“擴音器設計”論文

1、巢湖學院2015屆本科畢業(yè)論文（設計）擴音器設計摘 要 如今的社會，擴音器已然成為我們日常生活的必需品，根據實際的需要和放大電路器件的不同，擴音器的設計方案也有很多種類。此次論文設計主要圍繞擴音器的工作原理，并就擴音器的各個組成部分的功能作用和如何實現(xiàn)進行了分析，擴音器的旨意在于將原始信號進行放大，本次設計的重點為音調控制電路和功率放大電路。本次設計用到EWB仿真軟件，通過對擴音器各部分電路理論分析計算后，用EWB軟件對設計出的電路進行仿真工作，在仿真結果準確后，進行擴音器實物的制作，對實物進行音頻放大、音調和音量調節(jié)等功能的測試，從而實現(xiàn)擴音器的放大功能。關鍵詞：擴音器；音調控制；功率放大；

2、EWBThe Design of the Loud-speakerAbstract In modern society, microphone has become our necessities of daily life, according to actual requirement and different amplification circuit devices, the design scheme of microphone also has many types. This paper design mainly turns on the operating principl

3、e of the loud-speaker and makes an analysis of the function of microphone and how to bring about that, the decree of loud-speaker is amplifying the primary signal, the key point of this design is the tone control circuit and power amplifying circuit.This design gets on with EWB simulation software t

4、o carry out the simulation of the circuit designed by means of analyzing and calculating the function of microphones various components, after obtaining the accurate simulation results, making the object of loud-speaker, in addition to that, making analysis of the function of audio amplifier, tone a

5、nd volume adjustment, and so on. It realizes the amplification function of microphone thereby. Keywords: loud-speaker; Tone control; Power amplifier; EWB1目 錄1 引言12 擴音器的組成12.1 擴音器構成12.2 前置放大器22.3 音調控制電路22.4 功率放大器23 擴音器電路的設計33.1 前置放大器的設計33.2 音調控制電路的設計33.3 功率放大器的設計123.4 整流橋電路的設計134 實物的制作與調試144.1 電路的安裝1

6、44.2 電路調試155 設計心得及體會156 致謝15參考文獻161 引言擴音器的問世豐富了人們的日常生活，它所涉及到的領域也越來越廣，擴音器于1950年發(fā)明，從那以后技術員們?yōu)榱素S富它的功能做出了不懈的努力。隨著科技的發(fā)展，擴音器從有線發(fā)展到無線，種類也越來越多。原來的擴音器，采用了電子管，體積比較龐大，也比較笨重。隨著如今電子元件不斷的小型化、集成化，便攜式擴音器應運而生，得到了廣泛的應用。不要看它體積小，但是播放出來的聲音也是非常出色的。現(xiàn)在的擴音器體積大小不等，功能和用途也在不斷地細化，適合老師和導游用的擴音器一般都是體積比較小的，它們用起來比較方便，可以把它們稱為教學擴音器和導游擴

7、音器，這兩款擴音器極大地保護了使用者的嗓子，像那些人流量比較大的場所、大型演講活動等諸如此類的都使用比較大的擴音器，這樣才能營造出更好的效果。2 擴音器的組成2.1 擴音器構成擴音器在公共場所得到廣泛地應用，它把來自音源的微弱信號放大成大功率信號，其由三部分組成，分別為音調控制電路、前置放大器和功率放大器。各種信號源送來的信號進行選擇、放大是通過前置放大電路完成的，再經音調控制電路，以獲得適當的頻率特性；最后由推動級將其送到功率放大電路加以放大，音頻信號得到足夠功率后，推動揚聲器發(fā)出聲音，從而實現(xiàn)擴音器功能。如下圖1所示:前置放大音調控制功率放大 話筒輸入 圖1擴音器的組成圖2.2 前置放大器

