擴(kuò)音器的設(shè)計(jì)

1、擴(kuò)音器的設(shè)計(jì)1004061065陳國(guó)東很多場(chǎng)合都需要用到擴(kuò)音設(shè)備，很多產(chǎn)品都和擴(kuò)音設(shè)備有著千絲萬縷的聯(lián)系。從話筒麥克風(fēng)，CD到電視，手機(jī)等等，這些廣播系統(tǒng)都含有擴(kuò)音設(shè)備，用以把從話筒、CD機(jī)送出的微弱信號(hào)放大成能推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲的大功率信號(hào)。根據(jù)實(shí)際需要和放大器件的不同，擴(kuò)聲電路的設(shè)計(jì)也有很多種類。作為電子線路的設(shè)計(jì)，我所做的擴(kuò)聲電路性能指標(biāo)比較低，主要采用理論課題里介紹的運(yùn)算放大集成電路和音頻功率放大集成電路來構(gòu)成擴(kuò)聲電路。這種性能指標(biāo)低的擴(kuò)音器主要在于價(jià)格便宜，制作簡(jiǎn)單，不需要太多昂貴的集成塊。設(shè)計(jì)目標(biāo)：由于人的聲音是低頻的，所以我們所要設(shè)計(jì)的是一個(gè)低頻放大電路。在multisim中設(shè)計(jì)一個(gè)

2、擴(kuò)音器使之其對(duì)聲音能夠基本不失真的放大。并且利用multisim這個(gè)軟件仿真，能夠得到實(shí)驗(yàn)所需要的效果。運(yùn)用前置放大和功率放大使信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲（由于在multisim這個(gè)軟件中找不到蜂鳴器所以我用8歐姆的電阻來代替），并且輸出波形和輸入的波形周期一致?？傮w設(shè)計(jì)方案：采用運(yùn)算集成電路和音頻功率放大集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)話筒輸出信號(hào)具有放大能力的擴(kuò)聲電路。主要步驟如下圖所示：圖1信號(hào)輸出信號(hào)輸入擴(kuò)聲電路原理框圖前置放大主要完成對(duì)小信號(hào)的放大，一般要求輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶要寬，噪聲要?。还β史糯笾饕瓿蓪?duì)功率的放大，使之能夠驅(qū)動(dòng)擴(kuò)音器發(fā)聲。其中輸入的信號(hào)我用0.01V,60赫茲的交流穩(wěn)壓

3、電源來表示（由于起先選的是0.1V,所以圖中的是0.1V）。各部分功能及設(shè)計(jì)：前置放大器：由于輸入信號(hào)非常弱，故要加一個(gè)前置放大器，放大輸入信號(hào)的電壓，這是為了能夠使后面的功率放大器以及蜂鳴器能夠工作而所做的準(zhǔn)備工作。前置放大器的設(shè)計(jì)可以用運(yùn)放也可以選擇TTL電路，在此我選用了運(yùn)放電路，因?yàn)檫\(yùn)放電路看上去比較清晰明了。圖2這是一個(gè)單級(jí)的由運(yùn)放組成的前置放大電路，其中C8和R9以及C9的功能是濾掉高頻成分，是一個(gè)除噪音的功能。R8和R6是決定放大倍數(shù)的電阻。_-5MVEEVvVi5741R1I5；1.2MUU2C10:：R8：-Wv-:40kQ0：R13:：R12：-Wv-iU3朋炬冷嚴(yán)fl1-

4、2MQ:：133kQ：:G圖3這是一個(gè)二級(jí)的運(yùn)放前置放大電路，一些基本器件的些功能和一級(jí)放大都相似。這是兩種方案，當(dāng)然具體選那種還要看各類的指標(biāo)。如果結(jié)果相同那選一級(jí)放大，因?yàn)椴牧戏矫嬉〉亩?。功率放大電路：功率放大電路的設(shè)計(jì)意義是為了使音頻信號(hào)的功率放大到足以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作時(shí)的功率。功率放大電路的設(shè)計(jì)如下圖所示：):175uA12pA:9.37V):3.77V圖4圖中R3,R4組成反饋網(wǎng)絡(luò)；C6為直流負(fù)反饋電容；R2為輸入接地電阻，防止輸入開路時(shí)引入感應(yīng)噪聲；C3為信號(hào)耦合電容，R5和C7組成輸出去耦電路，防止功放產(chǎn)生高頻自激；Cl,C2,C4,C5是電路去耦電容；電源電壓采用+15V和一1

