擴(kuò)音機(jī)電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

..北京郵電大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：擴(kuò)音機(jī)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)院：____學(xué)號(hào)班內(nèi)序號(hào)：日期：一、課題名稱擴(kuò)音機(jī)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)二、報(bào)告摘要和關(guān)鍵字1.摘要：本實(shí)驗(yàn)主要采用運(yùn)算放大器和集成音頻功率放大電路構(gòu)成擴(kuò)音機(jī)電路,將話筒送出的微弱信號(hào)放大成能推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲的大功率信號(hào)。報(bào)告中首先結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)要求給出設(shè)計(jì)思路和總體結(jié)構(gòu)框圖,然后討論各級(jí)電路具體設(shè)計(jì)和原理圖,后給出了仿真結(jié)果,實(shí)際搭建電路測試的數(shù)據(jù),所得的波形圖,調(diào)試過程中遇到的故障和問題分析,最后對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。2.關(guān)鍵字：前置放大音調(diào)控制功率放大擴(kuò)音三、設(shè)計(jì)任務(wù)要求采用運(yùn)算放大器和集成音頻功率放大電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)對(duì)話筒輸出信號(hào)具有放大功能的擴(kuò)音機(jī)電路。1、基本要求：1最大輸出功率不小于2W2負(fù)載阻抗為8?3具有音調(diào)調(diào)控功能,即用兩個(gè)電位器分別調(diào)節(jié)高音和低音。當(dāng)輸入信號(hào)為1kHz時(shí),輸出為0dB；當(dāng)輸入信號(hào)為100Hz正弦時(shí),調(diào)節(jié)低音電位器可以使輸出功率變化±12dB；當(dāng)輸入信號(hào)為10KHz時(shí),調(diào)節(jié)高音電位器也可以使輸出功率變化±12dB4輸出功率的大小連續(xù)可調(diào),即用電位器可以調(diào)節(jié)音量的大小2、提高要求：1頻率響應(yīng)：當(dāng)高、低音調(diào)電位器處于不提升也不衰減的位置時(shí),-3dB的頻率范圍是80Hz~6KHz,即BW=6KHz2輸入端短路時(shí),噪聲輸出電壓的有效值不超過10mv3輸入信號(hào)源為話筒輸入,輸入靈敏度不大于30mv四、設(shè)計(jì)思路與總體結(jié)構(gòu)框圖圖SEQ圖表\*ARABIC1擴(kuò)音機(jī)電路的原理框圖擴(kuò)音機(jī)電路主要采用運(yùn)算放大器和集成功率放大電路構(gòu)成,原理框圖如圖1所示。前置放大主要完成小信號(hào)的放大,一般要求輸入阻抗高,輸出阻抗低,頻帶寬,噪聲??；音調(diào)控制主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)高低音的提升和衰減；功率放大器決定整個(gè)電路的輸出功率、非線性失真系數(shù)等指標(biāo),要求效率高、失真盡可能小、輸出功率大。1/2電路設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)的要求,確定各級(jí)增益的分配,然后對(duì)各級(jí)電路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。POmax=2W,負(fù)載阻抗為8Ω,最大輸出電壓UOmax=〔POMAX*RL。使輸入5mv的信號(hào)放大到輸出的4v,需放大倍數(shù)為800。1/2擴(kuò)音機(jī)中各級(jí)增益的分配為：前置放大級(jí)的電壓放大倍數(shù)為100,音調(diào)控制級(jí)的中頻電壓放大倍數(shù)為1,功率放大級(jí)的電壓放大倍數(shù)為8。五、分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)前置放大器：由于話筒提供的信號(hào)非常弱,一般在音頻控制器前面加一個(gè)前置放大器?？