音響放大器的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、目 錄1、課題名稱12、內(nèi)容摘要13、設(shè)計(jì)要求14、總體方案選擇的論證15、單元電路的設(shè)計(jì)2 5. 1、語(yǔ)音放大器.3 5. 2、混合前置放大器.35 .3、音調(diào)控制器.45 .4、功率放大器.56、仿真結(jié)果66.1、語(yǔ)音放大器.6 6.2、混合前置放大器.7 6.3、音調(diào)控制器.86.4、功率放大器.97、音響放大器的組裝和調(diào)試.108、整機(jī)電路圖.159、pcb版圖1610、心得感悟1611、參考文獻(xiàn)171、課題名稱：音響放大器的設(shè)計(jì)2、內(nèi)容摘要：了解音響放大器的基本組成和總體設(shè)計(jì) 了解音響放大器各組成部分的具體設(shè)計(jì) 了解protel99的基本操作和命令 利用protel99設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路并

2、進(jìn)行仿真驗(yàn)證 音響放大器的實(shí)物安裝與調(diào)試3、設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)音響放大器，要求具有音調(diào)輸出控制，卡拉ok伴唱，對(duì)話筒與錄音機(jī)的輸出信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)音。已知話筒的輸出電壓為5mv，錄音機(jī)的輸出信號(hào)為100mv，電路要求達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)如下：1 額定功率po0.5w（失真度=+20db；輸入阻抗ri204、總體方案選擇的論證:本次實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)對(duì)音響放大器的設(shè)計(jì)，來(lái)了解音響放大器的組成，掌握音響放大器的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析和解決。音響放大器的基本組成如圖2-1所示。從上圖可以看到，音響放大器主要由語(yǔ)音放大器、混合前置放大器、音調(diào)控制器和功率放大器等電路組成。設(shè)計(jì)時(shí)先確定整機(jī)

3、電路的級(jí)數(shù)，再根據(jù)各級(jí)的功能及級(jí)數(shù)指標(biāo)要求分配各級(jí)電壓增益，然后分別計(jì)算各級(jí)電路的參數(shù)，通常從功放級(jí)開始向前級(jí)逐級(jí)計(jì)算。本題需要設(shè)計(jì)的電路為語(yǔ)音放大器、混合前置放大器、音調(diào)控制器和功率放大器。根據(jù)題意的要求，可得各級(jí)的增益分配如圖2-2所示最后，根據(jù)上圖的增益分配，調(diào)節(jié)各個(gè)放大級(jí)的參數(shù)，便設(shè)計(jì)出理想的音響放大器了。5、單元電路的設(shè)計(jì)5.1、語(yǔ)音放大器由于話筒的輸出信號(hào)一般只有左右，而輸出阻抗達(dá)到，所以要求語(yǔ)音放大器的輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗，而且不失真地放大聲音信號(hào)，頻率也應(yīng)滿足整個(gè)放大器的要求。因此，語(yǔ)音放大器可采用集成運(yùn)放組成的同相放大器構(gòu)成，具體電路如圖2-3所示。圖中，放大器的增

4、益。由于要求語(yǔ)音放大級(jí)的放大倍數(shù)為7.5，所以選擇，采用阻值為的電位器，使放大器可以根據(jù)需要調(diào)整。5.2、混合前置放大器混合前置放大器的主要作用是將磁帶放音機(jī)的音樂(lè)信號(hào)與語(yǔ)音放大器的輸出聲音信號(hào)進(jìn)行混合放大，可采用反相加法器實(shí)現(xiàn)，具體電路如圖2-4所示。從圖中可以看出，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為： （2-1）式中，為話筒放大器的輸出信號(hào)，為放音機(jī)的輸出信號(hào)。另外，圖中的是平衡電阻，大小為/。根據(jù)圖2-2所示的整機(jī)增益分配可知，要使話筒與錄音機(jī)輸出經(jīng)混響級(jí)后的輸出基本相等，則要求，所以可以選擇，。耦合電容、采用的極性電容。5.3、 音調(diào)控制器常用的音調(diào)控制電路有三種：（1）衰減式rc音調(diào)控制

