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文檔簡介

1、課程設計說明書設計題目音響放大器設計課程模擬電子技術學院電氣與電子工程學院班級14 級電信中英學號1410211120姓名陳默指導教師賀章擎二一六年一月二日湖北工業(yè)大學課程設計說明書目 錄1. 課程任務和要求································

2、3;·····( 3) 1.1 題目···········································

3、;·(3)1.2 設計目的········································(3)1.3 課程設計內容·····

4、;·······························(3)2. 緒論·················

5、83;······························( 4) 2.1 音響放大器的應用背景· ···············&

6、#183;···········(4)2.2 歷史發(fā)展····································&#

7、183;····(4)2.3 最新技術·········································(5)3. 電路的設計方案&#

8、183;·····································( 7) 3.1 實驗電路的工作原理· ········&

9、#183;·····················(7)3.2 音響放大器的基本組成· ························&

10、#183;···(7)3.3 音響放大器的組成框架· ····························(7)4. 核心元器件的介紹· ··········

11、3;························( 8) 4.1 LM324的介紹·······················

12、;·············(8)4.2 LM386的介紹··································&#

13、183;·(8)5. 單元電路的設計及分析· ·······························(9) 5.1 話音放大器···········&#

14、183;···························(9)5.2 混合前置放大器····················

15、···············(10)5.3 音調控制器·································

16、;······(11)5.4 功率放大器·······································(11)6. 調試·&

17、#183;···············································(12)7. 總結

18、3;················································(13)參考文獻&#

19、183;···········································(15)- 2 -湖北工業(yè)大學課程設計說明書1.課程設計任務及要求1.1 題

20、目音響放大器設計1.2 課程設計目的本課程設計是專業(yè)課學習過程中一個非常重要的實踐性環(huán)節(jié),為綜合應用所學的專業(yè)知識提供了一次很好的實踐機會。通過課程設計培養(yǎng)學生現(xiàn)狀調研與分析能力、問題發(fā)現(xiàn)與解決能力、 書面表達與口頭答辯能力、個人分工與團隊合作能力。1.3 課程設計任務(內容)(1) 設計內容設計一種具有音調控制、 卡拉 OK伴唱的音響放大器。 包括話筒放大、混合前置放大、音調控制和功率放大等幾個模塊。(2 ) 設計技術指標額定功率: Po1W功放增益: 100頻率響應: 40Hz10KHz音調控制: 100Hz和 10KHz處有± 10dB 調節(jié)范圍輸入阻抗: Ri 20負載阻抗:

21、 RL=8- 3 -湖北工業(yè)大學課程設計說明書2. 緒論2.1 音響放大器的應用背景進入 21 世紀以后,各種便攜式的電子設備成為了電子設備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通信工具的手機,到作為娛樂設備的 MP3 播放器,已經成為差不多人人具備的便攜式電子設備。 陸續(xù)將要普及的還有便攜式電視機, 便攜式 DVD等等。所有這些便攜式的電子設備的一個共同點,就是都有音頻輸出,也就是都需要有一個音頻放大器;另一個特點就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下, D類放大器被開發(fā)出來了。它的最大特點就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。 效率。2.2 歷史發(fā)展音響

22、技術的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場效應管四個階段。1906 年美國人德福雷斯特發(fā)明了真空三極管,開創(chuàng)了人類電聲技術的先河。 1927 年貝爾實驗室發(fā)明了負反饋技術后,使音響技術的發(fā)展進入了一個嶄新的時代,比較有代表性的如" 威廉遜 " 放大器,較成功地運用了負反饋技術,使放大器的失真度大大降低,至50 年代電子管放大器的發(fā)展達到了一個高潮時期,各種電子管放大器層出不窮。由于電子管放大器音色甜美、圓潤,至今仍為發(fā)燒友所偏愛。60 年代晶體管的出現(xiàn),使廣大音響愛好者進入了一個更為廣闊的音響天地。晶體管放大器具有細膩動人的音色、較低的失真、較寬- 4 -湖北工業(yè)大

