電子技術(shù)應(yīng)用課程設(shè)計報告

課程設(shè)計報告課程名稱：電子技術(shù)應(yīng)用課程設(shè)計設(shè)計題目：數(shù)控音頻放大器專業(yè)班級：電氣101設(shè)計者：Leon學(xué)號：1007300016指導(dǎo)教師：王曉設(shè)計所在學(xué)期：2012~2013年第一學(xué)期微博：/112358130廣州大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院二零一二年九月二十一日（一）課程設(shè)計題目數(shù)控音頻放大器（二）選題的目的和意義、課題選擇的依據(jù)數(shù)字音頻放大電路還有其他很多顯著優(yōu)點(diǎn)，例如，轉(zhuǎn)換速率高，瞬態(tài)響應(yīng)特性好，中音和高音清晰、明亮、層次感好。信號動態(tài)范圍大，可達(dá)到95db以上?，F(xiàn)在有眾多電腦、電視、音響等數(shù)字發(fā)音設(shè)備，所以數(shù)控音頻放大電路是一種在市場上非常普遍的電子元器件。傳統(tǒng)的模擬控制音頻功率放大器是一種用電位器來控制的放大器，并不能精確地調(diào)整音量，而且具有故障率高，不易與計算機(jī)、遙控器等數(shù)字電路接口等缺點(diǎn)，相比較起來，數(shù)字控制音頻放大電路可以通過按鈕精確調(diào)整音量，在市場上的應(yīng)用越來越普遍。（三）系統(tǒng)設(shè)計功能簡介、本設(shè)計已實現(xiàn)的功能該數(shù)控音頻放大器可對MIC或其他信號源進(jìn)行放大，供給耳機(jī)或者電腦音箱。電路有0.3CM的單聲道插頭，以供信號源輸入及輸出。放大器的放大倍數(shù)可以分級調(diào)節(jié)，通過按鍵進(jìn)行選擇，放大器分為8級，每級之間有級差，并且失真小，同時放大倍數(shù)在數(shù)碼管上有顯示。（四）創(chuàng)新性、實用性和課題特點(diǎn)數(shù)控音頻放大器電路把數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)的知識交匯在一起，反映了當(dāng)今社會多學(xué)科的交叉，知識的融合。對我們大學(xué)生來說，這就是我們學(xué)習(xí)的一個方向。從設(shè)計電路圖開始，學(xué)生就要翻閱以前課本，搜集關(guān)于一些芯片和連接線路等等之類的知識，以便做好電路圖的設(shè)計。從電路圖的設(shè)計，到買零件，再到焊電路板，整個過程包含了很多知識要點(diǎn)。學(xué)生在其中的參與就能夠親身體會的其中的要領(lǐng)。這個課題的一個重要的特點(diǎn)就是能夠一級一級地調(diào)整音量。放大級數(shù)通過按壓按鈕的不同次數(shù)來實現(xiàn)。（五）總體方案選擇的論證在電路圖的設(shè)計早期，在防抖動裝置中有兩種選擇，一個是74LS04當(dāng)中的非門，另一個是利用555芯片。然后我查閱了資料，發(fā)現(xiàn)555芯片的防抖動性能更好。所以我選擇了555芯片來作為我的防抖動感裝置。（六）系統(tǒng)框圖（七）總電路圖八系統(tǒng)實現(xiàn)的基本原理和電路原理（1）該電路為電源電路，從交流220V輸入首先經(jīng)過220V-18V變壓器變壓，再經(jīng)過整流橋整流，輸出直流。然后用大電容與小電容組合成濾波電路，使電壓波形較為平滑。（2）該電路為穩(wěn)壓電路，從電源電路出來的是平滑的電壓波形，但是具有不穩(wěn)定性，不能直接利用。因此需要穩(wěn)壓IC來穩(wěn)定輸出電壓，圖中的電容為濾波電容。參考穩(wěn)壓IC的數(shù)據(jù)手冊，穩(wěn)壓IC需要配合相應(yīng)的電容來使用。（3）該圖為電源插口的指示燈電路，當(dāng)透過穩(wěn)壓IC輸出的電壓輸入到工作電路時，指示燈就亮。圖中電阻是限流電阻，具有分壓保護(hù)LED燈的作用。這些LED燈還有保護(hù)電路元件的作用，因為整合電路中有比較多的大電容，關(guān)閉電源時，電容放電有對電路元件造成損壞的危險，所以LED燈能及時消耗掉這些電能。(4）該電路圖為電源地與運(yùn)放地、功放地、數(shù)字芯片地的濾波電路。