5、電路，其調(diào)節(jié)范圍較寬，但容易產(chǎn)生失真；（2）反饋型電路，其調(diào)節(jié)范圍小一些，但失真?。唬?）混合式音調(diào)控制電路，其電路較復(fù)雜，多用于高級(jí)收錄機(jī)中。為了使電路簡(jiǎn)單、信號(hào)失真小，我們采用反饋型音調(diào)控制電路。反饋型音調(diào)控制電路的原理圖如圖2-5所示。圖中，和是由組成的網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)榧蛇\(yùn)放a的開環(huán)增益很大，所以： （2-2）當(dāng)信號(hào)頻率不同時(shí)，和的阻抗值也不統(tǒng)，所以隨頻率的變化而變化。假設(shè)和包含的元件不同，可以組成四種不同形式的電路，如圖2-6所示。在圖2-6（a）中，可以得到低音提升；在圖2-6（b）中，可以得到高音提升；在圖2-6（c）中，可以得到高音衰減；在圖2-6（d）中，可以得到低音衰減；如果將圖

6、2-6所示的四種電路形式組合在一起，得到反饋型音調(diào)控制電路，如圖2-7所示。根據(jù)音響放大器的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，要使，結(jié)合的表達(dá)式可知，、的阻值一般取到幾千歐到幾百歐?，F(xiàn)取，有，。取標(biāo)稱值，則，。由前述的假設(shè)條件可得，由于在低音時(shí)，音調(diào)控制電路輸入阻抗近似為，所以級(jí)間耦合電容可取。5.4、 功率放大器功率放大器（功放）是音響放大器的核心電路，它的作用是給負(fù)載（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。6、仿真結(jié)果6.1、語(yǔ)音放大器（1）按下圖連接好電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定電路中的電阻和電容的具體數(shù)值，便將其保存成電路文件。圖3.1語(yǔ)音放大器仿真電路圖（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)av的測(cè)試在電路的輸入端輸入信號(hào)頻率為1khz的正弦

7、波，調(diào)整輸入信號(hào)的幅度，使輸出電壓vo不失真，講測(cè)試結(jié)果填入表3-1，并與理論值比較（3）幅頻特性的測(cè)量將頻率特性測(cè)試儀接入電路，根據(jù)上，下限頻率，的定義，當(dāng)電壓放大倍數(shù)的幅值下降3db時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率即為電路的上，下限頻率，將從測(cè)試結(jié)果填入表3-2.圖3.2語(yǔ)音放大器的頻率上下限測(cè)試表3-1 語(yǔ)音放大器放大倍數(shù)的測(cè)試結(jié)果（實(shí)測(cè)）101001077.79111110501059.89665.9910701079.93087.99表3-2語(yǔ)音放大器上，下限頻率的測(cè)試結(jié)果測(cè)量值69.1584kz0hz6.2、混合前置放大器：（1）電路設(shè)計(jì) 按下圖連接號(hào)電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定電路中的電阻和電容的具體數(shù)

8、值，便將其保存成電路文件。圖3.3 混合前置放大電路仿真圖（2）輸出電壓的測(cè)試在電路的輸入端輸入頻率為1kz的正弦波，調(diào)整輸入信號(hào)的幅度，使輸出電壓vo不失真，將測(cè)試結(jié)果填入3-3，并與理論值比較。表3-3 混合前置放大器輸出電壓的測(cè)試結(jié)果（實(shí)測(cè)）（理論）101029.55430201049.04950202059.08460203069.05970（3）幅頻特性的測(cè)量：特征頻率特性測(cè)試儀接入電路，根據(jù)上，下限頻率fh, fl的定義，當(dāng)電壓放大倍數(shù)的幅值下降3db是所對(duì)應(yīng)的頻率幾位電路的上，下限頻率，講測(cè)試結(jié)果填入表3-4.圖3.4 混合前置放大器的頻率下限測(cè)試圖3.5 混合前置放大器的頻率上

