湖北工業(yè)大學(xué)模電課程設(shè)計(jì)

1、目錄第一章.緒論第二章.設(shè)計(jì)目的內(nèi)容2.1.設(shè)計(jì)目的2.2.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容第三章.音響放大器的組成框圖第四章.單元電路設(shè)計(jì)54.1.話音放大器54.2.電子混響器64.3.混合前置放大器7 4.4.音調(diào)控制器7 4.5.功率放大器8第五章.主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)計(jì)算與相應(yīng)電路圖設(shè)計(jì)105.1. 混合前置放大器設(shè)計(jì)105.2. 話音放大器的設(shè)計(jì)105.3. 話音放大器與混合前置放大器的設(shè)計(jì)115.4. 音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)115.5. 功率放大器的設(shè)計(jì)145.6. 整機(jī)電路設(shè)計(jì)16第六章.音響放大器的測(cè)試方法17第七章.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)總結(jié)與感悟19音響放大器課程設(shè)計(jì)第一章.緒論1.1引言 伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展

2、，人們生活水平的不斷提高，對(duì)音頻功率放大器的要求越來(lái)越高。音頻是多媒體中的一種重要媒體。人能夠聽(tīng)見(jiàn)的音頻信號(hào)的頻率范圍大約是 60Hz-20kHz 其中語(yǔ)音大約分布在300Hz-4kHz之內(nèi)，而音樂(lè)和其他自然聲響是全范圍分布的。 如何通過(guò)分析儀器讓音頻功放達(dá)到更高的要求是許多人為之努力的永恒的課題，聲音經(jīng)過(guò)模擬設(shè)備記錄或再生，成為模擬音頻，再經(jīng)數(shù)字化成數(shù)字音頻，音頻分析就是以數(shù)字音頻信號(hào)為分析對(duì)象以數(shù)字信號(hào)處理的各種理論為分析手段，提取信號(hào)在時(shí)域，頻域內(nèi)一系列特性的過(guò)程。 本文基于所學(xué)知識(shí)模擬制作音響功率放大器，踐實(shí)所學(xué)知識(shí)掌握程度，并通過(guò)對(duì)所學(xué)知識(shí)來(lái)制造和改進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品，實(shí)際動(dòng)手的過(guò)程中遇見(jiàn)了

3、很多問(wèn)題，但是在老師的指導(dǎo)和幫助下解決相應(yīng)的問(wèn)題。同時(shí)在與同組人的討論學(xué)習(xí)過(guò)程中加強(qiáng)可團(tuán)隊(duì)意識(shí)的培養(yǎng)，加強(qiáng)了相互間協(xié)調(diào)合作的能力，從而高質(zhì)、高效的完成本項(xiàng)任務(wù)。1.2 音頻功率放大器概述 音響技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場(chǎng)效應(yīng)管四個(gè)階段。1906年美國(guó)的德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開(kāi)創(chuàng)了揉電聲技術(shù)的先河。1927年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了負(fù)反饋NFB（Negative feedback）技術(shù)后，使音響技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，比較有代表性的如“威廉遜”放大器，而1947年威廉遜先生在一篇設(shè)計(jì)Hi-Fi（High Fidelity）放大器的文章中介紹了一種成功運(yùn)用負(fù)反饋技術(shù)，成

4、為了Hi-Fi史上一個(gè)重要的里程碑。 60年代由于晶體管的出現(xiàn)，使功率放大器步入了一個(gè)更為廣闊的天地。晶體管放大器細(xì)膩動(dòng)人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)，各種電路也相應(yīng)產(chǎn)生，如：“OTL （Output Transformer Less）” 無(wú)輸出放大器、“OCL（Output Capacitor Less）”放大器等。直至70年代，晶體管放大技術(shù)的應(yīng)用已相當(dāng)成熟，各種新型電路不斷出現(xiàn)，如：較成功地解決了負(fù)反饋電路的瞬態(tài)失真和高頻相位反轉(zhuǎn)問(wèn)題的無(wú)負(fù)反饋放大電路；成功地將甲、乙放大器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起的超甲類放大電路；具有輸出功率大、失真小的電流傾注式放大電路等等。從而使晶體管放大

