音樂(lè)彩燈及音響放大電路

1、1n 1任務(wù)任務(wù)n 設(shè)計(jì)一種組合式彩燈控制電路，該電路由二設(shè)計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)。同顏色的發(fā)光二極管組成不同的圖案來(lái)實(shí)現(xiàn)。n 設(shè)計(jì)功率放大電路，要求能從話筒輸入音樂(lè)，設(shè)計(jì)功率放大電路，要求能從話筒輸入音樂(lè)，揚(yáng)聲器能播放音樂(lè)。揚(yáng)聲器能播放音樂(lè)。 一一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求、設(shè)計(jì)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(hào)的音量的強(qiáng)弱）第一路按話筒輸出信號(hào)的音量的強(qiáng)弱（信號(hào)幅度的大小，要有三級(jí)）控制彩燈。（信號(hào)幅

2、度的大小，要有三級(jí)）控制彩燈。音強(qiáng)時(shí)，亮的燈多且彩燈的亮度加大，反之，音強(qiáng)時(shí)，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(hào)的音調(diào)的高低）第二路按話筒輸出信號(hào)的音調(diào)的高低（信號(hào)頻率高低）控制彩燈。（信號(hào)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(shí)，（即正半周）時(shí)，D1截止，截止，D2導(dǎo)通，此時(shí)導(dǎo)通，此時(shí)n 當(dāng)選擇當(dāng)選擇R1=Rf1時(shí)，時(shí)，n n 當(dāng)當(dāng)VI 0（即負(fù)半周）時(shí)，（即負(fù)半周）時(shí)，D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截止，此時(shí)截止，此時(shí)n C和和R4組成濾波電路，以減小整流后的紋波電壓?？蛇x組成濾波電路，

3、以減小整流后的紋波電壓。可選C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(jiàn)精密全波整流電路見(jiàn)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(jué)范圍的信號(hào)頻率在人耳聽覺(jué)范圍的信號(hào)頻率在20Hz20kHz之間。之間。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，可將音頻信號(hào)分為兩個(gè)不

4、同的頻段，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，可將音頻信號(hào)分為兩個(gè)不同的頻段，分別用低、高通濾波器來(lái)區(qū)分這兩段頻率信號(hào)，然分別用低、高通濾波器來(lái)區(qū)分這兩段頻率信號(hào)，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路使彩燈工作。低、高通濾波器電路可后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路使彩燈工作。低、高通濾波器電路可參考參考P106實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)稱功放簡(jiǎn)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(yáng)聲器揚(yáng)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(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能地小，效率盡可能出信號(hào)的非線性失真盡可能地小，效率盡可能高。高。 17 LM386是美國(guó)國(guó)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(fèi)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(shí)的最大功率稱為額定功率。其表達(dá)式為時(shí)的最大功率稱為額定功率。其表達(dá)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(lái)選定電源電常用來(lái)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(cè)試方法音響放大器主要技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試方法 22測(cè)量測(cè)量Po的條件如下：的條件如下： 信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)( (音響放大器的輸入信音響放大器的輸入信號(hào)號(hào)) )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(cè)器

8、觀測(cè)vi及及vo的波形，應(yīng)無(wú)明顯的波形失真。的波形，應(yīng)無(wú)明顯的波形失真。 注意注意 在最大輸出電壓測(cè)量完成后應(yīng)迅速減小在最大輸出電壓測(cè)量完成后應(yīng)迅速減小ViVi，否則會(huì)因測(cè)量時(shí)間太久而損壞功率放大器。否則會(huì)因測(cè)量時(shí)間太久而損壞功率放大器。 23測(cè)量測(cè)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(yáng)聲器揚(yáng)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(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電，此時(shí)對(duì)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(shí)所消耗的電源功率。定功率時(shí)所消耗的電源功率。 %100/voPP25三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 n 1. 分配各級(jí)電路的電壓增益分配各級(jí)電路的電壓增益n 根據(jù)本系統(tǒng)任務(wù)要求，整級(jí)電路分為兩大部分，根據(jù)本系統(tǒng)任務(wù)要求，整級(jí)電路分為兩大部分，一部分由兩級(jí)電路組成，一部分由三級(jí)電路組成。一部分由兩級(jí)電路組成，一部分由三級(jí)電路組成。電路總的電壓增益為各級(jí)電路電壓增益之積，據(jù)電路總的電壓增益為各級(jí)電路電壓增益之積，據(jù)此來(lái)分配各級(jí)電壓增益，同時(shí)還需考慮各級(jí)基本

