擴(kuò)音機(jī)電路設(shè)計(jì)

淮海工學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課程名稱：通信電子線路課程設(shè)計(jì)題目：擴(kuò)音機(jī)電路設(shè)計(jì)系〔院〕：通信工程系學(xué)期：2010-2011-2專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：評(píng)語(yǔ)：成績(jī)：簽名：日期：擴(kuò)音機(jī)電路設(shè)計(jì)緒論本實(shí)驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法，分析并設(shè)計(jì)了擴(kuò)音機(jī)電路，實(shí)現(xiàn)了音頻放大、音調(diào)和音量調(diào)節(jié)等功能，報(bào)告中首先給出設(shè)計(jì)目標(biāo)和電路功能分析，然后討論各級(jí)電路具體設(shè)計(jì)和原理圖，后給出了實(shí)際搭建電路測(cè)試的數(shù)據(jù)及分析，最后總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)并給出了PCB板圖。功率放大器即功放，其主要作用是將音頻器材輸入的較微弱信號(hào)進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)態(tài)以及不同的功放在內(nèi)部的信號(hào)處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上夜各不相同。2設(shè)計(jì)目的和要求2.1設(shè)計(jì)目的采用集成運(yùn)放和集成功放電路來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻放大，音調(diào)和音量的調(diào)節(jié)功能。前置放大器主要完成音頻小信號(hào)的放大，要求輸入阻抗高，輸出阻抗低頻帶寬，噪聲小，音調(diào)控制電路主要實(shí)現(xiàn)音量的提升和衰減，功放要求功率大，效率高，失真小2.2設(shè)計(jì)要求〔1〕最大輸出功率不小于1.5W〔2〕負(fù)載阻抗8至20Ω均可〔3〕輸出功率大小連續(xù)可調(diào)，用2個(gè)電位器分別調(diào)節(jié)上下音量〔4〕頻率響應(yīng)當(dāng)上下音調(diào)電位器處于不提升也不衰減位置時(shí)，-3dB頻率范圍是80HZ到6HZ，即寬帶為6HZ。3擴(kuò)音機(jī)電路設(shè)計(jì)3.1擴(kuò)音機(jī)電路的根本原理介紹擴(kuò)音機(jī)的作用是把從話筒、錄放卡座、CD機(jī)送出的微弱信號(hào)放大器成能推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲的大功率信號(hào)，主要采用運(yùn)算放大器和集成音頻功率放大電路來(lái)構(gòu)成擴(kuò)音機(jī)電路圖1擴(kuò)音機(jī)總體框圖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，噪聲要小，音調(diào)控制主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)高、低音的提升和衰減；功率放大器決定了整機(jī)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。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)。因?yàn)?所以此時(shí)的輸出電壓。假設(shè),RL=10，,U0=10V,要使輸入為5mV的信號(hào)放大到輸出為10V的信號(hào)，所需要的總電壓放大倍數(shù)為擴(kuò)音機(jī)中各級(jí)增益的分配是：前置電壓放大倍數(shù)為100，音調(diào)控制中頻電壓放大倍數(shù)為1，功率放大級(jí)電壓放大倍數(shù)為20。3.2前置放大器的設(shè)計(jì)由于話筒提供的信號(hào)非常弱，一般在音調(diào)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.LF353是一種雙路運(yùn)算放大器，其輸入阻抗到達(dá)104MΩ，輸入偏置電流僅為50×4MHZ，轉(zhuǎn)換速率為13V/μs,用作音頻前置放大器十分理想。前置放大電路如以下圖所示圖2前置放大電路前置放大電路：由如下圖的LF353組成的兩極放大電路。第一級(jí)放大電路的Au1=10,即1+R3/R2=10，取R2=10KΩ,R3=100KΩ,同樣，取Au2=R6/R5=100KΩ/10KΩ=10;電阻R1，R4為放大電路偏置電阻，取R1=R4=100KΩ。耦合電容C1與C2取10μF，C4與C11取100μF，以保證擴(kuò)聲電路的低頻響應(yīng)良好。其他元件的參數(shù)選擇是：C3=10000μF.R7=22KΩ,電路直流電源為±12V。圖3前置放大電路的仿真圖3.3音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)音調(diào)控制器的主要功能主要是根據(jù)設(shè)計(jì)需要按一定的規(guī)律控制和調(diào)節(jié)音頻放大器的頻率響應(yīng)，以更好的滿足人耳的聽(tīng)覺(jué)特性。一般音調(diào)控制器只對(duì)低音和高音信號(hào)的增益進(jìn)行提升成衰減，而中音信號(hào)增益不變。音調(diào)控制器的電路結(jié)構(gòu)有多種形式，常用的典型電路結(jié)構(gòu)如以下圖4所示。圖4音調(diào)控制器電路低頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算音調(diào)控制器工作在低音頻時(shí)〔即f﹤fL〕，由于電容C5≦C6=C7，故在低頻時(shí)C5可看成開(kāi)路，音調(diào)控制電路可簡(jiǎn)化為圖所示電路。