音響放大器課程設(shè)計說明書

湖北工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書

-16-課程設(shè)計說明書設(shè)計題目音響放大器設(shè)計課程模擬電子技術(shù)學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院班級14級電信中英學(xué)號1410211120姓名陳默指導(dǎo)教師賀章擎二〇一六年一月二日目錄課程任務(wù)和要求······································（3）1.1題目············································（3）1.2設(shè)計目的········································（3）1.3課程設(shè)計內(nèi)容····································（3）緒論················································（4）2.1音響放大器的應(yīng)用背景····························（4）2.2歷史發(fā)展·········································（4）2.3最新技術(shù)·········································（5）電路的設(shè)計方案······································（7）3.1實驗電路的工作原理·······························（7）3.2音響放大器的基本組成·····························（7）3.3音響放大器的組成框架·····························（7）核心元器件的介紹····································（8）LM324的介紹····································（8）LM386的介紹····································（8）單元電路的設(shè)計及分析································（9）5.1話音放大器·······································（9）5.2混合前置放大器···································（10）5.3音調(diào)控制器·······································（11）5.4功率放大器·······································（11）6.調(diào)試·················································（12）7.總結(jié)·················································（13）參考文獻(xiàn)············································（15）1.課程設(shè)計任務(wù)及要求1.1題目音響放大器設(shè)計1.2課程設(shè)計目的本課程設(shè)計是專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中一個非常重要的實踐性環(huán)節(jié)，為綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識提供了一次很好的實踐機會。通過課程設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)狀調(diào)研與分析能力、問題發(fā)現(xiàn)與解決能力、書面表達(dá)與口頭答辯能力、個人分工與團隊合作能力。1.3課程設(shè)計任務(wù)（內(nèi)容）(1)設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一種具有音調(diào)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(diào)控制和功率放大等幾個模塊。(2)設(shè)計技術(shù)指標(biāo)額定功率：Po≤1W功放增益：100頻率響應(yīng)：40Hz～10KHz音調(diào)控制：100Hz和10KHz處有±10dB調(diào)節(jié)范圍輸入阻抗：Ri≥20Ω負(fù)載阻抗：RL=8Ω2.緒論2.1音響放大器的應(yīng)用背景進入21世紀(jì)以后，各種便攜式的電子設(shè)備成為了電子設(shè)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(shè)備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)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(shè)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)展音響技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場效應(yīng)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(shù)的先河。1927年貝爾實驗室發(fā)明了負(fù)反饋技術(shù)后，使音響技術(shù)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(fù)反饋技術(shù)，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(dá)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(xì)膩動人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動態(tài)范圍等特點。在60年代初，美國首先推出音響技術(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)價廉、體積小、功能多等特點，逐步被音響界所認(rèn)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(chǎn)出第一只場效應(yīng)功率管。由于場效應(yīng)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(dá)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(yīng)管作為末級輸出。音響技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、場效應(yīng)管的歷史時期，在不同的歷史時期都各有其特點。預(yù)計音響技術(shù)今后的發(fā)展主流為數(shù)字音響技術(shù)。2.3最新技術(shù)近年來，一種稱為“數(shù)碼功放”的器件悄悄來到了Hi—Fi領(lǐng)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(yīng)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?；倦娐肪褪荄類放大器。D類放大器D類放大器實際上是一種開關(guān)放大器，其開關(guān)頻率高達(dá)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(jīng)過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換或DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換處理的音樂模擬信號。典型的實現(xiàn)過程如下：先由振蕩器調(diào)制直流電源產(chǎn)生一個基準(zhǔn)方波信號，其工作頻率可跟隨輸入信號變化，設(shè)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(shè)置一個鋸齒波信號產(chǎn)生器，其頻率為基準(zhǔn)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(dāng)鋸齒波同輸入信號發(fā)生差異時，便產(chǎn)生與其瞬時振幅一致的相移信號。再用一個邏輯上由基準(zhǔn)信號和相移信號控制的開關(guān)電路輸出一個極性經(jīng)過選擇的脈沖寬度調(diào)制信號（PWM信號）。PWM信號經(jīng)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(fù)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次擊穿、開關(guān)轉(zhuǎn)換效率極高的場效應(yīng)晶體管，運行中幾乎沒有損耗，效率可達(dá)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(dǎo)致集成電路化的大批量生產(chǎn)。