電源地有諧波干擾，為使改諧波不影響到主電路，實行用磁珠將不同地濾波隔離。獨(dú)立出三個地，更能保障各個電路工作正常。、、、、、、、、、、、、、(5)該電路為功放電路，電路中采用TDA2030A高保真功放芯片。兩個二極管（D3、D6）接在電源與輸出端之間，是防止揚(yáng)聲器感性負(fù)載反沖而影響音質(zhì)。R4與C16是對感性負(fù)載(喇叭)進(jìn)行相位補(bǔ)償來消除自激的。C9為輸入級濾波電容，R1為下拉電阻，R6為反饋電阻，兩個大電容（C1、C18）為電源穩(wěn)壓電容，用作穩(wěn)定電源的輸入。該OCL電路供電未正負(fù)18V，輸出功率約為20W。TDA2030A雖然能在較低電壓下運(yùn)行，但如果供電功率不足，會導(dǎo)致飽和失真，直接影響音質(zhì)，因此該芯片在供電功率充足的情況下，失真率小于0.005。對應(yīng)地喇叭要選取功率較大的型號（20W）。(6)該電路圖未數(shù)字模擬開關(guān)，當(dāng)有數(shù)字信號輸入到Q0、Q1、Q2端時，對應(yīng)的X？通道就會與X端導(dǎo)通。因此在X?端各并入電阻，在某一端接通時，相當(dāng)于從13端開始，各級串加電阻，直至接通口。所以改芯片很適用于數(shù)字調(diào)阻電路，按如圖接法，將3端與13端接入運(yùn)放反饋電阻端，就能實現(xiàn)數(shù)字8級調(diào)控反饋電阻電路。即能直接調(diào)節(jié)運(yùn)放的放大倍速。(7)該電路未按鍵信號電路與抖動電路。按鍵按下去時，會產(chǎn)生機(jī)械震蕩，導(dǎo)致信號出入不穩(wěn)定。接入RC充放電電路，是為了穩(wěn)定輸入信號間隔在R*C=60ms左右。這樣就能比較有效地放抖動。因為是要輸出反相信號，所以選用反相器。選用7414施密特反相器，是為了進(jìn)一步防止電路抖動。輸出一個穩(wěn)定的時鐘信號。(8)該電路為計數(shù)電路，實行分級調(diào)節(jié)的主芯片。74191為16進(jìn)制加減計數(shù)器。左邊開關(guān)可以控制計數(shù)往加或減方向計數(shù)。74191被接成計數(shù)狀態(tài)，在時鐘信號的作用下作計數(shù)操作，輸出三個數(shù)字信號。(9)該電路未數(shù)字調(diào)級顯示電路。4511為數(shù)碼管驅(qū)動芯片，工作在譯碼狀態(tài)。通過檢測計數(shù)器輸出端額三個數(shù)字信號來翻譯相應(yīng)驅(qū)動信號，通過輸出七個電平信號來驅(qū)動數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字。數(shù)碼信號輸入端的電阻為限流電阻，保證數(shù)碼在正常安全的狀態(tài)下工作。九單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和原件選擇1）本系統(tǒng)要是實現(xiàn)的是失真小、能帶喇叭負(fù)載的音頻放大電路所以在運(yùn)放與功放選擇方面，都選擇了失真很小的元件，如NE5532有“音頻運(yùn)放之星”的稱號，用它作為前級放大能保證音頻信號得好很好的收集與放大；TDA2030A是HI-FI功放芯片，單個芯片能輸出18W功率，且失真率很小，平常人是很難分辨出它輸出音頻與更高級芯片的區(qū)別。但因為其工作功率比較高所以要加裝較大的散熱片。電路運(yùn)放反饋放大大小為：Rf/R2=1-4倍功放放大倍數(shù)：R6/R5=22000/680=32.352倍（2）電源的選擇；因為運(yùn)放與功放芯片要在供電功率足夠的情況才能正常工作，且失真最小，因此電源供電一定要足。所以變壓器選用30AV、220V-18V的變壓器，功放輸出功率大概為15W-18W，加上芯片內(nèi)部損耗大概為16W-20W左右。電源選擇主要是以功放為主來選擇，因為其它芯片功耗總數(shù)只有2W左右。因此20W+2W=22W，變壓器為30W所以有8W裕度。這樣就能保證芯片與變壓器都工作在穩(wěn)定狀態(tài)。整流橋選擇KBP206，該橋堆耐壓600V，通過最大電流為2A。符合供電功率要求。濾波電容選擇容值比較大的電容，四個2200uF對電壓進(jìn)行濾波，有著比較好的效果。