5、5V。元器件選擇：前置放大電路中本來的打算想用LM386運(yùn)放，該運(yùn)放具有低噪聲高輸入電阻的優(yōu)點(diǎn)，但是由于該運(yùn)放在我的軟件中沒有，故選用了模電書上例題中的有的741運(yùn)放。用該運(yùn)放能夠基本實(shí)現(xiàn)所想要的功能。功率放大電路中LM1875這個(gè)運(yùn)放。LM1875是一個(gè)輸出功率最大可達(dá)到30W的音頻功率放大電器，AVo為90DB，失真率為0.015%，帶寬70赫茲，具有Ac和DC短路保護(hù)電路和熱保護(hù)電路。放大倍數(shù)可以根據(jù)自己的需要調(diào)節(jié)R8和R6或者R12和R6的值來改變放大倍數(shù)。其中一級(jí)放大和二級(jí)放大以及前置放大和功率放大之間用稍大的電容1U。由于電腦上安裝的multisim系統(tǒng)中沒有蜂鳴器，故在實(shí)驗(yàn)中用8

6、歐姆的電阻來代替。一級(jí)放大放大倍數(shù)=R6/R4+1,二級(jí)放大放大倍數(shù)=(R8/R6+1)(R12/R13+1)級(jí)放大兩者平衡電阻=(R4|R6)二級(jí)放大兩者平衡電阻分別為（R8|R6）和（R12IIR13）當(dāng)阻值變化時(shí)，平衡電阻也應(yīng)該相應(yīng)改變,是兩個(gè)的并聯(lián)電阻。仿真結(jié)果：通過仿真可以發(fā)現(xiàn)一級(jí)仿真和二級(jí)仿真在電阻放大倍數(shù)相同的情況先，二級(jí)放大比一級(jí)放大穩(wěn)定性更加高。單級(jí)仿真結(jié)果如圖所示:圖5此放大倍數(shù)為11倍，波形基本不失真。二級(jí)放大如圖所示：JT1辛*時(shí)間通道通道丄810.044ms-1.74GV-85.025mVT2*810.044ms-1.74GV-85.025mVT2-T10.000s0

7、.000V0.000V比例10ms/t)iv通道A比例Wiv通道E比例|測(cè)E忡Yf立置廠Y位置麗加載|B/A|AC0DCac|0DC口觸發(fā)邊沿IF電平o|v類型正弦I標(biāo)準(zhǔn)I自動(dòng)|底圖6此放大倍數(shù)約為20倍，波形基本不失真。當(dāng)單級(jí)放大倍數(shù)理論上是20倍時(shí)，實(shí)際的放大倍數(shù)（是3倍）如下圖所示。圖7并且當(dāng)理論倍數(shù)上升時(shí)，示波器的波形不變，二級(jí)放大也遵守這個(gè)規(guī)律，放到一定程度會(huì)放不上去。所以綜合情況考慮，還是選擇二級(jí)放大要好。把二級(jí)放大和功率放大器連接在一起后，問題又出現(xiàn)了，發(fā)現(xiàn)仿真后的電壓太大了，達(dá)到了50多伏。這時(shí)候通過測(cè)量，發(fā)現(xiàn)二級(jí)放大電路后電壓變成2伏多，而功率放大器的增益為20倍左右，所以首