9、限測(cè)試表3-4 混合前置放大器上下限頻率的測(cè)試測(cè)量值165.645khz1.328hz6.3、音調(diào)控制電路（1）電路設(shè)計(jì)按下圖接好電路，根據(jù)設(shè)計(jì)確定電路中電阻和電容的具體數(shù)值，并將其保存成電路文件。圖3.6音調(diào)控制電路仿真電路圖（2）音調(diào)控制特性的測(cè)量：低音衰減與提升：將高音提升與衰減電位器pr2滑動(dòng)端調(diào)到居中位置（即可變電阻器pr1的百分比為50%），低音提升和衰減電位器pr1滑頭調(diào)到最左邊（低音提升最大位置，即可變電阻器pr1的百分比為100%）.調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使輸出信號(hào)f=40hz,vm=100mv,調(diào)節(jié)電路中音量調(diào)節(jié)電位器pr3，使電路輸出電壓達(dá)到最大值，記錄此時(shí)pr3的數(shù)值和輸出電

10、壓的幅值。pr3= 0 k vom= 698.0mv保持pr3的數(shù)值和輸入信號(hào)幅度不變，講頻率特性測(cè)試儀接入電路，設(shè)置工作頻率的范圍為40hz-1kz,測(cè)試電路的幅頻響應(yīng)曲線，并記錄。（由于此時(shí)c1被短路，當(dāng)f增大是，vo將減小。）觀察所記錄的幅頻響應(yīng)曲線，從圖中獨(dú)處低音部分的最大提升量并做記錄，判斷其是否符合理論設(shè)計(jì)的指標(biāo)。 f=40hz時(shí)，低音的最大提升量= 17.004db將低音提升和衰減電位器pr1滑動(dòng)端調(diào)到最右邊（低音衰減最大位置，即可變電阻器pr1的百分比為0%），重復(fù)（3）的步驟。（由于此時(shí)c2被短路，當(dāng)f增大時(shí)，vo將增大。） f=40hz時(shí)，低音的最大衰減量= -16.933

11、db 圖3.7 音調(diào)控制器 （低音提升最大位置）頻率響應(yīng)曲線 圖3.8 音調(diào)控制器 （低音衰減最大位置）頻率響應(yīng)曲線高音提升和衰減將低音提升與衰減電位器pr1滑動(dòng)端調(diào)到居中位置（即可變電阻器pr1的百分比為50%），高音提升和衰減電位器pr2滑頭調(diào)到最左邊（低音提升最大位置，即可變電阻器pr2的百分比為100%）.調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使輸出信號(hào)f=10khz,vm=100mv,調(diào)節(jié)電路中音量調(diào)節(jié)電位器pr3，使電路輸出電壓達(dá)到最大值，記錄此時(shí)pr3的數(shù)值和輸出電壓的幅值。pr3= 0 k vom= 463mv 保持pr3的數(shù)值和輸入信號(hào)幅度不變，講頻率特性測(cè)試儀介入電路，設(shè)置工作頻率的范圍為10k

12、hz-1kz,測(cè)試電路的幅頻響應(yīng)曲線，并記錄。（由于此時(shí)c2被短路，當(dāng)f減少時(shí)，vo將減小。）觀察所記錄的幅頻響應(yīng)曲線，從圖中獨(dú)處高音部分的最大提升量并做記錄，判斷其是否符合理論設(shè)計(jì)的指標(biāo)。 f=10khz時(shí)，高音的最大提升量= 13.274db 將高音提升和衰減電位器pr2滑動(dòng)端調(diào)到最右邊（高音衰減最大位置，既可變電阻器pr2的百分比為0%），重復(fù)（3）的步驟。（由于此時(shí)c2被短路當(dāng)f減少時(shí)，vo將增大。） f=10khz時(shí)，高音的最大衰減量= -12.78db 圖3.9 音調(diào)控制器 （高音提升最大位置）頻率響應(yīng)曲線圖3.10音調(diào)控制器 （高音衰減最大位置）頻率響應(yīng)曲線6.4、功率放大電路由

