音頻功率放大器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 常用集成器件應(yīng)用常用集成器件應(yīng)用課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 項(xiàng) 目 名 稱 2.1 音響-音頻功率放大器設(shè)計(jì) 學(xué) 院 信息與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)工程 班 級 121 班 姓名 、學(xué)號 、 指 導(dǎo) 教 師 二零一五一月目錄目錄摘要 .1第一章簡介 .2第二章濾波器和音頻功率放大器的分類 .32.1 濾波器的分類.32.1.1 高通濾波器.32.1.2 低通濾波器.32.1.3 帶通濾波器.32.2 功率放大器的分類.32.2.1 按器材分類.42.2.2 按功能分類.42.2.3 按用途分類.5 第三章音頻功率放大器的設(shè)計(jì) .63.1 設(shè)計(jì)要求.63.2 設(shè)計(jì)思路.63.3 方案選擇.63.3.

2、1 功放類型的選擇.63.3.2 實(shí)現(xiàn)電路的選擇.7 第四章單元模塊設(shè)計(jì) .94.1 前置放大模塊.9 4.1.1 集成運(yùn)放 .9 4.1.2 LM324 簡介.9 4.1.3 輸入放大電路 .104.2 音量控制模塊.114.3 音調(diào)控制模塊.124.4 功率放大器模塊.144.4.1 重低音放大電路.144.4.2 有源低通濾波器（LPF）.15 4.4.3 左右聲道放大電路 .174.4.4 TDA2030 簡介 .174.5 電源模塊.204.5.1 電源電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu).204.5.1 電源電路.20第五章布線及布線時(shí)的注意事項(xiàng) .215.1 信號線及焊盤.23 5.2 地線的設(shè)計(jì) .

3、23 5.3 布線方法 .23總結(jié) .24參考文獻(xiàn) .25附錄音頻功率放大器電路原理圖 .26第 0 頁2.12.1 音頻功率放大器設(shè)計(jì)音頻功率放大器設(shè)計(jì)摘摘 要：要：設(shè)計(jì)了一個(gè)帶音調(diào)控制的音頻放大電路，該電路具有對音頻信號放大的功能。該電路主要由前置放大電路、音調(diào)控制電路及功率放大電路三部分構(gòu)成，其中，前置放大電路采用 LM324 的四運(yùn)放集成電路來實(shí)現(xiàn)電壓的放大；音調(diào)控制電路主要由負(fù)反饋高低音調(diào)節(jié)；重低音放大電路主要由 LM1875 功率集成塊及 NE5532 運(yùn)放等元器件組成；左右聲道放大電路主要由 TDA2030 功率集成電路組成，并應(yīng)用了無源 RC 濾波器作為通道的傳輸。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵

4、詞：前置放大電路；功率放大器；音調(diào)控制；TDA2030第 1 頁第一章第一章 簡介簡介 2.1 音響是由一個(gè)低音音箱（一般稱之低音炮）和一對低音較弱的全頻音箱（一般稱之衛(wèi)星箱）組成，少數(shù) 2.1 音箱的衛(wèi)星箱會做成兩分頻的。 “2.1”中的“2”是指標(biāo)準(zhǔn)雙聲道（立體聲）； “2.1”中的“.1”是指單獨(dú)分頻輸出一般約 100Hz 以下的“低音”聲道。2.1 音箱的分頻設(shè)計(jì)：如果是將衛(wèi)星箱揚(yáng)聲器單元設(shè)計(jì)成一個(gè)全頻帶揚(yáng)聲器，那么由于只有一個(gè)揚(yáng)聲器，理論上回放頻率范圍為 20Hz20kHz，但實(shí)際應(yīng)用中是很難做到的。有的衛(wèi)星箱箱體體積和揚(yáng)聲器口徑較小，這樣可能會導(dǎo)致中音不夠豐滿，不過采用這種設(shè)計(jì)的衛(wèi)