23、學課程設計說明書的頻響及動態(tài)范圍等特點。在 60 年代初,美國首先推出音響技術中的新成員 - 集成電路,到了 70 年代初,集成電路以其質優(yōu)價廉、體積小、功能多等特點,逐步被音響界所認識。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。70 年代的中期,日本生產出第一只場效應功率管。由于場效應功率管同時具有電子管純厚、甜美的音色,以及動態(tài)范圍達90dB、THD<0.01%(100kHz時)的特點,很快在音響界流行?,F(xiàn)今的許多放大器中都采用了場效應管作為末級輸出。 音響技術的發(fā)展經歷了電子管、晶體管、場效應管的歷史時期, 在不同的歷史時期都各有其特點。預計音響技術今后的發(fā)展

24、主流為數(shù)字音響技術。2.3 最新技術近年來,一種稱為“數(shù)碼功放”的器件悄悄來到了 Hi Fi 領域。有人稱它為音頻放大器的革命, 希望給幾成死水一潭的音響業(yè)帶來生機。所謂“數(shù)碼功放” ,應該是讓音頻信號以純數(shù)碼的形式從輸入開始保留到喇叭放音前的最后一級。基本電路就是 D類放大器。D類放大器D 類放大器實際上是一種開關放大器,其開關頻率高達 100kHz 以上。輸入端是直接從數(shù)碼信號源如 CD唱機、DVD影碟機、DVDAudio或 SACD光碟機以及 DTV數(shù)碼電視等輸入的數(shù)碼音頻信號,而不是經過 ADC模數(shù)轉換或 DAC數(shù)模轉換處理的音樂模擬信號。 典型的實現(xiàn)過程如下:- 5 -湖北工業(yè)大學課

25、程設計說明書先由振蕩器調制直流電源產生一個基準方波信號,其工作頻率可跟隨輸入信號變化, 設定為幾十到幾百千赫; 脈沖寬度則隨輸入信號的幅度大小而變化。 還可以設置一個鋸齒波信號產生器,其頻率為基準方波信號的一倍,并與之同步。鋸齒波信號用來同需要放大的、不斷變化的輸入信號作比較。 當鋸齒波同輸入信號發(fā)生差異時,便產生與其瞬時振幅一致的相移信號。 再用一個邏輯上由基準信號和相移信號控制的開關電路輸出一個極性經過選擇的脈沖寬度調制信號(PWM信號)。PWM信號經晶體管放大和高速整流,再通過低通濾波器濾除高頻成分、平滑處理后回復為音頻信號饋送揚聲器放音。這種電路最大優(yōu)點是功耗極小。 因為它通常采用耐二

26、次擊穿、開關轉換效率極高的場效應晶體管,運行中幾乎沒有損耗,效率可達90%以上(普通 A 類或 AB類放大器的效率最大也只不過 50%)。高效意味著耗電小、散熱要求低,從而導致集成電路化的大批量生產。 其另一個優(yōu)點是失真小。我們都知道,為了增加頻響寬度、防止信號飽和畸變,幾乎所有放大器都需要使用反饋電路, 可是反饋產生的延時效應卻對原音重現(xiàn)帶來失真。由于數(shù)碼放大器轉換時間極快,延時效應微乎其微,產生的誤差只有傳統(tǒng)模擬放大器的六分之一, 所以對輸出控制得更好, 尤其是瞬態(tài)反應更為精確真實,特別適用于爆發(fā)力要求較高的重低音功放。應該指出,早期的數(shù)碼功放仍用模擬電路來處理數(shù)字信號, 雖然效率提高,但

27、高保真效果較差并有射頻干擾。 真正的數(shù)碼功放應該采用數(shù)字邏輯電路,以先進的數(shù)字處理技術來補償晶體管高速導通、 截止時引起的失真。- 6 -湖北工業(yè)大學課程設計說明書3. 電路的設計方案3.1 實驗電路的工作原理語音信號由話筒輸出后,進入語音放大器放大并傳入混合前置放大器進行放大。 放大后的信號進入音調控制器,然后進入功率放大器進行功率放大后,由揚聲器輸出聲音。3.2 音響放大器的基本組成1) 語音放大器:無失真地放大語言信號。2) 混合前置放大器:將錄音機輸出的音樂信號與語音放大器放大后的信號混合放大。3) 音調控制器:音調控制器要求只對低音頻和高音頻的增益進行提升或者衰減,中音頻的增益保持為