8、小信號放大器是前置放大器的別稱,它在擴音器電路中扮演著重要的角色。在正常的情況下，從麥克風輸入進來的有用信號最大幅度可能僅有若干毫伏，而共模噪聲最大幅度可能高達幾伏，甚至更高，所以前置放大器的輸入漂移和噪聲等因素對于整體電路的精度至關重要，放大器自身的共模抑制比也起到了很重要作用。因此，前置放大電路要求噪聲要小、輸出的阻抗要低、輸入阻抗要高。2.3 音調控制電路當人們聽音樂時，希望能夠聽到悅耳的聲音，但因為不同的愛好，有些人較喜歡聲音渾厚而深沉，有的人則喜歡清脆響亮。這就需要音調控制電路來實現(xiàn)，其作用是對信號頻率特性進行人為的操作，使信號頻率特性中某一段頻率特性得到增加或降低，從而達到我們想要

9、的那種效果。在一般擴音器裝置中都配備了音調控制電路，普通擴音器中音調控制電路是相對較簡單的，而高品質的擴音器中音調控制電路是比較復雜的。音調控制也被稱為音質調節(jié)，如果按其調節(jié)的頻率范圍來劃分的話，有高低音調節(jié)和多頻段調節(jié)。音調控制電路有很多種類，但是常用的就只有三種:一是衰減式RC音調控制電路，它較容易產生失真，但調節(jié)范圍還是相對比較寬的；二是反饋式音調控制電路，其失真比較小，調節(jié)范圍也比較狹窄；三是圖示式頻率均衡電路，由于電路構造比較繁瑣復雜，一般的擴音器中是不會采用的。2.4 功率放大器如何驅動擴音器的負載，這就需要功率放大器將輸入信號提到一定程度上滿足負載工作條件。當擴音器的負載為一定值

10、時，在非線性失真允許的范圍內，希望功率放大器輸出的功率能夠達到最大值，同時也希望其輸出信號的非線性失真為最小，實現(xiàn)盡可能高的效率。功率放大器的效率是指負載上得到的信號功率與電源供給的直流功率之比，用表示，值越大，功率放大器轉換的效率就越高。因此，就功率放大電路的選擇，我們要在形式上、工作狀態(tài)上把關，確保選擇一個比較合適的功率放大電路。3 擴音器電路的設計 3.1 前置放大器的設計話筒的輸出信號一般都比較微弱，只有幾毫伏，因此需要一個放大器將它不失真地放大，此放大器一般加在音調控制電路的前面稱為前置放大器。此前置放大器有兩部分的作用，一是將輸入的微弱信號不失真放大，二是減少噪聲干擾，提高整個電路

11、的信噪比。考慮到減少噪聲的要求，我們采用運算放大器NE5532來設計前置放大器，它是一種低噪聲、高性能的運算放大器。采用此元件可以把輸入信號不失真地輸出，同時也能很好地改善電路瞬態(tài)性能，使電路的整體性能指標進一步得到提高。如果采用分立元件的話，電路比較復雜且各項性能指標也不理想。圖2所示的是前置放大器電路圖。 圖2 前置放大器電路圖 圖3 前置放大電路的仿真結果圖前置放大器的輸入端用了一個1uF電容串聯(lián)2.2K的電阻，在低頻下，由于1uF的電容存在，對低頻進行衰減，起到高通的作用。前置放大器的輸出端串聯(lián)了一個電阻和一個電容，電容為了輸出隔離直流，電阻起到信號分壓的作用。前置放大電路的仿真結果如

12、上圖3所示。3.2 音調控制電路的設計擴音器輸出頻率的高低是通過音調控制電路調節(jié)和控制的。從而達到優(yōu)化音色的目的，以此來滿足觀眾們對音色的要求、渲染某種氣氛、達到某種效果。音調控制電路對低音有調節(jié)作用，同時對高音也有調節(jié)作用，由此可知，音調控制電路由低、高通濾波器兩部分組成。低通濾波器對低音做出調節(jié)，高通濾波器對高音做出調節(jié)，從而實現(xiàn)音調控制電路對輸出頻率的高低進行調節(jié)和控制。此次音調控制部分我們采用了反饋式音調控制電路，它的工作原理如下圖4所示。阻抗元件Z1、Z2是由RC構成的、放大器A是一理想放大器，我們采用NE5532，它的開環(huán)增益和輸入阻抗都趨于無窮大，而輸出阻抗近似為零。所以，放大電