13、于設(shè)計(jì)中采用集成功放實(shí)現(xiàn)功率放大，但multism8的元器件庫(kù)中沒(méi)有功放集成塊，所以需利用分立元器件構(gòu)成功放電路進(jìn)行電路仿真。由于集成功放芯片lm386的世紀(jì)內(nèi)部電路較為復(fù)雜，只能采用其電路原理圖來(lái)仿真，我們采用與lm386工作原理相同的otl功放，其電路如下圖所示。圖3.11 功率放大器仿真電路圖（1）按上圖連接電路，并將其保存為電路文件（2）調(diào)試電路，是靜態(tài)時(shí)vk=1/2vcc 在沒(méi)有交流信號(hào)輸入的情況下，調(diào)節(jié)可調(diào)電位器r2的大小，同時(shí)利用虛擬萬(wàn)用表測(cè)試功放電路點(diǎn)k對(duì)敵直流電壓，使其等于1/2vcc，記錄此時(shí)所對(duì)應(yīng)的r2的大小。 r2= 14k （3）交越失真的觀察在電路中將二極管d1,d

14、2端接，從輸入vi加入1khz的交流正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出電壓vo的波形，可以看到明顯的交越失真。記錄輸出波形。圖3.12 交越失真波形（4）最大不失真輸出電壓和輸入靈敏度的測(cè)量在輸入端vi加入1khz的交流信號(hào)，用示波器觀察輸出電壓vo的波形，如輸出波形出現(xiàn)交越失真，調(diào)節(jié)電位器r3.逐漸增大輸入信號(hào)，測(cè)量最大不失真輸出電壓vom的大小，結(jié)果填入表35。 圖3.13 最大不失真輸出波形音響放大器輸出額定功率所需的輸入電壓（有效值）稱為輸出靈敏度vs。在輸入端vi加入1khz的交流正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出電壓vo的波形。逐漸增大輸入信號(hào)，當(dāng)輸入電壓達(dá)到最大不失真值vom時(shí)，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入

15、電壓的大?。ㄓ行е担礊殡娐返妮斎腱`敏度，將結(jié)果填入表35. 表3-5 功放電路的輸入靈敏度vom（v）輸入靈敏度vs（mv）測(cè)量值4.336167、音響放大器的組裝和調(diào)試1、各級(jí)電路靜態(tài)特性的測(cè)試將電路的輸入端對(duì)地短接，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量各級(jí)單元單元電路中集成運(yùn)放的輸入端和輸出端對(duì)地的直流電壓的大小，并將其填入表41。表41 各級(jí)單元電路直流電壓的測(cè)試結(jié)果語(yǔ)音放大級(jí)混合放大級(jí)音調(diào)控制級(jí)功放級(jí)vi+ (v)0.150.000.00-0.00vi- (v)0.15-0.00-0.00-0.00vo (v)0.15-0.00-0.007.492、各級(jí)單元電路電壓放大倍數(shù)的測(cè)試?yán)煤瘮?shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生

