實驗五音響放大器設(shè)計吳健雄學(xué)院

1、東南大學(xué)電工電子實驗中心實 驗 報 告課程名稱： 電子電路實踐 第 5 次實驗實驗名稱： 音響放大器設(shè)計 院 （系）： 吳健雄學(xué)院 專 業(yè)： 電類強化班 姓 名： 學(xué) 號： 610111 實 驗 室: 101 實驗組別： 同組人員： 實驗時間： 2013 年 6 月 6 日 評定成績： 審閱教師： 實驗五 音響放大器設(shè)計【實驗內(nèi)容】設(shè)計一個音響放大器，性能指標(biāo)要求為：功能要求 話筒擴音、音量控制、混音功能、音調(diào)可調(diào)(選作)額定功率0.5W(失真度THD10%)負(fù)載阻抗10頻率響應(yīng)fL50HzfH20kHz輸入阻抗20k話音輸入靈敏度5mV音調(diào)控制特性(擴展)1kHz處增益為0dB，125Hz和

2、8kHz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍1. 基本要求功能要求 話筒擴音、音量控制、混音功能額定功率0.5W(失真度THD10%)負(fù)載阻抗10頻率響應(yīng)fL50HzfH20kHz輸入阻抗20k話音輸入靈敏度5mV2. 提高要求音調(diào)控制特性1kHz處增益為0dB，125Hz和8kHz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍。3. 發(fā)揮部分可自行設(shè)計實現(xiàn)一些附加功能【實驗?zāi)康摹?. 了解實驗過程：學(xué)習(xí)、設(shè)計、實現(xiàn)、分析、總結(jié)。2. 系統(tǒng)、綜合地應(yīng)用已學(xué)到的模擬電路、數(shù)字電路的知識，在單元電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用multisim軟件工具設(shè)計出具有一定工程意義和實用價值的電子電路。3. 通過設(shè)計、調(diào)試等環(huán)節(jié)，

3、增強獨立分析與解決問題的能力?！緢蟾嬉蟆?. 實驗要求：(1) 根據(jù)實驗內(nèi)容、技術(shù)指標(biāo)及實驗室現(xiàn)有條件，自選方案設(shè)計出原理圖，分析工作原理，計算元件參數(shù)。音響放大器主要有以下幾個模塊：1. 話音放大器電路圖如下： 由設(shè)計性能指標(biāo)要求可知，放大器的輸入阻抗要達(dá)到20K以上，這是因為話筒的輸出信號一般比較小，只有幾毫伏，輸出阻抗可高達(dá)20K，為了使信號通過話音放大器放大后不失真，所以輸入阻抗要比較大。 比例放大電路有兩種方式，同相比例放大電路和反向比例放大電路。其中，反向比例放大電路的輸入阻抗為輸入端電阻和反饋電阻的并聯(lián)，難以達(dá)到20K以上，而同相比例放大電路的阻抗是非常大的，可以輕松滿足20K

4、以上的要求，所以本電路采用同相比例放大電路。 其中，放大倍數(shù)的計算表達(dá)式為： 其中R2為電位器，使得增益可調(diào)，在實驗中一般是調(diào)節(jié)R2使得話音放大電路的增益為10左右。2. 混合前置放大器： 電路圖如下： 混合前置放大電路的的作用是將MP3輸入音頻與話音混合后進行放大。為了達(dá)到這一功能，很容易想到使用反向比例求和電路。電路中輸入于輸出的關(guān)系式為： 其中，V1，V2分別為話音放大器輸出與MP3音頻輸入。R6、R7都使用電位器，方便在實際調(diào)試電路的時候調(diào)節(jié)輸出功率，同時也可以作為整個音響放大器的音量調(diào)節(jié)器。3. 音調(diào)控制器：電路圖如下： 音調(diào)控制器的作用是控制、調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率的高低。音調(diào)控制

5、器只對低音頻或高音頻的增益進行提升或衰減，中音頻增益保持不變。所以，音調(diào)控制器的電路由低通濾波器與高通濾波器共同組成。上圖為運放負(fù)反饋音調(diào)控制電路。該電路調(diào)試方便，反饋的存在使得信噪比較高。低音調(diào)節(jié)時，當(dāng)R13滑臂到左端時，C8視為短路，低音信號經(jīng)過R11,R14直接送入運放；而低音輸出則經(jīng)過R12,R13,R14負(fù)反饋送入運放，負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)阻抗愈大，負(fù)反饋量愈小，放大倍數(shù)愈大，因而低音提升量隨R13動臂從中心點向左滑動而逐漸增至最大；當(dāng)R13滑臂到右端時，則剛好與上述情形相反，因而低音衰減最大。不論R13的滑臂怎樣滑動，因為C8,C9對高音信號可視為短路，所以此時對高音信號無任何影響。高音調(diào)節(jié)