紤]到設(shè)計(jì)電路對(duì)頻率響應(yīng)及零輸入時(shí)的噪聲、電流、電壓的要求,前置放大器選用集成運(yùn)算放大器LF353.前置放大電路如上圖所示,由LF353組成的兩級(jí)放大電路串聯(lián),放大倍數(shù)為11*11=121倍。元件參數(shù)為：R1=100KΩR2=10KΩR3=100KΩR4=100KΩR5=100KΩR6=10KΩR7=22KΩR8=3.3KΩR9=3.9KΩR10=8.2KΩC1=10uFC2=100pFC3=10uFC4=100uFC5=10uF2音調(diào)控制器音調(diào)控制器功能為：調(diào)節(jié)音響放大器的頻率響應(yīng),更好地滿足人耳的聽覺特性。音調(diào)控制器對(duì)高音和低音進(jìn)行提升或衰減,對(duì)中音信號(hào)增益不變。音調(diào)控制器幅頻率特性曲線如下圖所示。音調(diào)控制電路如下圖所示,音調(diào)控制器的關(guān)鍵是電阻電容網(wǎng)絡(luò)的選頻作用,其輸入信號(hào)分成兩個(gè)支路送到放大器的輸入端。一條經(jīng)R8、Rp1、C6、R9到輸入端。并經(jīng)過C7、R10到輸出端形成負(fù)反饋；另一條經(jīng)Rp2、R11、C8到輸入端。C6、C7容量大,對(duì)低頻信號(hào)影響大,C8容量小,對(duì)高頻信號(hào)起作用。中頻段C6、C7短路,C8開路中頻等效電路圖中頻等效電路圖圖4.圖4.中頻等效電路圖C8視為開路,Rp1從左端滑到右端,容抗將增大,電路增益也增大。即：調(diào)節(jié)Rp1可改變低音放大倍數(shù),產(chǎn)生提升和衰減的效果。低頻提升電路圖低頻衰減電路圖高頻段C6、C7視為短路,調(diào)節(jié)Rp2改變高音放大倍數(shù)。元件參數(shù)為：R8=51KΩR9=51KΩR10=51KΩR11=18KΩC6=0.001uFC7=0.001pFC8=680pF3功率輸出級(jí)功放要求功率盡可能大,失真盡可能小,效率盡可能高。此處選用TDA2030A型集成功率放大電路,上升速率高、瞬態(tài)互調(diào)失真??；輸出功率較大；外圍電路簡單,使用方便；5腳單列直插封裝,體積?。粌?nèi)含保護(hù)電路,安全可靠。TDA2030A外形圖和常規(guī)外部接法功率放大級(jí)電路圖4.實(shí)際搭建的電路圖5.Multisim仿真電路原理圖六、所實(shí)現(xiàn)功能說明本實(shí)驗(yàn)存在多級(jí)電路,所以采用分級(jí)搭建分級(jí)測試的方法,最后再進(jìn)行總體調(diào)測。前置放大級(jí)：實(shí)驗(yàn)要求第一級(jí)放大電路放大倍數(shù)為120倍左右,按照前述所選元件及相應(yīng)參數(shù)連接電路,輸入信號(hào)為5mv,頻率為1kHZ,最后輸出信號(hào)為587mv,放大倍數(shù)為117,相位與輸入信號(hào)一致,滿足要求,第一級(jí)所得波形圖如下圖所示：音調(diào)控制級(jí)電路要求對(duì)低頻和高頻的增益進(jìn)行提升或衰減,中頻增益不變,輸入電壓400mv,調(diào)節(jié)Rp1改變低頻放大倍數(shù),使得增益為10左右；調(diào)節(jié)Rp2改變高頻放大倍數(shù),使得增益為6左右。〔1、低頻f=100HZ,Vi=400mv,Vo=4vAu=10所得波形圖如下圖所示：〔2高頻f=10kHZ,Vi=400mv,Vo=2.611vAu=6.5所得波形圖如下圖所示：〔3、中頻所得波形圖如下圖所示,相位與輸入相反：功率放大級(jí)測試：中頻測試參數(shù)：輸入電壓輸出電壓電壓增益400mv12.43v31.07所得波形圖如下圖所示：總體電路功能及測試：〔1最大輸出電壓峰峰值：Vpp=12.43v負(fù)載RL=8Ω最大輸出電壓有效值12.43/<2*1.414>=4.407v最大輸出功率值：4.407*4.407/8=2.427W〔2直流電壓輸出值9.48mv〔3噪聲測試：當(dāng)輸入端接地短路時(shí),輸出噪聲為4.47mv〔4音量調(diào)節(jié)測試：調(diào)節(jié)Rp3,觀察示波器,輸出電壓連續(xù)可調(diào),接入話筒后發(fā)出的聲音音量可以控制。