為使波形盡量平滑，再連續(xù)用較小的電容來輔佐濾波，使得波形得到很大的改善。穩(wěn)壓芯片選用78系列、與79系列。因為該芯片價錢低且，使用方便。但是由于供電功率需要比較大，且78、79系列穩(wěn)壓IC工作最大電流都為1A。因為P=IU，所以選用穩(wěn)壓輸出電壓大一些，會有效減少流過芯片電流，防止IC工作電流過大而發(fā)熱過大，導(dǎo)致?lián)p壞。即使選擇穩(wěn)壓IC上合理，但電源IC都裝上了散熱裝置。（3）數(shù)控元件的選擇；因為數(shù)碼管與其驅(qū)動芯片，都是很常見的，即使不同型號，功能方面也是一模一樣，使用方面也是大同小異。所以數(shù)碼管選擇的是共陰數(shù)碼管，驅(qū)動芯片選擇4511。計數(shù)器芯片選用74191，因為這個一個16進(jìn)制計數(shù)芯片，芯片在計數(shù)狀態(tài)下Q0、Q1、Q2端循環(huán)輸出0-7二進(jìn)制碼。對于8級調(diào)節(jié)利用起來比較方便。加上該芯片有加減計數(shù)，這樣有助于雙向調(diào)節(jié)音量，更利于使用者使用。開關(guān)芯片采用常用的4051，這個一個比較好用的低壓模擬開關(guān)芯片，且工作穩(wěn)定。開關(guān)用的是指壓四腳無鎖開關(guān)，所以使用時會有機(jī)械震蕩，會影響時鐘信號的輸入，所以選用RC充放電電路來延長信號輸出時間，時間大約為R*C=2.2uF*30K=66mS這是一個比較折中的時間，這樣還是不夠，所以另外選用施密特反相器，能有效矯正輸出波形。穩(wěn)定時鐘信號。（4）LED燈的選擇；供電電壓為5V與18V。LED工作電流大概為20ma，所以5V端選用1.2K電阻來限流分壓。18V采用20K電阻來限流分壓。就算是電容放電時也能用效保護(hù)LED燈。（十一）實施方案說明一、前期工作準(zhǔn)備：首先上網(wǎng)查找各種關(guān)于數(shù)控音頻放大器的資料，聯(lián)合老師所發(fā)資料，用AltiumDesignerWinter09軟件作圖，畫出電路原理圖，根據(jù)原理圖，又繪出電路接線圖。二、準(zhǔn)備焊接材料：根據(jù)接線圖，購買材料。三、制作過程：第一個是防抖動電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)的R、C選擇，及決定按鍵脈沖識別時間。第二個是“跳線”問題，因為無論是從背面引線還是正面用杜邦線連接都會造成容易短路，所以選擇零電阻很可靠。四、調(diào)試過程電路板焊接完成后，第一步進(jìn)行與原理圖的對比，防止多連、漏連、短路。第二步，用萬用表進(jìn)行導(dǎo)通測試，看各個芯片的高低電平是否都接到供電和地，芯片之間的連接是否正確。第三步上電，測各個模塊的芯片引腳電壓，看是否達(dá)到工作狀態(tài)。注意：在焊接過程中必須注意是否有虛焊，漏焊或者多焊導(dǎo)致短路。（十二）系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果和現(xiàn)象接上電源、音頻輸入、音頻輸出之后，統(tǒng)運(yùn)行時，未插入音頻輸入時，有較大電流聲。插入后幾乎聽不見。，電子管顯示數(shù)字“0”，喇叭發(fā)聲；按動開關(guān)，電子管會從“0”按自然數(shù)列顯示到“7”，聲音也隨數(shù)字增大而增大。如果固定好喇叭，則聲音變得渾厚。運(yùn)行大概30分鐘后，變壓器與功放芯片均明顯感覺有熱感，再過30分鐘后，溫度基本上穩(wěn)定。、測試過程中，主要使用的是萬能表。系統(tǒng)基本上工作正常。（十三）元器件列表清單音頻線11uf電容4電線若干220uf電容2數(shù)字顯示管1LM3861CD40511LM324N1741911CD4518B1CD4511BC1音頻接口1100歐電阻7按鈕110千歐電阻10喇叭110uf電容3電池盒10.047uf電容1電池4芯片槽6系統(tǒng)的用戶使用方法指南首先，應(yīng)先連接好喇叭與音頻線。檢測沒有其他東西導(dǎo)致電路短路時候就可以插上電源，在播放前應(yīng)先將音量降到最低。使用時，應(yīng)放置在寬闊的地方，方便散熱，可以的話，用風(fēng)扇輔佐散熱。關(guān)閉時，應(yīng)先