCC VCC occ22VV 音響放大器主要技術(shù)指標(biāo)及測試方法音響放大器主要技術(shù)指標(biāo)及測試方法 22測量測量Po的條件如下：的條件如下： 信號發(fā)生器的輸出信號信號發(fā)生器的輸出信號( (音響放大器的輸入信音響放大器的輸入信號號) )的頻率的頻率fi=1kHz，電壓，電壓Vi=5mV，用雙蹤示波，用雙蹤示波器觀測器

8、觀測vi及及vo的波形，應(yīng)無明顯的波形失真。的波形，應(yīng)無明顯的波形失真。 注意注意 在最大輸出電壓測量完成后應(yīng)迅速減小在最大輸出電壓測量完成后應(yīng)迅速減小ViVi，否則會因測量時間太久而損壞功率放大器。否則會因測量時間太久而損壞功率放大器。 23測量測量Po的步驟是：的步驟是： 功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻RL( (代替代替揚聲器揚聲器) )，逐漸增大輸入電壓，逐漸增大輸入電壓Vi，直到，直到vo的波形剛的波形剛好不出現(xiàn)削波失真好不出現(xiàn)削波失真( (或或3%) )，此時對應(yīng)的輸出電，此時對應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓，由式壓為最大輸出電壓，由式(4.13.2)(

9、4.13.2)即可算出額定即可算出額定功率功率Po。 24式中，式中，Po為輸出的額定功率；為輸出的額定功率；Pv為輸出額為輸出額定功率時所消耗的電源功率。定功率時所消耗的電源功率。 %100/voPP25三、實驗內(nèi)容與步驟三、實驗內(nèi)容與步驟 n 1. 分配各級電路的電壓增益分配各級電路的電壓增益n 根據(jù)本系統(tǒng)任務(wù)要求，整級電路分為兩大部分，根據(jù)本系統(tǒng)任務(wù)要求，整級電路分為兩大部分，一部分由兩級電路組成，一部分由三級電路組成。一部分由兩級電路組成，一部分由三級電路組成。電路總的電壓增益為各級電路電壓增益之積，據(jù)電路總的電壓增益為各級電路電壓增益之積，據(jù)此來分配各級電壓增益，同時還需考慮各級基本

10、此來分配各級電壓增益，同時還需考慮各級基本放大電路所能達到的增益。放大電路所能達到的增益。n （1）為了提高信噪比）為了提高信噪比S/N，放大器電路的增益可，放大器電路的增益可以適當(dāng)取大。以適當(dāng)取大。n （2）整流、濾波電路的電壓增益分配還應(yīng)同時考）整流、濾波電路的電壓增益分配還應(yīng)同時考慮到為避免輸出波形產(chǎn)生飽和失真，輸出信號的慮到為避免輸出波形產(chǎn)生飽和失真，輸出信號的幅值應(yīng)小于電源電壓。幅值應(yīng)小于電源電壓。26三、實驗內(nèi)容與步驟三、實驗內(nèi)容與步驟 n 1. 分配各級電路的電壓增益分配各級電路的電壓增益指標(biāo)分配通常從最后級開始向前級逐級計算指標(biāo)分配通常從最后級開始向前級逐級計算如設(shè)計好功放增益

11、為如設(shè)計好功放增益為20倍，則語音放大電路增益為倍，則語音放大電路增益為30倍倍即可。即可。同理，音樂彩燈電路，最后驅(qū)動紅燈時電壓為同理，音樂彩燈電路，最后驅(qū)動紅燈時電壓為1.8V，此，此電壓應(yīng)為截至頻率所對應(yīng)的電壓，則低頻時電壓應(yīng)為電壓應(yīng)為截至頻率所對應(yīng)的電壓，則低頻時電壓應(yīng)為1.8/0.707=2.546V，總增益計算分配同上，總增益計算分配同上27n 2. 根據(jù)已分配確定的電壓增益和設(shè)計已知條件，根據(jù)已分配確定的電壓增益和設(shè)計已知條件，分別確定各級電路的電路方案，選取各元件參數(shù)。分別確定各級電路的電路方案，選取各元件參數(shù)。n 3在實驗電路板上組裝電路。安裝前要對整機電在實驗電路板上組裝電