13、路閉環(huán)增益為上式中，顯然阻抗Z1和Z2會隨著輸入信號的頻率變化而變化，Avf也會隨著其變化而變化。在放大器A的反饋支路上接一個RC衰減網絡，這樣就可以構成一個反饋式音調控制電路，如圖5所示。為了分析方便，選擇 圖4 原理圖 圖5 反饋式音調控制電路圖 工作原理：當信號頻率介于低音頻區(qū)域時，電容C2近似看成開路，上半部分電路可以完成信號的傳輸特性和反饋作用，由此知道低音調節(jié)電位器是W1，如圖6所示。當輸入信號的頻率較高時，電容C1近似看成短路，那么此時電路如圖7所示。影響頻率特性的主要因素是由下半部分電路決定的，由此知道高音調節(jié)電位器是W2。 圖6 低音簡化電路圖 圖7 高音簡化電路圖當輸入信號

14、為低音時，信號的提升和衰減是通過改變W1的位置來實現(xiàn)的，要想低音能夠得到提升則需要將W1向左滑動，當W1一直滑動到最左側時，電流不從R3上流過，R3相當于短路，那么此時低音被提升的電路圖如圖8所示。當電容C1有低音信號通過時，C1產生的容抗會比較大。由于放大器的負反饋作用，輸入的低音信號便能夠得到提升。電路頻率響應分析如下：由圖8知，電壓放大倍數為： （其中,） 令 ， 則有把，代入上式，得1. 當信號頻率處在中音頻區(qū)域時，即，求得 故 2. 當信號頻率降低到時，求得 故 3.當信號頻率進一步降低到時，求得 故 4.當信號頻率降低到時， 求得 故 根據上面的推導計算后，可以作出判斷，在中音頻區(qū)

15、域時，它的閉環(huán)增益為0dB，隨著信號頻率慢慢的降低，增益將逐漸地增大。曲線的斜率約為-20dB/十倍頻程，當和時，曲線出現(xiàn)了轉折點，那么可以看出和是兩個轉折頻率，低音信號經過此電路，增益最大可以提升到20dB。下圖9所示的幅頻響應特性曲線圖是經EWB軟件仿真得到的。 圖8 低音提升電路圖 圖9 低音提升幅頻響應特性圖當輸入信號為低音時，信號的提升和衰減是通過改變W1的位置來實現(xiàn)的，要想低音能夠得到衰減則需要將W1向右滑動，當W1滑動到最右端時，電阻R3被短路，那么此時低音被衰減的電路圖如圖10所示。電路頻率響應分析如下：由圖10知，電壓放大倍數為：（其中 ，）令 ，則有把，代入上式，得1. 當

16、信號頻率處于中音頻區(qū)域時，即，求得 故2.當信號頻率降低到時，求得 故3. 當信號頻率進一步降低到時，求得 故4.當信號頻率降低到時，求得 故根據低音提升的分析方法，我們同樣可以求得低音衰減的幅頻特性，在接近中音頻區(qū)的閉環(huán)增益為0dB，從開始，隨著頻率的降低，到時，進入平坦部分，達到最大衰減量為-20dB。下圖11所示的幅頻響應特性曲線圖是經EWB軟件仿真得到的。 圖10 低音衰減電路圖 圖11 低音衰減幅頻響應特性圖當輸入信號為高音時，信號的提升和衰減是通過改變W2的位置來實現(xiàn)的，為了能夠很好地分析，采用等效變換的方法，把星形連接的、變換成三角形連接的、，變換后的圖形如下圖12所示。 圖12

17、 高音等效電路圖其中Ra、Rb、Rc的值可通過下式計算出：當W2向左端滑動時，高音信號能夠得到提升，當W2滑動到最左端，此時的電路圖如圖13所示。由圖13知，電壓放大倍數為： （其中 ，）令 ，則有把，代入上式，求得1. 當信號頻率處在中音頻區(qū)域時，即，求得 故 2.當信號頻率上升到時，那么有 故 3. 當信號頻率不斷上升，直到時，那么有 故 4.當信號頻率時，那么有 故 根據上面的分析計算后，可以作出判斷，在中音頻區(qū)域時，它的閉環(huán)增益為0dB，伴隨著頻率的升高，增益也會逐漸上升，曲線的斜率約為-20dB/十倍頻程，當和時，曲線出現(xiàn)了轉折點，那么可以看出和是兩個轉折頻率，高音最大可以提升到20