28、 0dB 不變。4) 功率放大器:給音響放大器的負載 RL(揚聲器)提供一定的輸出功率。當負載一定時,希望輸出的功率盡可能大,輸出信號的非線性失真盡可能小,效率盡可能高。3.3 音響放大器的組成框架- 7 -湖北工業(yè)大學課程設計說明書4. 核心元器件的介紹4.1 LM324 的介紹LM324是四運放集成電路,它采用 14 腳雙列直插塑料封裝。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器, 除電源共用外, 四組運放相互獨立。應用領域包括傳感器放大器, 直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運算放大器可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實現(xiàn)的電路。LM324 引腳圖4.2 LM386 的介紹LM386 是專為低損耗電源所設計

29、的功率放大器集成電路。它的內建增益為 20,透過 pin 1 和 pin8 腳位間電容的搭配,增益最高可達200。LM386可使用電池為供應電源,輸入電壓范圍可由4V12V,無作動時僅消耗 4mA電流,且失真低。- 8 -湖北工業(yè)大學課程設計說明書5. 單元電路的設計及分析5.1 話音放大器話音放大器的主要作用是將話筒輸入的信號不失真的放大, 由于話筒的輸出信號一般只有 5mv,而輸出阻抗達到 20k,所以其輸入阻抗應遠大于話筒的輸出阻抗。具體設計見仿真圖 5.1.1 。圖 5.1.1話音放大電路- 9 -湖北工業(yè)大學課程設計說明書圖 5.1.1 話音放大級增益為 8.5 與 20K 話筒配接

30、作為話音放大器電路,其交流放大倍數(shù) Av1=1+ R12/ R11=8.5 (18.5dB)高阻話筒要求輸入內阻很大, 采用同相放大電路 R12取標稱值為75K, R11標稱值為 10K,電阻 R13、R14作用是分流和提供直流偏置電壓 R13、R14取標稱值為 10K。電容 C11、C13作用是去直流,C11去標稱值為 10uF,C13取標稱值為 1uF,電容 C12在電路中起耦合作用,C12取標稱值為 10uF??紤]到電路接線出錯直流電壓被放大電壓為 38.5V, C12兩端電壓達到 38.5V, 電容 C12采用耐壓值為 50V,C11、C13兩端的電壓為 4.5V,耐壓值 16V和 5

31、0V均滿足要求, C11 采用耐壓值為 16V,C13 采用耐壓值為 50V。5.2 混合前置放大器圖 5.2.1混合前置放大電路混合前置放大器的電路由運放組成, 是一個反相加法器電路, 話放級的輸出作為混放級的輸入,錄音機的輸入為 Vi2, 輸出電壓 Vo2-10-湖北工業(yè)大學課程設計說明書的表達式為:Vo2=-(R22/ R21) Vo1 +(R22/ R23) Vi2第一級為第二級提供輸入信號 Vo1=42mV,混合前置放大倍數(shù)為3,可以達到輸出 125mV的設計要求。輸入信號為 100mV,信號只錄音機接口輸入放大倍數(shù)為 1,錄音機輸入信號為 100mV,不放大可以達到驅動下級正常工作

32、的要求。取 R23=R22=30K, R21=10 K。電阻 R23、R24作用是分流和提供直流偏置電壓, R23、R24取標稱值為10K。C21、C22、C24在電路中起耦合作用, C23在電路中起去直流作用。、C21、C22、C23、C24 都取標稱值為 10uF,如果線路接錯,是直流也被放大,直流電壓達到 13.5V,C21、C23電容取耐壓值為16V。C22、C24電容取耐壓值為 50V.5.3 音調控制器圖 5.3.1音調控制器電路5.4 功率放大器功率放大器 ( 簡稱功放 ) 的作用是給音響放大器的負載RL(揚聲器 )提供一定的輸出功率。當負載一定時,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,效率盡可能高。-11-湖北工業(yè)大學課程設計說明書5.4.1功率放大器電路由于 Av=R11/Rf , R11=20k, Av=100,故取 Rf =2006. 調試6.1 靜態(tài)工作點測試接上電源 ( 次級為 12 伏) ,不帶負載情況下接通電源,按下電路板上電源開關, 測試濾波電容兩端輸出電壓應為14v 左右。若出現(xiàn)異常應該立即斷電。6.2 最大輸出功率測試將 8負載接入功率輸出端。 再將信號源調至頻率 f=1000hz ,輸出電壓為 1V,接到音頻放大

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