5、器成為音響技術(shù)發(fā)展中的主流。在60年代初，美國(guó)首先推出音響技術(shù)中的新成員集成電路，到了70年代初，集成電路以其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、體積小、功能多等特點(diǎn)，逐步被音響界所認(rèn)識(shí)。發(fā)展至今，厚膜音響集成電路、運(yùn)算放大集成電路被廣泛用于音響電路。第二章、設(shè)計(jì)目的與內(nèi)容1.設(shè)計(jì)目的（1）了解音響放大器的構(gòu)成，并組成一個(gè)簡(jiǎn)單的音響放大器。 （2）理解音調(diào)控制器，集成功率放大器的工作原理和應(yīng)用方法。 （3）理解和掌握音響放大器的主要技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試方法。 （4）根據(jù)給出的技術(shù)條件和指標(biāo)，設(shè)計(jì)音響放大器。 （5）能夠獨(dú)立搭接電路、掌握調(diào)試技術(shù)2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)具有話筒擴(kuò)音，音調(diào)控制，音量控制，電子混響，卡拉OK伴唱等功

6、能的音響放大器主要技術(shù)指標(biāo) （1） 額定功率Po1W( C3,則，在中、低音頻區(qū)，C3可視為開(kāi)路；在中、高音頻區(qū)，C1、C2可視為短路。幅頻特性如圖4-32所示1音調(diào)控制曲線圖根據(jù)音響放大器的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，要使，結(jié)合的表達(dá)式可知，、的阻值一般取到幾千歐到幾百歐。現(xiàn)取，有，。取標(biāo)稱值，則，。由前述的假設(shè)條件可得，由于在低音時(shí)，音調(diào)控制電路輸入阻抗近似為，所以級(jí)間耦合電容可取。5功率放大器功率放大器(簡(jiǎn)稱功放)的作用是給音響放大器的負(fù)載RL(揚(yáng)聲器)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，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能地小，效率盡可能高。LA4100LA4102集成功率放大器內(nèi)部電路

7、第五章、主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)計(jì)算與相應(yīng)電路圖設(shè)計(jì)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，首先確定整機(jī)電路的級(jí)數(shù)，再根據(jù)各級(jí)的功能及技術(shù)指標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計(jì)算各級(jí)電路參數(shù)，通常從功放級(jí)開(kāi)始向前級(jí)逐級(jí)計(jì)算。音響放大器的輸入為5mV時(shí)，額定功率P1W，負(fù)載阻抗為8，則輸出電壓總電壓增益Av=Vo/Vi566倍，由于實(shí)際電路中會(huì)有損耗，故取Av=600 各級(jí)增益分配如下圖所示1、混合前置放大器的設(shè)計(jì)根據(jù) Vi1為話筒放大器輸出的電壓，Vi2為放音機(jī)輸出的電壓，Vo為混合后輸出的電壓。所以取Rf =30K R1=10K；音放機(jī)輸出插孔的信號(hào)電壓一般為100mV，已基本達(dá)到放大的要求不需要話。取R2 =30k 。 2、

8、話音放大器的設(shè)計(jì)等于7.5，令R2等于20K，有 可得等于130K。要求遠(yuǎn)大于20K，而輸入阻抗約為R1，則R1取500K C1=C3=10uF，C2=1uF。3、話音放大器與混合前置放大器的設(shè)計(jì) 上圖所示電路由話音放大與混合前置放大兩級(jí)電路組成。4.音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)根據(jù)音響放大器的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，要使，結(jié)合的表達(dá)式可知，、的阻值一般取到幾千歐到幾百歐?，F(xiàn)取，有，。取標(biāo)稱值，則，。由前述的假設(shè)條件可得，由于在低音時(shí)，音調(diào)控制電路輸入阻抗近似為，所以級(jí)間耦合電容可取。已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。fL2及fH1； fL2 = fLx *2x/6=400Hz，則fL1 =

9、fL2/10=40Hz ； fH1 = fHx /2x/6=2.5kHz ，則fH2= 10fH1=25kHz EDA仿真電路圖設(shè)計(jì)如下：1、低音衰減與提升：將高音提升與衰減電位器PR2滑動(dòng)端調(diào)到居中位置（即可變電阻器PR1的百分比為50%），低音提升和衰減電位器PR1滑頭調(diào)到最左邊（低音提升最大位置，即可變電阻器PR1的百分比為100%）.調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使輸出信號(hào)f=40HZ,Vm=100mV,調(diào)節(jié)電路中音量調(diào)節(jié)電位器PR3，使電路輸出電壓達(dá)到最大值，記錄此時(shí)PR3的數(shù)值和輸出電壓的幅值。PR3= 0 K Vom= 698.0mV保持PR3的數(shù)值和輸入信號(hào)幅度不變，講頻率特性測(cè)試儀接入電路

