電類綜合實(shí)驗(yàn)

1、14電磁研究生電類綜合實(shí)驗(yàn)-小型音響放大器的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試姓名：學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 16研究生電類綜合實(shí)驗(yàn)-小型音響放大器的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試1.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和要求通過學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，掌握基于計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代EDA技術(shù)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿、真和實(shí)驗(yàn)調(diào)試方法。要求：1、能夠運(yùn)用Multisim等EDA軟件對常規(guī)模擬、數(shù)字電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、性能仿真和分析，掌握基于EDA技術(shù)的電路設(shè)計(jì)基本方法和步驟。2、掌握小型模/數(shù)綜合電路的設(shè)計(jì)、硬件電路搭建、實(shí)驗(yàn)調(diào)試和參數(shù)測試方法。2.實(shí)驗(yàn)原理小型音響放大器的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試：音響系統(tǒng)是指用傳聲器把聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過一些電路的處理，最終用揚(yáng)聲器將電信號再轉(zhuǎn)換為聲波信號重放

2、的系統(tǒng)。圖2-1簡單音響系統(tǒng)的組成本實(shí)驗(yàn)音頻放大器的組成：圖2-2 簡單的音頻放大器前置放大器：有一定增益、輸入阻抗比較高（遠(yuǎn)高于話筒輸出阻抗）、輸出阻抗比較低（不影響音調(diào)控制電路的正常工作）、噪聲系數(shù)盡可能小，可采用基于集成運(yùn)放的同相輸入比例運(yùn)算電路。本設(shè)計(jì)采用UA741芯片。UA741是高增益運(yùn)算放大器，用于軍事、工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用，這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護(hù)和閉鎖自由運(yùn)作，還具有廣泛的共同模式，差模信號范圍和低失調(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當(dāng)?shù)碾娢弧D2-3 UA741芯片圖圖2-4 前置放大器電路圖電壓增益計(jì)算公式：音調(diào)控制器：對低音（幾十幾百赫茲）或高音（幾千幾十千赫茲）的增益進(jìn)行

3、提升或衰減，而保持中音（幾百 幾千赫茲）的增益不變，達(dá)到補(bǔ)償聲學(xué)特性，美化音色等目的。音調(diào)控制器電路中的芯片也是UA741。圖2-5 音調(diào)控制器電路圖圖2-6 音調(diào)控制器頻率響應(yīng)圖fL1：低音轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十赫磁；fL2：中音轉(zhuǎn)折頻率， fL2=10fL1；f0：中音頻率或稱中心頻率f0=1KHz；fH1：中音轉(zhuǎn)折頻率；fH2：高音轉(zhuǎn)折頻率， fH2=10fH1，一般為幾十千赫磁；功率放大器：壓和電流都得使輸出電到放大，輸出足夠大的功率，驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲。本設(shè)計(jì)采用TDA2030芯片。TDA2030是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功放電路，采用V型5腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車

4、立體聲收錄音機(jī)、中功率音響設(shè)備，其電路體積小，采用超小型封裝（TO-220），可提高組裝密度。同時(shí)輸出功率大。圖2-7 TDA2030芯片圖圖2-8 TDA2030外圍電路圖實(shí)驗(yàn)技術(shù)指標(biāo):音頻放大器使用±12V雙電源供電，揚(yáng)聲器阻抗8 ，其它技術(shù)指標(biāo)如下： 輸入信號幅度峰值為10mV時(shí)，輸出功率Po >1W ； 輸入信號頻率范圍f L f H40Hz20kHz； 音調(diào)控制器特性 1kHz 處增益為 0dB，100Hz和10kHz處有±12dB 的調(diào)節(jié)范圍，AuL = AuH = ±20dB ； 前置放大器輸入電阻Ri > 20k；3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法電壓增