所得波形圖如下圖所示：所實(shí)現(xiàn)功能評(píng)價(jià)：要求前置放大級(jí)電壓放大倍數(shù)為120,實(shí)際放大倍數(shù)為117,滿足要求,要求音調(diào)控制級(jí)中頻電壓放大倍數(shù)為1,達(dá)到要求,功率級(jí)放大倍數(shù)為9.6,滿足要求,噪聲輸出小于10mv,達(dá)到要求,最大輸出功率為5.8W,大于2W,達(dá)到要求,調(diào)節(jié)Rp3實(shí)現(xiàn)電壓連續(xù)可調(diào),功率連續(xù)可調(diào),最后實(shí)際試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)⒎懦龅囊魳贩糯笄以肼曒^小,達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?。七、故障及問題分析：1、由于剛剛搭建時(shí)沒有注意面包板的合理分布,導(dǎo)致有些元件連接位置混亂交叉而短路,通過重新設(shè)計(jì)使布局比較合理和美觀。2、由于電容正負(fù)誤接反了,電源極性接反,集成運(yùn)放的管腳出現(xiàn)錯(cuò)誤,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)失誤〔燒毀元件或無波形輸出,及時(shí)檢查并發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤。3、有些元件之間應(yīng)有的連接沒有用導(dǎo)線接入或者連接錯(cuò)誤導(dǎo)致不出波形或者電壓源無輸出等,通過反復(fù)檢查電路發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改正。4、測試時(shí)有時(shí)候不能輸出正確的波形,檢查電路連接無誤,檢查到是由于電路設(shè)計(jì)時(shí)元件參數(shù)有誤,改正了這一問題。5、電路中電位器的型號(hào)是不相同的,搭建時(shí)沒有注意到,使電位器的位置接反了,波形不穩(wěn),之后發(fā)現(xiàn)了這一問題。6、有時(shí)候出現(xiàn)波形不穩(wěn),電路可能接觸不良,試著將元件慢慢按下去按緊一點(diǎn),并且將引出的短線插緊,情況會(huì)好一點(diǎn)。7、每級(jí)單獨(dú)測試時(shí)均有波形輸出,但整機(jī)測試時(shí)波形就會(huì)失真且產(chǎn)生自激振動(dòng),詢問老師后,通過減小直流電源的幅值消除自激,改變第三級(jí)電位器的阻值大小使波形不再失真,再接入要求的直流電源,即可輸出正常的波形。八、總結(jié)和結(jié)論此次實(shí)驗(yàn)從查詢資料、設(shè)計(jì)電路、做電路仿真到電路實(shí)際測量,都?xì)v經(jīng)了艱辛的調(diào)試、測量,最終完成了實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)涉及了幾乎整個(gè)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的過程,而且這是學(xué)習(xí)模擬電路以來第一次完整體驗(yàn)實(shí)際電路的實(shí)現(xiàn),這個(gè)過程讓我獲益頗多。通過這次實(shí)驗(yàn),我了解了功率放大電路的頻率特性及音調(diào)控制原理,熟悉了集成功率放大器的基本使用,學(xué)習(xí)了擴(kuò)音機(jī)電路的整機(jī)調(diào)測及各項(xiàng)指標(biāo)的測試方法,對(duì)模擬電路的設(shè)計(jì)過程和方法有了基本了解和認(rèn)識(shí),能夠?qū)唵坞娐废到y(tǒng)中出現(xiàn)的故障和問題提出解決方案,熟悉了Multsim軟件的基本使用。為發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際電路問題,我查閱了不少資料,和同學(xué)討論交流,詢問老師,一同解決問題,提高了解決實(shí)際問題的能力。實(shí)際電路的調(diào)試是個(gè)很艱難的過程,我們一共去了八次實(shí)驗(yàn)室,每級(jí)調(diào)試都會(huì)遇到各種不同的問題,有的問題很難被發(fā)現(xiàn),每級(jí)都能夠正常的輸出后,整機(jī)調(diào)試遇到了很多問題,輸出波形有很強(qiáng)的自激振蕩和失真,為了解決這一問題,我們找了很多辦法,也問了同學(xué)和老師,終于功夫不負(fù)有心人,在多次的調(diào)試后終于成功,那時(shí)內(nèi)心特別的喜悅和激動(dòng)。九、multsim仿真原理圖、波形圖十、所用元器件及測試儀表清單電路元器件測試儀器集成運(yùn)算放大器LF353〔2個(gè)單片集成功率放大電路TDA2030A〔1個(gè)面包