18、dB。下圖14所示的幅頻響應特性曲線圖是經EWB軟件仿真得到的。 圖13 高音提升電路圖 圖14 高音提升幅頻響應特性圖當W2向右端滑動時，高音信號可以得到衰減，當W2滑動到最右端，此時的電路圖如圖15所示。由圖15知，電壓放大倍數為： （其中，）令 ，則有把，代入上式，求得1. 當信號頻率處于中音頻區(qū)域時，即，那么有 故2.當信號頻率上升到時，那么有 故3.當信號頻率不斷上升，直到時，那么有 故4.當信號頻率時，那么有 故根據高音提升的分析方法，我們能夠求得高音衰減的幅頻特性，對信號頻率處在中音頻區(qū)時，其閉環(huán)增益為0dB，從開始，隨著頻率的升高，增益將不斷衰減，到時，進入平坦部分，達到最大衰

19、減量為-20dB。經EWB軟件的仿真可以得到如下圖16的幅頻響應特性曲線圖。 圖15高音衰減電路圖 圖16 高音衰減幅頻響應特性圖根據設計要求，估算反饋式音調控制電路元件參數，得，3.3 功率放大器的設計擴音器的核心電路是功率放大器，我們一般將其簡稱為功放，它的作用就是將接收的微弱信號進行放大，從而推動揚聲器發(fā)出聲音，一套良好的擴音器系統(tǒng)，功率放大器起到關鍵性的作用。功放電路一般工作在大信號狀態(tài)下，它的特點是要求輸出比較大的功率、效率要高、非線性失真要小。根據功放管的導電類型，功率放大電路可分為甲類、乙類、甲乙類和丙類4種類型。在這里我們選用TDA2030型集成功率放大電路，它具有輸出功率大、

20、失真小的特點。功率放大器的電路如下圖17所示。采用兩塊TDA2030組成本次功率放大器電路，TDA2030（1）為同相放大器，輸入信號先經過交流耦合電容，然后反饋到同相輸入端，而TDA2030（2）為反相放大器，它的輸入信號是先由TDA2030（1）輸出端U0經R5和R7分壓器衰減后，再經過電容反饋得到的。下圖18所示是功率放大電路的仿真結果。 圖17 功率放大器電路圖 圖18 功率放大電路仿真結果圖3.4 整流橋電路的設計整流橋電路是通過四個二極管（IN4007）橋接方式整流，利用電容濾波來得到電源。給NE5532、TDA2030供電使其工作。電路圖如下圖19所示。圖19 整流橋電路圖擴音器

21、各部分電路設計完成后，將它們級聯(lián)起來形成的整機電路圖如下圖20所示。圖20 整機電路圖4 實物的制作與調試4.1 電路的安裝在安裝前，應使用儀器對各元器件的標稱值以及性能參數進行認真的檢測，確保各元器件符合電路設計的要求。進行電路安裝時，首先要妥善安排各元器件的位置，合理布局，既要做到布局緊湊，引線盡可能短，又要避免各引線之間的相互交叉，防止造成短路現(xiàn)象。擴音器工作性能是好還是壞，一方面取決于電路的設計，另一方面在于焊接技術。因此在焊接之前，我們需要掌握和理解焊接的基本要領，確保實物制作完成后沒有漏焊、虛焊等現(xiàn)象。為了讓制作出來的實物美觀大方，元器件的安裝布局至關重要，焊錫時應保證焊點光亮、圓滑，大小適中，周圍干凈清潔。焊接各元器件時，應保持耐心和細心，盡量減少元器件的損壞，降低不必要的開支。擴音器實物圖如下圖21所示。圖21 擴音器實物圖4.2 電路調試電路安裝完畢后，不要過于著急地通電測試，應做好前期的檢查工作，在通電之前，確保電路沒有虛焊、漏焊等現(xiàn)象。如果盲目地通電測試，有可能會損壞元器件從而帶來新的問題。電路的調試一般會選用“先分后聯(lián)”的調試方法，所謂“先分后聯(lián)”就是先分級調試，再級聯(lián)調試，最后轉入整機調試