10、，設(shè)置工作頻率的范圍為40HZ-1KZ,測(cè)試電路的幅頻響應(yīng)曲線，并記錄。（由于此時(shí)C1被短路，當(dāng)F增大是，Vo將減小。）觀察所記錄的幅頻響應(yīng)曲線，從圖中獨(dú)處低音部分的最大提升量并做記錄，判斷其是否符合理論設(shè)計(jì)的指標(biāo)。 F=40HZ時(shí)，低音的最大提升量= 17.004dB將低音提升和衰減電位器PR1滑動(dòng)端調(diào)到最右邊（低音衰減最大位置，即可變電阻器PR1的百分比為0%），重復(fù)（3）的步驟。（由于此時(shí)C2被短路，當(dāng)f增大時(shí)，Vo將增大。） F=40HZ時(shí)，低音的最大衰減量= -16.933dB2、高音提升和衰減將低音提升與衰減電位器PR1滑動(dòng)端調(diào)到居中位置（即可變電阻器PR1的百分比為50%），高音

11、提升和衰減電位器PR2滑頭調(diào)到最左邊（低音提升最大位置，即可變電阻器PR2的百分比為100%）.調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使輸出信號(hào)f=10KHZ,Vm=100mV,調(diào)節(jié)電路中音量調(diào)節(jié)電位器PR3，使電路輸出電壓達(dá)到最大值，記錄此時(shí)PR3的數(shù)值和輸出電壓的幅值。PR3= 0 K Vom= 463mV 保持PR3的數(shù)值和輸入信號(hào)幅度不變，講頻率特性測(cè)試儀介入電路，設(shè)置工作頻率的范圍為10KHZ-1KZ,測(cè)試電路的幅頻響應(yīng)曲線，并記錄。（由于此時(shí)C2被短路，當(dāng)F減少時(shí)，Vo將減小。）觀察所記錄的幅頻響應(yīng)曲線，從圖中獨(dú)處高音部分的最大提升量并做記錄，判斷其是否符合理論設(shè)計(jì)的指標(biāo)。 F=10KHZ時(shí)，高音的最大

12、提升量= 13.274dB 將高音提升和衰減電位器PR2滑動(dòng)端調(diào)到最右邊（高音衰減最大位置，既可變電阻器PR2的百分比為0%），重復(fù)（3）的步驟。（由于此時(shí)C2被短路當(dāng)f減少時(shí)，Vo將增大。） F=10KHZ時(shí)，高音的最大衰減量= -12.78dB 5、功率放大器的設(shè)計(jì)因?yàn)?故取RF=200RF、CF與內(nèi)部R11組成交流負(fù)反饋支路，控制功放級(jí)的電壓增益AVF,即：CB為相位補(bǔ)償電容，CB減小，帶寬增加，可消除高頻自激。CB一般取幾十到幾百皮法。CC為OTL電路的輸出端電容，兩端的充電電壓為等于VCC/2.，CC一般取耐壓值遠(yuǎn)大于VCC/2的幾百微法的電容。CD為反饋電容，消除自激振蕩，CD一般

13、取幾百皮法。CH為自舉電容，使復(fù)合管T12，T13的導(dǎo)通電流不隨輸出電壓的升高而減小。C3、C4可濾除紋波，一般取幾十至幾百微法。C2為電源退耦濾波，可消除低頻自激。6、整機(jī)電路設(shè)計(jì)C1C3RfR1R2-+C2A1+9VAB+150K500K20K1uF10uF10uF話筒R11RfR21R32C21C12C22C31RP1-+RP2A2放音機(jī)R31+9VR1R3R4R2Rp2C1C3C5C4C2-+Rp1+9VVo47K47K470K47K13K470KR010K6800pF6800pF10uF10uF560pF+RfCfCBC1C2220uFC3220uFC4 100uFCHCDCC9V4

14、102+-1K4.7uF33uF51pF470uF220uF+560pF電子混響器10uF10uF10uF30K10K10K30K10K第六章.音響放大器的測(cè)試方法1、額定功率 音響放大器失真度小于某一數(shù)值（如5%）時(shí)的最大功率稱為額定功率，即 式中 RL額定負(fù)載阻抗； Uo（有效值）RL兩端的最大不失真電壓。測(cè)量Po的條件：信號(hào)發(fā)生器輸出頻率f1=1kHz,輸出電壓Ui=20mV,音調(diào)控制器的兩個(gè)電位器RP1、RP2置于中間位置，音量控制電位器RP3置于最大值，雙蹤示波器觀測(cè)Ui及Uo的波形，失真度測(cè)量?jī)x監(jiān)測(cè)Uo的波形失真。測(cè)量Po的步驟是：功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻RL（代替揚(yáng)聲器）