12、路。安裝前要對整機電路進行合理布局，安裝時要特別注意運放，二極管路進行合理布局，安裝時要特別注意運放，二極管等主要器件的引腳和極性，不能接錯。從放大器電等主要器件的引腳和極性，不能接錯。從放大器電路開始逐級安裝，安裝一級調(diào)試一級，安裝兩級要路開始逐級安裝，安裝一級調(diào)試一級，安裝兩級要進行級聯(lián)調(diào)試，直到整機安裝與調(diào)試完成。進行級聯(lián)調(diào)試，直到整機安裝與調(diào)試完成。281. 合理布局，分級裝調(diào)合理布局，分級裝調(diào) 音響放大器是一個小型電路系統(tǒng)，安裝前要對整音響放大器是一個小型電路系統(tǒng)，安裝前要對整機線路進行合理布局，一般按照電路的順序一級一級機線路進行合理布局，一般按照電路的順序一級一級地布線，功放級應(yīng)

13、遠(yuǎn)離輸入級，每一級的地線盡量接地布線，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。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、運算放大器、電解電容等主要器件的引腳和功放塊、運算放大器、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，安裝兩級要進行級聯(lián)調(diào)試，直到整機安裝與調(diào)試完成。裝兩級要進行級聯(lián)調(diào)試，直到整機安

14、裝與調(diào)試完成。29 電路的調(diào)試過程一般是先電路的調(diào)試過程一般是先分級調(diào)試分級調(diào)試，再，再級聯(lián)調(diào)級聯(lián)調(diào)試試，最后進行，最后進行整機調(diào)試整機調(diào)試與與性能指標(biāo)測試性能指標(biāo)測試。 分級調(diào)試又分為分級調(diào)試又分為靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試與與動態(tài)調(diào)試動態(tài)調(diào)試。 靜態(tài)調(diào)試時，將輸入端對地短路，用萬用表測靜態(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。由運算放大器組成的該級輸出端對地的直流電壓。由運算放大器組成的電路，其靜態(tài)輸出直流電壓均為電路，其靜態(tài)輸出直流電壓均為VCC/2，功放級的，功放級的輸出輸出(OTL電路電路)也為也為VCC/2，且輸出電容，且輸出電容CC兩端充電兩端充電電壓也應(yīng)為電壓也應(yīng)

15、為VCC/2。若是若是雙電源供電雙電源供電，直流電壓均，直流電壓均為為0 0。 動態(tài)調(diào)試是指輸入端接入規(guī)定的信號，用示波動態(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，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。偏差的。30 單級電路調(diào)試時的技術(shù)指標(biāo)較容易達到，但進行單級電路調(diào)試時的技術(shù)指標(biāo)較容易達到，但進行級聯(lián)時，由于級間相互影響，可能使單級的技術(shù)指標(biāo)級聯(lián)時，由于級間相互影響

16、，可能使單級的技術(shù)指標(biāo)發(fā)生很大變化，甚至兩級不能進行級聯(lián)。產(chǎn)生的主要發(fā)生很大變化，甚至兩級不能進行級聯(lián)。產(chǎn)生的主要原因：原因： 一是布線不太合理，形成級間交叉耦合，應(yīng)考一是布線不太合理，形成級間交叉耦合，應(yīng)考慮重新布線；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)接壓降對某一級可能形成正反饋，應(yīng)接RCRC去耦濾波電去耦濾波電路。路。R R一般取幾十歐姆，一般取幾十歐姆，C C一般用幾百微法大電容與一般用幾百微法大電容與0.10.1 F F小電容相并聯(lián)。小電容相并聯(lián)。 31 由于功放級輸出信號較大，對前級容易產(chǎn)生影響

17、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，引起自激。集成塊內(nèi)部電路多極點引起的正反饋易產(chǎn)生高頻自激，常見高頻自激現(xiàn)象如下圖所示。產(chǎn)生高頻自激，常見高頻自激現(xiàn)象如下圖所示。 可以加強外部電路的負(fù)反饋予以抵消，如功放級可以加強外部電路的負(fù)反饋予以抵消，如功放級腳與之間接入幾百皮法的電容，形成電壓并聯(lián)負(fù)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。反饋，可消除疊加的高頻毛刺。 常見的低頻自激現(xiàn)象是電源電流表有規(guī)則地左常見的低頻自激現(xiàn)象是電源電流表有規(guī)則地左右擺動，或輸出波形上下抖動。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線產(chǎn)產(chǎn)生的主要原因是輸出信號通過電源及地線產(chǎn)生了正反饋?？梢酝ㄟ^接入生了正反饋?？梢酝ㄟ^接入RCRC去耦濾波電路消除。去耦濾波電路消除。 32n 五實驗報告要求五實驗報告要求n 原理電路的設(shè)計，內(nèi)容包括：原理電路的設(shè)計，內(nèi)容包括：設(shè)計方案論