圖〔a〕所示為電位器Rp1中間抽頭處在最左端，對(duì)應(yīng)于低頻提升最大的情況。圖5音調(diào)控制器〔低頻提升等效電路Rp1置于左端〕=1\*GB3①低頻提升電路：Rp1作為低音控制。這里取RP1=500KΩ。由于A0=1，故Rs=R10。又因?yàn)槿9=R8=R10=50KΩ。代入相關(guān)參數(shù)，可求得電容，取C7=0.01μF。μF由于A0=1，故Rs=R10。又因?yàn)槿7=0.01μF。低頻提升電路的頻率響應(yīng)函數(shù)為×(3.1)式子中當(dāng)頻率f﹤﹤fL1時(shí)，C7近似開(kāi)路，取R8=R9=R10=50KΩ由圖5可求此時(shí)的增益為(約20dB)圖6音調(diào)控制器〔低頻衰減等效電路Rp1置于右端〕②低頻衰減電路：在低頻衰減電路中，如圖〔b〕所示，取電容C6=C7，那么當(dāng)工作頻率f遠(yuǎn)小于fL1時(shí)，電容C6近似開(kāi)路，此時(shí)電路增益(3.2)當(dāng)頻率f﹥﹥fl2時(shí)電容C6近似短路，此時(shí)電路增益〔約-20dB〕高頻工作時(shí)元器件的參數(shù)計(jì)算音調(diào)控制器在高端工作時(shí)，電容C6、C7近似短路，此時(shí)音調(diào)控制電路可簡(jiǎn)化為圖7所示電路。圖7音調(diào)控制電路為便于分析，將星形連接的電阻R8、R9和R10轉(zhuǎn)換成三角形連接，轉(zhuǎn)換后的電路如圖8所示。因?yàn)镽8=R9=R10，所以，Ra=Rb=Rc=3Rs。由于跨接在電路的輸入與輸出之間，對(duì)控制電路無(wú)影響，故可將它忽略不計(jì)。圖8音頻控制器當(dāng)Rp2中間抽頭處與最左端時(shí)，此時(shí)高頻提升最大，等效電路如圖9〔a〕所示；圖9高頻提升電路(Rp1置于左端)=1\*GB3①高頻提升電路：由圖9〔a〕可知，該電路是一個(gè)典型的高通濾波器，其增益函數(shù)為×(3.2)其中當(dāng)f﹤﹤fH1時(shí),電容C5可近似開(kāi)路,此時(shí)的電壓增益為(中頻增益)當(dāng)f﹥﹥fH2時(shí),電容C5近視短路,此時(shí)的電壓增益為(約20dB)當(dāng)fH1≤f≤fH2時(shí)，電壓增益按20dB/10倍頻的斜率增加。當(dāng)Rp2中間抽頭處與最右端時(shí)，此時(shí)高頻段衰減最大，等效電路如圖10〔b〕所示。圖10高頻衰減電路(Rp1至于右端)=2\*GB3②高頻衰減電路：在高頻衰減等效電路中，由于Ra=Rb，其余元器件也相同，所以，高頻衰減的轉(zhuǎn)折頻率與高頻提升的轉(zhuǎn)折頻率相同。高頻最大衰減為(約-20dB)圖11音調(diào)控制器的仿真圖3.4功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì)功率輸出級(jí)的電路結(jié)構(gòu)有很多形式，選擇由分立元件組成的功率放大器或單片機(jī)成功率放大器均可。這里選用OCL功率放大器，如圖8所示。其中由運(yùn)算放大器組成輸入電壓放大器，由晶體管VT1、VT2、VT3、VT4組成的復(fù)合管為功率輸出級(jí)。三極管VT1與VT2都為NPN管，仍組成NPN管。VT3、VT4為不同類型的晶體管，所組成的復(fù)合管的種類由第一只管子決定，即為PNP管。功率輸出級(jí)的總體原理如圖10所示。圖12功率輸出級(jí)3.4.1功率放大器的設(shè)計(jì)要求是最大輸出功率為Po,max,電源電壓常取：Vcc=〔1.2～1.5〕Uom。將參數(shù)代入上式，電源電壓常選為±12V?！?.3〕3.4.2輸出晶體管VT2與VT4選擇同類型的NPN型大功率管。其承受的最大反向電壓為在選擇功率三極管時(shí)除應(yīng)使兩只管的β值盡量對(duì)稱外，其極限參數(shù)還應(yīng)滿足以下關(guān)系：V(BR)CEO﹥2Vcc,Icm﹥Ic,max,Pcm﹥Pc,mav根據(jù)上述關(guān)系，選擇功率三極管為3DD01在這里，運(yùn)算放大器選用LF353，功率放大器的電壓增益可表示為假設(shè)取R4=1KΩ，那么R12+Rp4=19KΩ。為了使功率放大器的增益可調(diào)，取R13=15KΩ，Rp4=4.7KΩ，電阻R12是運(yùn)算放大器的偏置電阻，電容C8為輸入耦合電容，其容量大小決定了的下限頻率。取R12=100KΩ，C8=100μF，并聯(lián)在揚(yáng)聲器兩端的R23與C10消振網(wǎng)絡(luò)可以改善揚(yáng)聲器的高頻響應(yīng)。這里取R23=23Ω，C10=0.1μF；一般取C9=4.7μF。3.4.3圖13功率輸出級(jí)的仿真圖4總電路圖圖14總電路圖圖15總電路仿真圖5實(shí)驗(yàn)儀器清單表1實(shí)驗(yàn)儀器清單名稱型號(hào)數(shù)量集成運(yùn)算放大器單片機(jī)成功率放大電路滑動(dòng)變阻器電阻電容直流穩(wěn)壓電源函數(shù)信號(hào)發(fā)生器示波器晶體二極管晶體三極管NPLF35312VNPN44假設(shè)干11433246總結(jié)這次我通過(guò)電子線路課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與操作，我實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)音電路的設(shè)計(jì)，這讓我更加理解了電子線路這門課程的理論知識(shí)。我知道了功放的工作原理即將音源播放的各種聲音信號(hào)進(jìn)行放大，以推動(dòng)音響發(fā)出聲音。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也有過(guò)很多的困惑和疑問(wèn)，但是經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間的摸索和探究后，我終于領(lǐng)悟了其中的原理。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我懂得了