5、益的分配：5V10mV250mV250mV25倍1倍20倍mA741CP運(yùn)放的-3dB增益帶寬積約為：1MHzTDA2030 -3dB增益帶寬積約為：50kHz前置放大器設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1、 電壓增益計(jì)算公式：2、 輸入阻抗計(jì)算公式：音調(diào)控制器設(shè)計(jì)要點(diǎn)：一般取幾阻值十千歐姆到幾百千歐姆比較合適。功率放大器設(shè)計(jì)要點(diǎn)：電壓增益計(jì)算公式：其余電容、電阻和二極管等元器件盡量采用廠家推薦值；4電路的仿真4.1.前置放大集成電路仿真4.1.1.置放大電路原理圖圖4-1 前置放大集成電路圖仿真結(jié)果圖為：圖4-2 前置放大器輸入輸出電壓比較圖由于話筒提供的信號非常弱，要在音調(diào)控制級前加一個(gè)前置放大器。考慮到設(shè)計(jì)電路

6、對頻率響應(yīng)及零輸入時(shí)的噪聲、電流、電壓的要求，前置放大器選用集成運(yùn)算放大器ua741。前置放大電路是由ua741放大器組成的一級放大電路，放大倍數(shù) ，即1+R3/R1，取R3=240K電位器,R1=10K,所用電源Vcc=+12V，Vee=-12V。經(jīng)過前級運(yùn)放的放大， 放大倍數(shù)由R3可調(diào)，本模塊設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為25倍。由通道一檢測數(shù)據(jù)可知電壓增益A=246.65mV/9.99mV約為25.4.2音調(diào)控制器仿真4.2.1音調(diào)控制器原理圖：圖4-3 音調(diào)控制器原理圖仿真結(jié)果為：圖4-4 音調(diào)控制器輸入輸出電壓比較圖4.2.2.低頻頻率響應(yīng)圖圖4-5 12dB和3dB對應(yīng)的頻率點(diǎn)10KHz,2.48

7、KHz圖4-6 17dB對應(yīng)的頻率點(diǎn)18.36KHz圖4-7 -12dB和-3dB對應(yīng)的頻率點(diǎn)10KHz,2.48KHz圖4-8 -17dB對應(yīng)的頻率點(diǎn)18.36KHz4.2.3.中頻頻率響應(yīng)圖圖4-9 1KHz對應(yīng)的增益0dB4.2.4.高頻頻率響應(yīng)圖圖4-10 -12dB和-3dB對應(yīng)的頻率點(diǎn)91.70Hz,355.17Hz圖4-11 -17dB對應(yīng)的頻率點(diǎn)41.49Hz圖4-12 12dB和3dB對應(yīng)的頻率點(diǎn)91.76Hz,355.8Hz圖4-13 17dB對應(yīng)的頻率點(diǎn)42Hz低頻時(shí)，將RW2放中間，RW1調(diào)100%或0%。其中0%時(shí)是提升作用，100%時(shí)是衰減作用；高頻時(shí)，RW2調(diào)到

8、100%或0%，RW1放中間,其中0%時(shí)是提升作用，100%時(shí)是衰減作用；中頻兩個(gè)滑動(dòng)變阻器都放中間。Rw的滑臂滑到左右端時(shí)，可以用和提升區(qū)類似的方法得到衰減區(qū)頻率特性?；瑒?dòng)變阻器只有在兩側(cè)時(shí)才對低頻或高頻有提升和衰減，而在中間時(shí)低頻或高頻也是沒有作用的。所以放中間時(shí)頻率特性是一條直線。4.3功率放大器仿真4.3.1.功率放大器原理圖圖4-14 功率放大器原理圖仿真結(jié)果圖：圖4-15 功率放大器輸入輸出電壓比較圖由一通道檢測可以看出電壓增益為A=207.47mV/9.99mV約為21。輸出功率結(jié)果圖：圖4-16 輸出不失真時(shí)測得輸出功率1.72W4.4完整電路圖仿真4.4.1.完整電路原理圖圖