5、星音箱外觀多半做得小巧，且成本低廉。還有一種分頻設(shè)計(jì)是在衛(wèi)星音箱的揚(yáng)聲器上使用了高音揚(yáng)聲單元和一個(gè)中低音揚(yáng)聲單元的搭配，這樣能使低、中、高三部分都有較好的表現(xiàn)，但這類音箱的衛(wèi)星箱普遍體積較大。2.1 音箱的聲道設(shè)計(jì)。2.1 音箱擁有兩個(gè)獨(dú)立的功放模塊，一個(gè)為立體聲負(fù)責(zé)衛(wèi)星音箱的模塊，一個(gè)為重低音專門負(fù)責(zé)低音音箱的模塊，立體聲模塊為獨(dú)立的左（L）、右（R）聲道功放塊，重低音為左右聲道聯(lián)合過濾后的稍大功率功放塊。因?yàn)橹氐吐暈槁?lián)合過濾，所以在輸入的左右聲道中有一條線斷開，另一個(gè)對應(yīng)的音箱也會發(fā)出輕微的聲音，這可以用于測試音箱品質(zhì)上，可以只接一條左或右的音頻輸入線，聽另一個(gè)衛(wèi)星音箱的音量相對是大是小，

6、越小越好，重低音在輸入一條和兩條間的變化，越小越好。第 2 頁第二章第二章 濾波器和音頻功率放大器的分類濾波器和音頻功率放大器的分類2.2.1 1 濾波器的分類濾波器的分類2.1.12.1.1 高通濾波器高通濾波器高通濾波器是指功放中能夠讓中、高頻信號通過而不讓低頻信號通過的電路，其作用是濾去音頻信號中的低音成分，增強(qiáng)中音和高音成分以驅(qū)動揚(yáng)聲器的中音和高音單元。此外高通濾波器常常和低通濾波器成對出現(xiàn)，不論哪一種，都是為了把一定的聲音頻率送到應(yīng)該去的單元。2.1.22.1.2 低通濾波器低通濾波器低通濾波器是指功放中能夠讓低頻信號通過而不讓中、高頻信號通過的電路，其作用是濾去音頻信號中的中音和高

7、音成分，增強(qiáng)低音成分以驅(qū)動揚(yáng)聲器的低音單元。由于功放大部分都是全頻段功放，通常采用 AB 類放大設(shè)計(jì)，功率損耗比較大，所以濾除低頻段的信號，只推動中高頻揚(yáng)聲器是節(jié)省功率、保證音質(zhì)的最佳選擇。此外高通濾波器常常和低通濾波器成對出現(xiàn)，不論哪一種，都是為了把一定的聲音頻率送到應(yīng)該去的單元。2.1.32.1.3 帶通濾波器帶通濾波器所謂帶通就是讓它們在規(guī)定頻率范圍內(nèi)通過高通濾波器+低通濾波器=帶通濾波器。比如:600Hz-5KHz 的帶通濾波器先做一個(gè) 600Hz 的高通濾波器,再做一個(gè) 5KHz 的低通濾波器,讓通過的頻率在高通濾波器中濾掉 600Hz 以下的頻率,然后經(jīng)過低通濾波器濾波器濾掉 5K

8、Hz 以上的頻率,剩下的就是 600Hz-5KHz 的頻率的了! 高阻濾波器+低阻濾波器=帶通濾波器的原理同理。2.22.2 功率放大器的功率放大器的分類分類功率放大器簡稱功放，可以說是各類音響器材中最大的一個(gè)家族了，其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚(yáng)聲器進(jìn)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(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同。以其主要用途來說，功放可以分做兩大類別，即專業(yè)功放與家用功放。在體育館場、影劇場、歌舞廳、會議廳或其它公共場所擴(kuò)聲，以及錄音監(jiān)聽等場所使用的功放，一般說在其技術(shù)參數(shù)

9、上往往會有一些獨(dú)特的要求，這類功放通常稱為專業(yè)功放。而用于家庭的 HiFi 音樂欣賞，AV 系統(tǒng)放音，以及卡拉 OK 娛樂的功放，通常我們稱為家第 3 頁用功放。本期只介紹跟我們家庭息息相關(guān)的家用功放。2.2.12.2.1 按器材分類按器材分類 按電路所用的器材分類，功放可以分為電子管放大器、晶體放大器和集成電路放大器。 電子管放大器(俗稱“膽機(jī)”)采用電子管作為放大器，其主要優(yōu)點(diǎn)是動態(tài)范圍大、線性好、音色甜美悅耳。但電子管功放也存在兩個(gè)問題，一是內(nèi)阻大導(dǎo)致放大器阻尼系數(shù)小，影響瞬態(tài)特性，二是電子管需高壓供電，離不開變壓器，變壓器不僅功耗大、體積大，還會導(dǎo)致失真?？朔娮庸芄Ψ诺膬蓚€(gè)缺點(diǎn)，晶體