8、先我嘗試把VCC和VEE減小，當(dāng)減小到1.5V時(shí)，電壓為十二伏，144/8=18瓦。然后我想通過減小前置放大倍數(shù)來減小輸出功率，仿真出來變是變小了，但是變化的幅度不是很大。后來查到由于我的輸入電壓（0.1V）太高了，我把它減小到0.01V，這時(shí)候調(diào)整VCC和VEE為正負(fù)5V時(shí)，基本上出現(xiàn)了想要的結(jié)果，功率放大輸出電壓有效值為5V左右。輸出功率為3瓦多一點(diǎn)。并且你如果想得到大一點(diǎn)的輸出功率的話，你可以通過同時(shí)提高電壓（VCC和VEE）的值或者可以增加前面兩級(jí)的前置放大倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)。最后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖如下：0V:-6.68mVVQllHI）：28.3mVV侑效值）：10.0mVV（直流）；-11.8n

9、VI:174nAKlIlHI）：1.30uAI侑效值）:464nA1（直流）：-63.5nA頻率:60.0HzluFXSC213.3kQV:-23.8mVVQllHI）：141mVV侑效值）：50.6mVV（直流）：7.49mVI：-1.06uAI（lllHI）：6.38uAI（W效fD：2.26uA1（直渤：*2.97pA頻率:60.0HzC3Tl2.5uFR11MQV:-86.1mVVOllg-lIli）：693mVV侑效值）：245mVV（直痂）:94.8nVI：-3.25uAIQIiHI）：32.1UAI（W效fD：11-4uA1（直?。?17.2pA頻率：60.0Hz:C5ipOnF

10、：V:-2.93VVQllHI）：14.3VV侑效面：5.06VV（直流）：-9.88mVI：-366mAKlIlHI）：1.79AI侑效值）:633mA1（直渤：-1.24mA頻車:60.0Hzzsci15C7豐300nF圖8運(yùn)行的結(jié)果：輸出的電壓為5.066V。功率大約為3W左右。圖9上圖：輸入電壓和一級(jí)放大的電壓波形比較T1T2-T1時(shí)間3.640s3.6-Ws0.000s通道丿L.885VL885V0.000V通道申圖-io.143.445mV0.000V反向保存二級(jí)電壓放大和功率放大的電壓輸出波形J道BExt.Triggerr上圖：由兩幅圖可以看出經(jīng)過兩級(jí)電壓放大和一級(jí)的功率放大輸出

11、波形基本沒有發(fā)生卑真現(xiàn)象B|外部|結(jié)論：匝此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中出Y位置0觸岌電平修改電路，每一個(gè)過程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。通過這次實(shí)踐，我了解了擴(kuò)音器電路的用途及工作原理，熟悉了的擴(kuò)音電路的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。設(shè)計(jì)過程中查了很多的資料，從網(wǎng)上查到圖書館，但是很多的電路實(shí)在太復(fù)雜，元器件太多，根本屬于那種看一眼就覺得很自卑那種。后來在圖書館里面翻那些大學(xué)生競(jìng)賽一些相關(guān)書的時(shí)候，看到個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的詞語音頻放大，通過問老師發(fā)現(xiàn)擴(kuò)音器就是一種低頻放大電路。然后根據(jù)前置放大加功率放大，設(shè)計(jì)了幾個(gè)電路，雖然這些對(duì)后來的結(jié)果都沒有什么直接的因素，但是在畫圖中對(duì)于整個(gè)軟件的熟悉程度提升了很多，在思考中有了自己的一點(diǎn)思路。在前置放大中，起先輸入電壓我選的是iv,但是仿真中它放大倍數(shù)不夠大，很快就會(huì)失真，這里想了很久，包括多接幾個(gè)電容什么的。通過這次實(shí)驗(yàn)，我也發(fā)現(xiàn)了我們的不足，看了很大學(xué)生電子設(shè)計(jì)的書，了解到我們的知識(shí)跟他們相比真的太淺了。很多內(nèi)容都不是很了解，比如一功率放大電路圖，元件用到的真的很多，而且這只是仿真，如果是實(shí)際操作的話肯定還有更多的問題要去解決。