6、時，當(dāng)R16滑臂到左端時，高音信號經(jīng)過C11、R15直接送入運放；而高音輸出則經(jīng)過R16、R15、C11負(fù)反饋送入運放，負(fù)反饋量最小，因而高音提升最大；當(dāng)R16滑臂到右端時，則剛好相反，因而高音衰減最大。不論R16的滑臂怎樣滑動，因為C11對中低音信號可視為開路，所以此時對中低音信號無任何影響。綜上，電路可以達(dá)到高頻、低頻放大或衰減，中頻基本不變的要求。4. 功率放大器：電路圖如下：功放部分的電路圖使用的是老師提供的參考電路圖。參數(shù)計算：由深度負(fù)反饋的原理可知，功率放大電路的增益約為： 又 且RL8，vi200MV，功率要大于0.5W，所以由以上兩式可以計算得到電路中要求增益約為10左右。 (

7、2) 利用EDA軟件進行仿真，并優(yōu)化設(shè)計（對仿真結(jié)果進行分析）。1. 話音放大器：仿真波形圖：輸入輸出 其中CH2為輸入，CH1為輸出，電壓增益約為8.5。實際上是可以通過調(diào)節(jié)100K電位器來達(dá)到電路所需的增益的，所以符合要求。2. 混音前置放大器：仿真波形圖：輸入2輸入1輸出 其中，CH1和CH2分別為兩個輸入，CH3為輸出?？梢钥闯鯟H3無論是波形還是參數(shù)都非常符合兩個輸入信號疊加后的理論波形，所以該電路符合要求。3. 音調(diào)控制器：輸入輸出此圖為頻率為1KHZ時的輸入與輸出波形，可以看出輸入與輸出波形的峰值幾乎沒有差別，符合1KHZ時增益為0的要求。輸出輸入此圖為頻率為125HZ時的輸入輸

8、出波形，可以看出可以計算出增益約為-12.43dB，說明電路可以達(dá)到-12dB以下的調(diào)節(jié)范圍，符合要求。輸出輸入此圖為頻率為125HZ時的輸入輸出波形，可以看出可以計算出增益約為12.02dB，說明電路可以達(dá)到12dB以上的調(diào)節(jié)范圍，符合要求。輸入輸出此圖為頻率為8kHZ時的輸入輸出波形，可以看出可以計算出增益約為12.67dB，說明電路可以達(dá)到12dB以上的調(diào)節(jié)范圍，符合要求。輸出輸入此圖為頻率為8KHZ時的輸入輸出波形，可以看出可以計算出增益約為-13.23dB，說明電路可以達(dá)到-12dB以下的調(diào)節(jié)范圍，符合要求。4. 功率放大器：輸出輸入 輸入信號的峰值為199mV時，輸出信號的峰值為2

9、.2V，放大倍數(shù)約為11倍，輸出電壓大小達(dá)到了要求，符合功率要求。功率放大(3) 實際搭試所設(shè)計電路，使之達(dá)到設(shè)計要求（實物圖要有圖片）。音調(diào)控制電路混音電路話音放大(4) 按照設(shè)計要求對調(diào)試好的硬件電路進行測試，記錄測試波形及數(shù)據(jù)，分析電路性能指標(biāo)。 額定功率： 在老師提供的設(shè)計指導(dǎo)中，額定功率的定義及測量方法為：音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值時的最大功率稱為額定功率， 其表達(dá)式為：PO=VO2/RL，式中，RL 為額定負(fù)載阻抗，VO 為RL 兩端的最大不失真電壓有效值。測量時函數(shù)發(fā)生器輸出fi=1kHz 正弦波作為音響放大器的輸入信號，功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻，如有音調(diào)控制器，控

10、制器的兩個電位器調(diào)節(jié)到中間位置，音量控制電位器調(diào)到最大值，用雙蹤示波器觀察Vi 及Vo 的波形，失真度測量儀監(jiān)測Vo 的波形失真（無失真度儀可用肉眼觀察無明顯失真）。逐漸增大輸入電壓Vi，直到輸出的波形剛好不出現(xiàn)削波失真， 此時對應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓，同時可算出額定功率值。 對于該電路，輸出電壓有效值為2.17V，由公式 計算得，在RL為8時，功率約為0.59w，大于0.5w,符合設(shè)計要求，且波形不失真。波形圖如下：輸出輸入 頻率響應(yīng)： 輸入阻抗： 輸入靈敏度： 噪聲電壓： 整機效率： 諧波失真度： 音調(diào)控制特性（擴展）： 音調(diào)控制特性的測量是單獨測量的，具體測量數(shù)據(jù)如下表所示：（所有的

11、輸入都是100mV有效值，1KHZ的正弦波）輸入最大輸出最大增益最小輸出最小增益1KHZ100mV134mV2.54134mV2.548KHZ100mV400mv12.0426.3mv-11.6125HZ100mV413mv12.3124.5mv-12.21 從上表可以看出，當(dāng)頻率為1KHZ的時候會有1.34倍的增益，有些不符合0dB增益的要求。當(dāng)頻率為8KHZ時，變化范圍為12.04到-11.6db，基本符合要求；當(dāng)頻率為125HZ的時候，變化范圍為12.31db到-12.21db，基本符合要求。 具體波形圖如下（由于拍攝時的馬虎，照片并未拍攝完全，請老師原諒）輸出輸入 8KHZ，最大輸出：8KHZ，最小輸出輸出輸入輸入輸出125HZ，最小輸出：（5）整機信號試聽效果， 話音擴音：一開始話音放大在說話時噪聲非常大。后來在話音輸入端接入了一個電容（經(jīng)不斷調(diào)試，最終確定為1