10、管放大器阻尼系數(shù)可做得很高，有良好的瞬態(tài)特性，在聲音的節(jié)奏感、力度上要比膽機(jī)明快、爽朗、有力；而且無需變壓器，不僅節(jié)省成本，縮小體積，而且避免了由變壓器所引起的失真。 最后一種是集成電路放大器，它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、外圍電路簡單、組裝方便，不足之處是電聲指標(biāo)(功率、頻響、失真度、信噪比等)和音質(zhì)皆不如前兩類放大器。 2.2.22.2.2 按功能分類按功能分類 按照功能分類，功放可以分為前級功放、后級功放和合并式功放。 1、前級功放主要作用是對信號源傳輸過來的節(jié)目信號進(jìn)行必要的處理和電壓放大后，再輸出到后級功放。它就像鐵路岔道一樣，控制切換哪一路音源信號接入功放，哪一路音源信號與功放斷開。2

11、、后級功放后級功放是進(jìn)行單純功率放大的部分，它的作用就是盡可能原原本本地放大來自于前級的信號，我們對后級的要求是，放大倍數(shù)盡可能高，而放大后信號的失真程度應(yīng)盡可能低。除放大電路外，還設(shè)計(jì)有各種保護(hù)電路，如短路保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)等。這兩類功放一般只在高檔機(jī)采用。 3、合并式放大器合并式放大器，將前級放大器和后級放大器合并為一臺功放，兼有前二者的功能，通常所說的放大器都是合并式的，應(yīng)用的范圍較廣。一般來看，合并式功放的功率較前、后級功放小，重放的效果也比前、后級功放差，但合并式功放價(jià)錢較便宜，且使用方便，完全能夠滿足一般的家庭需要。 第 4 頁2.2.32.2.3 按用途分類按用途

12、分類 就功放的用途來區(qū)分，家用功放分為 HiFi 功放和 AV 功放。 1、HiFi 功放HiFi 是英語 HighFidelity的縮寫，意指高度保真，即純音樂功放，是音樂發(fā)燒友的最愛。HiFi 功放的輸出功率大都在 2150 瓦以下。HiFi 在設(shè)計(jì)上強(qiáng)調(diào)最低的信號失真，忠實(shí)地表現(xiàn)出音樂的場面、細(xì)節(jié)和演奏、錄制的技巧等來滿足人們對音樂的最佳欣賞要求。一般用于 HiFi 的功放都是膽機(jī)。HiFi 功放就擴(kuò)聲形式而言，只適用于兩聲道立體聲的重播。 2、AV 功放AV 功放是 Audio&Video 的縮寫，即影音功放，它能同時(shí)連接 56 個(gè)音箱(左右主音箱、中置音箱、左右環(huán)繞音箱、超重

13、低音)并驅(qū)動它們發(fā)出聲音。AV 功放從誕生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了杜比環(huán)繞，杜比定向邏輯，AC3，DTS(均是音頻解碼方式)的發(fā)展進(jìn)程。AV 功放與普通功放的區(qū)別，在于 AV 功放有 AV 選擇杜比定向邏輯解碼器，AC3，DTS解碼器和五聲道功率放大器，以及畫龍點(diǎn)睛的數(shù)字聲場 DSP 電路。鑒于欣賞碟片中多聲道錄音效果的需要，AV 功放的每聲道功率輸出也會不同，一般來說主聲道功率最大，中置次之，環(huán)繞最小，這方面的代表是帶有杜比定向邏輯環(huán)繞聲放的功放。為了增加使用樂趣，大多數(shù) AV 功放都附有 DSP，為各種節(jié)目播放提供不同的聲場效果。本次制作功放部分采用高保真集成塊電路采用 TDA2030 與 LM18

14、75，該集成電路外圍電路極其簡潔，而且還有過熱、靜噪、短路等保護(hù)電路。第 5 頁第第 3 3 章章 音頻功率放大器的設(shè)計(jì)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)3.13.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 本課程要求設(shè)計(jì)與制作一款適合電腦多媒體 2.1 音箱的有源功率放大器，系統(tǒng)包括重低音功率放大器、左右聲道功率放大器、音量調(diào)節(jié)、電源等組成。 性能主要指標(biāo)：額定輸出功率：低音10W；中高音2*5W頻率響應(yīng)：低音1KHZ3.23.2 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 本系統(tǒng)為 2.1 聲道功率放大輸出，左右聲道信號源 Lin 和 Rin 經(jīng)高通濾波器，送至各左右聲道功率放大器，最后饋至左右聲道揚(yáng)聲器；重低音通道由 Lin 和 Rin 混合至帶通

