模擬電子課程設(shè)計_-_音響放大器

1、 20122013 學(xué)年 第 2 學(xué)期 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課 程 設(shè) 計 報 告題 目： 音響放大器的設(shè)計 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 11級信息（1）班 姓 名：谷和偉、曹凱、解軍、李豐、劉志國 陸晨晨、孫葉林、鄒慶志、桑倩倩 指導(dǎo)教師： 吳 慧 電氣工程學(xué)院2011年6月5日 音響放大器的設(shè)計摘 要本文介紹了音響的構(gòu)成、功能、及工作原理，它由LM324四運放的前置放大及音調(diào)調(diào)節(jié)等多模塊電路構(gòu)成，且具有電子混響效果。所用芯片具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，采用偏置電阻單電源供電，價格低廉等優(yōu)點。LM386是一款輸出功率小、 靜態(tài)電流小、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點

2、的音頻功率放大芯片。LM324是由四個獨立的、高增益、有內(nèi)部頻率補償?shù)乃惴糯笃?。都具有?nèi)部保護電路。本設(shè)計作品的功能是將輸入音頻信號和話筒信號不失真地進行放大，且伴有立體聲，音色圓潤，失真率低，信噪比高，適用性強，可普遍用于家庭音響系統(tǒng)、立體聲唱機等電子系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：功放；失真；信噪比；輸出功率；Multism仿真目 錄第一章 設(shè)計目的與要求11.1設(shè)計目的21.2設(shè)計要求及技術(shù)指標2第二章 整體方案設(shè)計22.1整體設(shè)計模塊圖22.2各模塊的功能作用22.3設(shè)計方案的選擇32.4 LM324簡介3第三章 電路原理說明43.1話音放大與混合前置放大43.2音調(diào)控制器(含音量控制)53.3電子混響

3、器63.4功率放大器6第四章 仿真分析74.1仿真圖74.2話音放大與混合前置放大8參考文獻9附錄 元件清單10答辯記錄及評分表11第一章 設(shè)計目的與要求1.1設(shè)計目的 （1）了解音響放大器的構(gòu)成，并組成一個簡單的音響放大器。（2）理解音調(diào)控制器，集成功率放大器的工作原理和應(yīng)用方法。 （3）理解和掌握音響放大器的主要技術(shù)指標和測試方法。 （4）根據(jù)給出的技術(shù)條件和指標，設(shè)計音響放大器。 1.2設(shè)計要求及技術(shù)指標設(shè)計一個音響放大器。要求具有電子混響延時，音調(diào)輸出控制、卡拉OK伴唱，并對話筒與放音機的信號進行擴音。主要技術(shù)指標 （1） 額定功率（2） 負載阻抗（3） 頻率響應(yīng)，。（4） 輸入阻抗。

4、（5） 音調(diào)控制特性1kHz處增益為0dB、100Hz和10kHz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍，。（6）輸入阻抗。第二章 整體方案設(shè)計2.1整體設(shè)計模塊圖如下圖所示，音響放大器包括：話筒放大器、電子混響器、混合前置放大器、音調(diào)控制器、功率放大器五個模塊。圖2.1總體設(shè)計模塊圖 2.2各模塊的功能作用話筒放大器：由于話筒的輸出信號一般只有5mV左右，話筒放大器的作用是不失真地放大聲音信號，并保證其輸入阻抗遠大于話筒的輸出阻抗。電子混響器：電子混響器的作用是用電路模擬聲音的多次反射，產(chǎn)生混響效果，使聲音聽起來具有一定的深度感和空間立體感。在“卡拉OK”伴唱機中，都帶有電子混響器。電子混響器的

5、組成框圖如下；其中BBD器件稱為模擬延時集成電路，其內(nèi)部由場效應(yīng)管構(gòu)成多級電子開關(guān)和高精度存儲器，在外加時鐘脈沖作用下，對輸入信號進行取樣，保持并向后級傳遞，從而使BBD的輸出信號相對輸入信號延時了一段時間。BBD的級數(shù)越多，時鐘脈沖的頻率越高，延時的時間就越長。 混合前置放大器：混合前置放大器的作用是將磁帶放音機輸出的音樂信號與電子混合后的聲音信號進行混合放大。音響放大的性能主要由音調(diào)控制器與功率放大器決定。音調(diào)控制器：音調(diào)控制器的作用是控制調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率的高低。音調(diào)控制只對低音或高音頻的增益進行提升或衰減，中音頻增益保持不變。所以音調(diào)控制器的電路由低通濾波器和高通濾波器共同組成。功

6、率放大器：功率放大器的作用是給音響放大器的負載（揚聲器）提供一定的輸出功率。當負載一定時，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，效率盡可能的高。由于集成功率放大器具有性能穩(wěn)定、工作可靠及安裝調(diào)試簡單，故而被采用。2.3設(shè)計方案的選擇運放芯片的選擇 1.采用uA741運算放大器設(shè)計電路，uA741通用高增益運算通用放大器，早些年最常用的運放之一，應(yīng)用非常廣泛，為雙列直插8腳或圓筒8腳封裝。工作電壓±22V，差分電壓±30V，輸入電壓±18V，允許功耗500mW。 2.采用LM324通用四運算放大器，雙列直插8腳封裝，內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大