16、f=1khz，vi 100mv的正弦信號(hào)，分別輸入集成運(yùn)放a1,a2,a3和功放級(jí)的輸入端，用雙蹤示波器觀察vi和相應(yīng)的vo波形，當(dāng)波形不失真時(shí)，利用真空萬(wàn)用表測(cè)量輸入，輸出電壓的有效值，即渴求的各級(jí)響應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，將其填入表4-2.表4-2 各級(jí)單元電路放大倍數(shù)的測(cè)試結(jié)果話音放大級(jí)混合放大級(jí)音調(diào)控制級(jí)功放級(jí)vi（有效值mv）77.79vi1=73.6829.7026.3vi2=80.62vo（有效值mv）579.9181.0529.14933.52av=vo/vi（實(shí)測(cè)）7.453.040.9835.503、 額定功率pomax和輸入靈敏度vs的測(cè)試（1）利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生f=1kh

17、z，vi100mv的正弦波信號(hào)，分別輸入音響放大器的話筒和錄音機(jī)輸入端，兩個(gè)音調(diào)控制電位器pr4,pr5置于中間位置，音量控制電位器pr2,pr3和pr6置于最大值，功率輸出端接額定負(fù)載電阻（代替揚(yáng)聲器）。用雙蹤示波器觀摩vi和vo的波形，逐漸增大vii的電壓，知道vo的波形剛好不出現(xiàn)失真，所對(duì)應(yīng)的輸出電壓即為最大不失真輸出電壓vomax。根據(jù)輸出功率的定義，即可求得相應(yīng)的額定功率pomax。 vomax= 4.10v pomax= 0.84w（2）輸入靈敏度vs輸入靈敏度是指音響放大器輸出額定功率時(shí)所需的輸入電壓有效值，測(cè)量條件和方法與測(cè)量額定功率相同，只需在測(cè)量額定功率的同時(shí)利用真空毫伏表

18、測(cè)出其輸入電壓的有效值即可。 vs= 10mv4、音調(diào)控制特定的測(cè)量低音低聲與衰減：（1）將高音提升與衰減電位器pr5滑動(dòng)端調(diào)到居中位置，低音提升和衰減電位器pr4滑頭調(diào)到最左邊（低音提升最大位置）。（2）調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使輸入信號(hào)f=40hz，vim100mv,調(diào)節(jié)電路中的音量調(diào)節(jié)電位器pr6，使電路輸出電壓達(dá)到最大值，記錄此時(shí)pr6的數(shù)值和輸出電壓的幅值。（3）保持pr6的數(shù)值和輸入信號(hào)幅度不變，改變輸入信號(hào)的頻率，使其從40hz1khz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個(gè)頻率點(diǎn)，記錄與其對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，填入表4-3。（由于此時(shí)c12被短路，當(dāng)f增大時(shí)，vo將減小。）（4）將低音

19、提升和衰減電位器pr4滑動(dòng)端調(diào)到最左邊（低音衰減最大位置），保持pr6的數(shù)值和輸入信號(hào)幅度不變，改變輸入信號(hào)的頻率，使其從1khz40hz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個(gè)頻率點(diǎn)，記錄與其相對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，填入表4-4。（由于此時(shí)c13被短路，當(dāng)f減小時(shí)，vo將減小。）（5）觀察上述此時(shí)結(jié)果，求出f=40 hz時(shí)，相比于f=1khz時(shí)的電壓放大倍數(shù)，低音提升的最大值和低音衰減的最大值，判斷其是否符合理論設(shè)計(jì)的指標(biāo)。 低音提升的最大值=20log|av|f=40hz-20log|av|f=1khz= 12.71 低音衰減的最大值=20log|av|f=40hz-20log|av|f=

20、1khz= -18.16 表4-3 低音提升的測(cè)試結(jié)果pr6的數(shù)值1k輸入電壓vim（mv）7.32信號(hào)頻率f（hz）401002003004005006007008009001000輸出電壓von（mv）11696.1853.0444.5538.1933.9531.1229.4227.4427.1526.87電壓放大倍數(shù)20lg|av|24.0022.3717.2015.6914.3513.3112.5712.0811.4811.3811.29表4-4 低音衰減的測(cè)試結(jié)果pr6的數(shù)值1k輸入電壓vim（mv）7.32信號(hào)頻率f（hz）10009008007006005004003002001