9、4-17 完整電路原理圖圖4-18 完整電路輸入輸出電壓比較圖由通道一檢測的數(shù)據(jù)可知完整電路增益A=1+5.289V/10mV=529.9,即本設(shè)計(jì)電壓總體放大了530倍，比設(shè)計(jì)時(shí)25*21=525（相應(yīng)電阻沒有做了一點(diǎn)調(diào)整）略大一點(diǎn)，可能是級聯(lián)時(shí)引入了其他信號，也可能是臨時(shí)使用了近似阻值替代電阻。整體調(diào)試效果圖：圖4-19 整體調(diào)試輸出電壓5.24V和輸出功率1.72W將各級電路連接起來，整體調(diào)試，確保電路最終輸出波形不失真，并檢驗(yàn)其他參數(shù)均達(dá)標(biāo)。5電路調(diào)試圖4-20 完整電路圖圖4-21 電路輸入信號10mV/1KHz圖4-22 電路輸出電壓6.96V/1KHz實(shí)際搭電路時(shí)功放電路中R1和

10、R2分別選擇了和，由增益計(jì)算公式A=1+R1/R2約為28，電路總體增益=25*28=700,理論輸出電壓應(yīng)該為10mV*700=7V。實(shí)測與理論值有誤差，分析原因：一方面可能是所使用的電阻值沒有達(dá)到所標(biāo)的值有誤差；另一方面可能是測量時(shí)由于電路中引入了其他信號導(dǎo)致測量不穩(wěn)定讀數(shù)有誤差；另外理論計(jì)算時(shí)采用了近似值計(jì)算存在誤差。6總結(jié)回顧整個(gè)設(shè)計(jì)過程，發(fā)現(xiàn)自己真的有很多不足，真是書到用時(shí)方恨少。在課程設(shè)計(jì)過程中，溫故而新，學(xué)到了很多有關(guān)模擬電子技術(shù)理論和實(shí)際方面的知識，從理論中得出結(jié)論，才能真正的提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立能力，從中獲得經(jīng)驗(yàn)和知識。對以前所學(xué)過的知識理解不夠深，不夠透，掌握不夠牢

11、固。在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的指導(dǎo)下順利完成了。由于課本上的知識太多，而我們的這個(gè)成果也只能體現(xiàn)的知識一部分的知識，這也體現(xiàn)出我們的空缺，設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的很多元件的功能都不能很好的理解，而我們能做的，只有去理解它們，摸清它們的原理，這也豐富我我們的知識。在該如何設(shè)計(jì)電路，并且使之能實(shí)現(xiàn)我們需要的功能的過程中，培養(yǎng)了我們的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。這次讓我體會到了設(shè)計(jì)電路的艱辛與成功之后的喜悅。此仿真電路的實(shí)現(xiàn)對搭建實(shí)際電路有借鑒與指導(dǎo)意義。這樣在電路設(shè)計(jì)仿真完成之后再構(gòu)建實(shí)際電路,就能有效降低成本,大大提高了教學(xué)和專業(yè)設(shè)計(jì)的效率。一個(gè)較大的電路系統(tǒng)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都是很重要的，

12、先要有一個(gè)較為合理的原理圖，然后才能對原理圖中的每一部分進(jìn)行仿真修改，這往往不是一蹴而就的，需要不斷地反復(fù)。仿真調(diào)試時(shí)，要把整個(gè)電路分成幾塊，每塊單獨(dú)調(diào)試，這樣才能減少故障率，提高調(diào)試的效率。采用模塊化設(shè)計(jì)和封裝，先對單元電路模塊進(jìn)行仿真分析，再對總體電路進(jìn)行仿真分析，以提高仿真效率，并使總體電路簡單。為提高仿真效率，等仿真結(jié)果滿足要求以后，再將自己設(shè)計(jì)的前置放大模塊、音調(diào)控制模塊、功放模塊接入總體電路中。通過對該題目的設(shè)計(jì)及仿真分析，我們可以體會到，實(shí)際應(yīng)用中，完全由純硬件組成的電路還是過于復(fù)雜，調(diào)試比較麻煩，故障點(diǎn)比較多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也不太確定。正是由于純硬件電路的這些缺陷才推動(dòng)了現(xiàn)代電子的迅猛發(fā)展，無論是單片機(jī)、PLC還是CPLD，都是盡量減少電路中的硬件部分，盡可能地將需要硬件電