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(chǎn)生的延時效應(yīng)卻對原音重現(xiàn)帶來失真。由于數(shù)碼放大器轉(zhuǎn)換時間極快，延時效應(yīng)微乎其微，產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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，但高保真效果較差并有射頻干擾。真正的數(shù)碼功放應(yīng)該采用數(shù)字邏輯電路，以先進的數(shù)字處理技術(shù)來補償晶體管高速導(dǎo)通、截止時引起的失真。3.電路的設(shè)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(diào)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語音放大器：無失真地放大語言信號?；旌锨爸梅糯笃鳎簩浺魴C輸出的音樂信號與語音放大器放大后的信號混合放大。音調(diào)控制器：音調(diào)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0dB不變。功率放大器：給音響放大器的負(fù)載RL（揚聲器）提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)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4.核心元器件的介紹4.1LM324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(nèi)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(yīng)用領(lǐng)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4.2LM386的介紹LM386是專為低損耗電源所設(shè)計的功率放大器集成電路。它的內(nèi)建增益為20，透過pin1和pin8腳位間電容的搭配，增益最高可達(dá)200。LM386可使用電池為供應(yīng)電源，輸入電壓范圍可由4V~12V，無作動時僅消耗4mA電流，且失真低。5.單元電路的設(shè)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(dá)到20k，所以其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗。具體設(shè)計見仿真圖5.1.1。圖5.1.1話音放大電路圖5.1.1話音放大級增益為8.5與20K話筒配接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(nèi)阻很大，采用同相放大電路R12取標(biāo)稱值為75KΩ，R11標(biāo)稱值為10KΩ，電阻R13、R14作用是分流和提供直流偏置電壓R13、R14取標(biāo)稱值為10KΩ。電容C11、C13作用是去直流，C11去標(biāo)稱值為10uF，C13取標(biāo)稱值為1uF，電容C12在電路中起耦合作用，C12取標(biāo)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(dá)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50V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的表達(dá)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(dá)到輸出125mV的設(shè)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(dá)到驅(qū)動下級正常工作的要求。取R23=R22=30KΩ，R21=10KΩ。電阻R23、R24作用是分流和提供直流偏置電壓，R23、R24取標(biāo)稱值為10KΩ。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(biāo)稱值為10uF，如果線路接錯，是直流也被放大，直流電壓達(dá)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(diào)控制器圖5.3.1音調(diào)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(fù)載RL(揚聲器)提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)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。5.4.1功率放大器電路由于Av=R11/Rf，R11=20kΩ，Av=100，故取Rf=200Ω6.調(diào)試6.1靜態(tài)工作點測試接上電源(次級為12伏)，不帶負(fù)載情況下接通電源，按下電路板上電源開關(guān)，測試濾波電容兩端輸出電壓應(yīng)為14v左右。若出現(xiàn)異常應(yīng)該立即斷電。6.2最大輸出功率測試將8Ω負(fù)載接入功率輸出端。再將信號源調(diào)至頻率f=1000hz，輸出電壓為1V，接到音頻放大器的聲道輸入端。將音調(diào)調(diào)節(jié)電位器調(diào)到最大。功率輸出端接上示波器、毫伏表。調(diào)節(jié)音量電位器，使輸出信號失真度THD=3%時，測出功率放大器的輸出電壓Vo的值，由公式P=Vo2/16計算放大器的最大輸出功率。6.3頻率特性測試調(diào)節(jié)1000hz輸入信號幅度（或調(diào)音量電位器），使輸出信號為1V。測出電路輸入信號的大小Vi的值。調(diào)節(jié)輸入信號的頻率，保持輸入信號Vi的大小不變，測量輸出信號的大小。找出上下限頻率FL和FH，求出通頻帶BW=FH-FL。6.4音樂試聽在功率調(diào)試正常后，接上音樂信號源，試聽音量和音調(diào)電路對音樂的調(diào)節(jié)效果。調(diào)節(jié)聲道的音調(diào)電位器R20，能夠聽到高提升和低音調(diào)的聲音有明顯的衰減。7.總結(jié)這次的課程設(shè)計與我們的專業(yè)有著密切的聯(lián)系，且是動手實踐方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行?！睂W(xué)習(xí)任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期電路剛學(xué)完之際，進行一次《模擬電子》課程設(shè)計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認(rèn)識，而且還及時、真正的做到了學(xué)以致用。歷時這一個星期的課程設(shè)計已畫上圓滿的句號?；仡^看看，不禁感慨眾多，課程設(shè)計這么復(fù)雜，僅僅是一個音響放大器就涉及很多的電路知識。高科技生活離不開電子技術(shù)，是它讓我們的身邊這一切如此快捷方便，并且通過了這次模擬電子電路課程設(shè)計，我才了解到我們所學(xué)的知識只是原來是如此地貼近我們，它們就在我們身邊，在我們身邊或大或小的地方，而并不是我原先所想象的那樣遙不可及，總是好像在那種大房子里面的大器才會用到這些東西，感覺那些是科學(xué)家做的事情，對于我們來說是天方夜譚。而如今，我才知道了這一切。這次課程設(shè)計是我深刻認(rèn)識到學(xué)好一門知識很難，做好一件事也很難，我們要想做好一件設(shè)計，一個產(chǎn)品，都離不開我們所學(xué)習(xí)的知識，一次，經(jīng)歷這次課程設(shè)計我認(rèn)為今后每個人都應(yīng)該有更大動力學(xué)習(xí)本專業(yè)的知識，將我所學(xué)的知識來賦予實踐。參考文獻(xiàn)[1]康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)?模擬部分[M].第四版，北京：高等教育出版社，2000[2]王愉節(jié)，竇勤耘編電子技術(shù)實驗指導(dǎo)[M].第一版，貴陽：貴州科技出版社，2004[3]彭軍主編實用電子技術(shù)[M].第一版，北京：科學(xué)出版社，2006[4]郝國法，梁柏華編電子技術(shù)實驗[M].第一版，北京：冶金工業(yè)出版社，2007[5]范秀香，模擬電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書[M].第一版，北京：中國電力出版社，2015基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應(yīng)用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設(shè)計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)HYPERLINK"/detail