10、此來(lái)分配各級(jí)電壓增益，同時(shí)還需考慮各級(jí)基本放大電路所能達(dá)到的增益。放大電路所能達(dá)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(shí)考）整流、濾波電路的電壓增益分配還應(yīng)同時(shí)考慮到為避免輸出波形產(chǎn)生飽和失真，輸出信號(hào)的慮到為避免輸出波形產(chǎn)生飽和失真，輸出信號(hào)的幅值應(yīng)小于電源電壓。幅值應(yīng)小于電源電壓。26三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 n 1. 分配各級(jí)電路的電壓增益分配各級(jí)電路的電壓增益指標(biāo)分配通常從最后級(jí)開始向前級(jí)逐級(jí)計(jì)算指標(biāo)分配通常從最后級(jí)開始向前級(jí)逐級(jí)計(jì)算如設(shè)計(jì)好功放增益

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

12、路。安裝前要對(duì)整機(jī)電路進(jìn)行合理布局，安裝時(shí)要特別注意運(yùn)放，二極管路進(jìn)行合理布局，安裝時(shí)要特別注意運(yùn)放，二極管等主要器件的引腳和極性，不能接錯(cuò)。從放大器電等主要器件的引腳和極性，不能接錯(cuò)。從放大器電路開始逐級(jí)安裝，安裝一級(jí)調(diào)試一級(jí)，安裝兩級(jí)要路開始逐級(jí)安裝，安裝一級(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。進(jìn)行級(jí)聯(lián)調(diào)試，直到整機(jī)安裝與調(diào)試完成。281. 合理布局，分級(jí)裝調(diào)合理布局，分級(jí)裝調(diào) 音響放大器是一個(gè)小型電路系統(tǒng)，安裝前要對(duì)整音響放大器是一個(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)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)

13、遠(yuǎn)離輸入級(jí)，每一級(jí)的地線盡量接地布線，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。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。安裝一級(jí)調(diào)試一級(jí)，安從功放級(jí)開始向前逐級(jí)安裝。安裝一級(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。裝兩級(jí)要進(jìn)行級(jí)聯(lián)調(diào)試，直到整機(jī)安

14、裝與調(diào)試完成。29 電路的調(diào)試過(guò)程一般是先電路的調(diào)試過(guò)程一般是先分級(jí)調(diào)試分級(jí)調(diào)試，再，再級(jí)聯(lián)調(diào)級(jí)聯(lián)調(diào)試試，最后進(jìn)行，最后進(jìn)行整機(jī)調(diào)試整機(jī)調(diào)試與與性能指標(biāo)測(cè)試性能指標(biāo)測(cè)試。 分級(jí)調(diào)試又分為分級(jí)調(diào)試又分為靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試與與動(dòng)態(tài)調(diào)試動(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)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。由運(yùn)算放大器組成的該級(jí)輸出端對(duì)地的直流電壓。由運(yùn)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(jí)的，功放級(jí)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(dòng)態(tài)調(diào)試是指輸入端接入規(guī)定的信號(hào)，用示波動(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)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，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。偏差的。30 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)級(jí)聯(lián)時(shí)，由于級(jí)間相互影響

16、，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：原因： 一是布線不太合理，形成級(jí)間交叉耦合，應(yīng)考一是布線不太合理，形成級(jí)間交叉耦合，應(yīng)考慮重新布線；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)接壓降對(duì)某一級(jí)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(jí)輸出信號(hào)較大，對(duì)前級(jí)容易產(chǎn)生影響

17、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，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)象如下圖所示。產(chǎn)生高頻自激，常見(jiàn)高頻自激現(xiàn)象如下圖所示。 可以加強(qiáng)外部電路的負(fù)反饋予以抵消，如功放級(jí)可以加強(qiáng)外部電路的負(fù)反饋予以抵消，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)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(jiàn)的低頻自激現(xiàn)象是電源電流表有規(guī)則地左常見(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)。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)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)接入生了正反饋。可以通過(guò)接入RCRC去耦濾波電路消除。去耦濾波電路消除。 32n 五實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求五實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求n 原理電路的設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括：原理電路的設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)方案論