15、，輸入端接Ui，逐漸增大輸入電壓Ui，直到Uo的波形剛好不出現(xiàn)削波失真（或3%），此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓，由上式可算出額定功率Po，請(qǐng)注意，最大輸出電壓測(cè)量后應(yīng)迅速減小Ui，否則會(huì)因測(cè)量時(shí)間太久而損壞功率放大器。2、頻率響應(yīng) 放大器的電壓增益相對(duì)于中音頻fo(1kHz)的電壓增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的低音頻率fL和高音頻率fH稱為放大器的頻率響應(yīng)。測(cè)量條件同上，調(diào)節(jié)RP3使書(shū)粗電壓約為最大輸出電壓的50%。 測(cè)量步驟是：話筒放大器的輸入端接Ui=5mV，輸出端接音調(diào)控制器，使信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率fi從20Hz50kHz變化（保持Ui=5mV不變），測(cè)出負(fù)載電阻RL上對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo,

16、用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙繪出頻率響應(yīng)曲線，并在曲線上標(biāo)注fL與fH值。3、音調(diào)控制特性 Ui(=100mV)從音調(diào)控制級(jí)輸入端耦合電容加入，Uo從輸出端耦合電容引出。先測(cè)1kHz處的電壓增益Au（0dB），再分別測(cè)低頻特性和高頻特性。 測(cè)低頻特性：將RP1的滑臂分別置于最左端和最右端時(shí)，頻率從20Hz1kHz變化，記下對(duì)應(yīng)的電壓增益。同樣，測(cè)高頻特性是將RP2的滑臂分別置于最左端和最右端，頻率從（150）kHz變化，記下對(duì)應(yīng)的電壓增益。最后繪制音調(diào)特性曲線，并標(biāo)注fL1、fx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fH2等頻率對(duì)應(yīng)的電壓增益。4、輸入阻抗 從音響放大器輸入端（如話筒放大器輸入端）看進(jìn)去的阻抗

17、稱為輸入阻抗Ri。如果接高阻話筒，Ri應(yīng)遠(yuǎn)大于 20k。接電唱機(jī)，Ri應(yīng)遠(yuǎn)大于500k。Ri的測(cè)量方法于放大器的輸入阻抗測(cè)量方法相同。5、輸入靈敏度 使音響放大器輸出額定功率時(shí)所需的輸入電壓（有效值）稱為輸入靈敏度。測(cè)量條件與額定功率的測(cè)量相同。 測(cè)量方法是，使Ui 從零開(kāi)始逐漸增大直到Uo 達(dá)到額定功率值時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值，此時(shí)對(duì)應(yīng)的Ui值即為輸入靈敏度。6、噪聲電壓 音響放大器的輸入為零時(shí)，輸出負(fù)載RL上的電壓稱為噪聲電壓UN。測(cè)量條件同上，測(cè)量方法是，使輸入端對(duì)地短路，音量電位器為最大值，用示波器觀察輸出負(fù)載RL的電壓波形，用交流電壓表測(cè)量其有效值。7、整機(jī)效率 式中 Po輸入的額定功率；

18、Pc輸出額定功率時(shí)所消耗的電源功率第七章、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)總結(jié)與感悟第一次做課程設(shè)計(jì)，在確定自己應(yīng)做的課題后，首先做的是大量搜索自己需要的資料。音響放大器，單從名義上來(lái)說(shuō)，應(yīng)是一個(gè)好有意思的制作，因?yàn)樗囊饬x很現(xiàn)實(shí)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)材料，我們需設(shè)計(jì)的音響放大器在所有音響類別里，是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，它由話音放大器、混合前置放大器、音調(diào)控制器各功率放大器這四部分組成。為了簡(jiǎn)便，其中的功率放大器選用集成芯片LA4102。但通過(guò)一番對(duì)音響放大器的了解，即便現(xiàn)在設(shè)計(jì)的是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的音放，但相比其它幾個(gè)課程還是要復(fù)雜一些，但至始到終肯定了這個(gè)課程堅(jiān)持到底。要寫(xiě)一個(gè)課程設(shè)計(jì)，首先就必需對(duì)它的理論作充分的了解。平常學(xué)習(xí)不扎實(shí)，甚至有時(shí)總覺(jué)得很多的東西學(xué)了沒(méi)什么作用