7、器，除電源共用外，四組運放相互獨立。它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。方案選?。簎A741是通用放大器，性能不是很好，滿足一般需求，而LM324四運放大器具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點。本設(shè)計放大倍數(shù)不高，LM324能達到頻響要求，故選用LM324四運放大器。2.4 LM324簡介2.4.1 LM324的特點 LM324具有短跑保護輸出,真

8、差動輸入級,可單電源工作：3V-32V,低偏置電流:最大100nA,每封裝含四個運算放大器,具有內(nèi)部補償?shù)墓δ?行業(yè)標準的引腳排列,輸入端具有靜電保護功能。2.4.2 LM324的外形及引腳排列 LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。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。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入

9、端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。圖2.4LM324的引腳排列第三章 電路原理說明3.1話音放大與混合前置放大 3.1.1設(shè)計電路圖 圖3.1話音放大與混合前置放大3.1.2電路參數(shù)分析 圖4.1所示電路由話音放大與混合前置放大兩級電路組成。其中A1組成同相放大器，具有很高的輸入阻抗，能與高阻話筒配接作為話音放大器電路，其放大倍數(shù) .4.1四運放LM324的頻帶雖然很窄（增益為1 時，帶寬為1MHz），但這里放大倍數(shù)不高，故能達到 的頻響要求?；旌锨爸梅糯笃鞯碾娐酚蛇\放 組成 ，這是一個反向加法器電路，輸出電壓表達式為.4.2經(jīng)計算后,如果要進行卡拉OK演唱，可在話放輸出端及錄

10、音機輸出端接兩個音量控制電位器 分別控制聲音和音樂的音量。3.2音調(diào)控制器(含音量控制)3.2.1設(shè)計電路圖 圖3.2音調(diào)控制器3.2.2電路參數(shù)分析已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。由式原理部分的公式得到轉(zhuǎn)折頻率fL2及fH1； fL2 = fLx *2x/6=400Hz，則fL1 =fL2/10=40Hz ； fH1 = fHx /2x/6=2.5kHz ，則fH2= 10fH1=25kHz 。 由式原理部分公式得AVL=(RP31+R32)/R3120dB。其中，R31、R32、RP31不能取得太大，否則運放漂移電流的影響不可忽略，但也不能太小，否則流過它們的電流

11、將超出運放的輸出能力。一般取幾千歐姆至幾百千歐姆。現(xiàn)取RP31=470kW，R31=R32=47kW，則.4.3.4.4取標稱值0.01mF，即C31=C32=0.01mF。 由R34=R31=R32=47kW ，則 Ra=3R4=141kWR33=Ra/10=14.1kW 取標稱值13kW.4.5取標稱值470pF 取RP32=RP31=470kW，RP33=10kW，級間耦合與隔直電容C34=C35=10mF。 3.3電子混響器 電子混響器，就是產(chǎn)生一系列時間延遲而輸出電平不同的信號，然后將其疊加而產(chǎn)生混響效果。電子混響器的組成框圖如下；其中BBD器件稱為模擬延時集成電路，其內(nèi)部由場效應(yīng)管

12、構(gòu)成多級電子開關(guān)和高精度存儲器，在外加時鐘脈沖作用下，對輸入信號進行取樣，保持并向后級傳遞，從而使BBD的輸出信號相對輸入信號延時了一段時間。BBD的級數(shù)越多，時鐘脈沖的頻率越高，延時的時間就越長。圖3.3電子混響組成框圖設(shè)計電路圖 圖3.4電子混響器電路圖3.4功率放大器功率放大器簡稱功放，它的任務(wù)是把來自信號源的微弱電信號進行放大以驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音。作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚聲器進行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號處理、線路設(shè)計和生產(chǎn)工藝上也各不相同 。設(shè)計電路圖圖3.5功率放

13、大電路第四章 仿真分析 說明：本次仿真使用的是multisim10仿真軟件，功放級電路使用的是替代芯片，故有一定的誤差存在。電子混響級電路中使用的芯片在該軟件不能找到，因此沒有對該級電路進行仿真。本次仿真得到了頻率響應(yīng)、放大倍數(shù)。4.1仿真圖圖4.1仿真圖打開multisim10仿真軟件，按上圖所示繪制出仿真圖?？紤]到電路圖較復(fù)雜，將整體分為四部分，先繪制完每個部分，再逐次連接這四個部分即可。繪制步驟為：首先，添加所需要的器件（電阻、電源、電容等），按一定位置排列；隨后，用導(dǎo)線將器件連接好。要注意所繪制圖形要緊湊，盡量不要分隔距離過大。4.2話音放大與混合前置放大 選擇示波器和函數(shù)信號發(fā)生器，并接入電路中。注意正確接線，雙擊示波器，按照圖4.2調(diào)節(jié)相應(yīng)比例，左擊中的，觀察示波器顯示的結(jié)果并分析。圖4.2話音放大與混合前置放大（正弦波）現(xiàn)將函數(shù)信號發(fā)生器波形換成矩形波，重復(fù)實驗，得到結(jié)果如圖4.3所示。圖4.3話音放大與混合前置放大（矩形波）綜合圖4.2和圖4.3可以看出，話音方大與混合前置放大基本做到將磁帶放音機輸出的音樂信號與電子混合后的聲音信號進行混合，且不失真地放大