21、0040輸出電壓von（mv）26.5925.1524.32823.7622.3520.3718.6716.4111.176.223.32電壓放大倍數(shù)20lg|av|11.2910.7310.4210.229.698.888.137.003.69-1.41-6.87高音提升與衰減：（1）將低音提升與衰減電位器pr4滑動(dòng)端調(diào)到居中位置，低音提升和衰減電位器pr5滑頭調(diào)到最左邊（高音提升最大位置）。（2）調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使輸入信號(hào)f=40hz，vim100mv,調(diào)節(jié)電路中的音量調(diào)節(jié)電位器pr6，使電路輸出電壓達(dá)到最大值，記錄此時(shí)pr6的數(shù)值和輸出電壓的幅值。（3）保持輸入信號(hào)幅度不變，改變輸入信號(hào)

22、的頻率，使其從10khz1khz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個(gè)頻率點(diǎn)，記錄與其對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，填入表4-5。（此時(shí)當(dāng)f減小時(shí)，vo將減小。）（4）將高音提升和衰減電位器pr5滑動(dòng)端調(diào)到最右邊（高音衰減最大位置）。保持pr6的數(shù)值和輸入信號(hào)幅度不變，改變輸入信號(hào)的頻率，使其從1khz10khz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個(gè)頻率點(diǎn)，記錄與其相對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，填入表4-6。（此時(shí)當(dāng)f增大時(shí)，vo將減小。）（5）觀察上述此時(shí)結(jié)果，求出f=10khz時(shí)，相比于f=1khz時(shí)的電壓放大倍數(shù)，高音提升的最大值和高音衰減的最大值，判斷其是否符合理論設(shè)計(jì)的指標(biāo)。高音提升的最大值=

23、20log|av|f=10khz-20log|av|f=1khz= 11.5 db 高音衰減的最大值=20log|av|f=10khz-20log|av|f=1khz= -21.57 db 表4-5 高音提升的測(cè)試結(jié)果pr6的數(shù)值9.7k輸入電壓vim（mv）7.32 信號(hào)頻率f（khz）1086421.81.51輸出電壓von（mv）151.34128.71103.2576.3853.7545.2641.7340.31電壓放大倍數(shù)20lg|av|26.324.9022.9920.3717.3115.8215.1214.82表4-6 高音衰減的測(cè)試結(jié)果pr6的數(shù)值9.7 k輸入電壓vim（mv

24、）7.32信號(hào)頻率f（khz）11.51.8246810輸出電壓von（v）34.6529.9928.8527.4420.0814.854.532.89電壓放大倍數(shù)20lg|av|13.5012.2511.9211.488.776.14-4.16-8.075.頻率響應(yīng)特性的測(cè)試（1）調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使輸入信號(hào)f=1khz，vim=100mv,將音調(diào)控制電位器pr4和pr5的滑動(dòng)端調(diào)到中間位置，調(diào)節(jié)電路中音量電位器pr2、pr6的大小，使電路輸出不失真電壓達(dá)到一個(gè)合適的數(shù)值，記錄此時(shí)可調(diào)電位器pr2、pr6的數(shù)值和輸出電壓的幅值。（2）保持輸入信號(hào)幅度不變，改變輸入信號(hào)的頻率，使其從20hz20khz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個(gè)頻率點(diǎn)，記錄與其對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，填入表4-7。依據(jù)表4-7的數(shù)據(jù)，畫出在頻段范圍內(nèi)（20hz20khz）電壓放大倍數(shù)20lg|av|與頻率f的關(guān)系曲線，從途中求出系統(tǒng)的上下限頻率fl和fh。表4-7 頻率響應(yīng)特性的測(cè)試結(jié)果pr的數(shù)值pr2= 1.2 k pr6= 9.0 k 輸入電壓vim（mv）15.56 信號(hào)頻率f（