15、濾波器，再經(jīng)功率放大器送至重低音揚(yáng)聲器。方案見圖 3.1 所示。 圖 3.1 系統(tǒng)方案圖3.33.3 方案選擇方案選擇3.3.13.3.1 功放類型的選擇功放類型的選擇方案一：采用 A 類、B 類、AB 類功率放大器。這幾種放大電路的共同特點(diǎn)是晶體管都工作在線性放大區(qū)中，它按輸入音頻信號的大小控制著輸出信號，但自身也在消耗電能。A 類功率放大器的特點(diǎn)是線性好、失真小且失真成分以偶次諧波為主，通常需要偏置電壓才能工作，能量轉(zhuǎn)換效率很低，輸出功率一般較小并且理論效率只有 50%，揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器右聲道功率放大器重低音功率放大器左聲道功率放大器帶通濾波器高通濾波器右聲道輸入左聲道輸入RinLin高

16、通濾波器第 6 頁所以不行。B 類功率放大器雖然不需要偏置電壓，靠信號本身來導(dǎo)通放大管，理論效率可達(dá) 78.5%，但電路在小信號時(shí)失真嚴(yán)重。通常，在電路中略加一點(diǎn)偏置形成 AB 類功率放大器，雖然效率略有下降，但保真度高、小信號時(shí)失真減弱。方案二：采用 D 類功率放大器。D 類功率放大器基本構(gòu)成框圖如 2-1 所示，它是用音頻信號的幅度調(diào)制高頻脈沖的寬度，功率輸出管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，通過 LC 低通濾波器后輸出音頻信號。由于輸出管工作在開關(guān)狀態(tài)，故具有極高的效率（理論上為100%，實(shí)際電路可以達(dá)到 80%95%），但 D 類功放也有不足之處，就是保真度低、輸出音質(zhì)較差，所以一般應(yīng)用于手持式設(shè)

17、備（如手機(jī)、PDA 等）。 圖 3.2 D 類音頻功率放大器基本構(gòu)成圖以上兩個(gè)方案中，D 類音頻功放雖然具有效率高、體積小、輸出功率大、低 EMI、具備多種工作模式等特點(diǎn)，但保真度不及傳統(tǒng)功放。傳統(tǒng)的模擬音頻功放保真度高，但效率低、能耗大，且要求有良好的散熱設(shè)備。本設(shè)計(jì)選用第一種方案，以性價(jià)比較高、音質(zhì)較好、價(jià)格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的集成功放 TDA2030 為核心設(shè)計(jì)相關(guān)硬件。3.2.23.2.2 實(shí)現(xiàn)電路的選擇實(shí)現(xiàn)電路的選擇首先確定整機(jī)電路的級數(shù)，再根據(jù)各級的功能及技術(shù)指標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計(jì)算各級電路參數(shù)，通常從功放級開始向前逐級計(jì)算。基于模擬功放 TDA2030的音頻

18、放大器如圖 2-2 所示，主要由電源模塊、前置放大模塊、音量控制模塊及功率放大模塊和揚(yáng)聲器組成。 第 7 頁 音 頻 信 號 前 置 發(fā) 大 模 塊音 量 音 調(diào) 控 制 模 塊 功 率 放 大 模 塊揚(yáng) 聲 器電 源 模 塊圖 2-2 基本組成框圖各部分的基本功能如下：1.前置放大模塊前置放大模塊是把音頻信號放大至功率放大器所能接受的輸入范圍。它具有兩個(gè)功能：一是要選擇所需要的音源信號，并放大到額定電平；二是要進(jìn)行各種音質(zhì)控制，以美化聲音。其基本組成由音源選擇、輸入放大和音質(zhì)控制等電路。2.音量控制模塊音量控制模塊是將前置放大后的信號通過電位器來控制 TDA2030A 芯片的輸入信號的大小，

19、用來控制整個(gè)音量的大小。3.音調(diào)控制模塊 音調(diào)控制電路用來對音頻信號各頻段內(nèi)的信號進(jìn)行提升或衰減，調(diào)節(jié)輸入信號的低頻、中頻、高頻成分的比例，改變前置放大器的頻率特性，以補(bǔ)償音頻系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的頻率失真。4.功率放大模塊給音頻放大器的負(fù)載 RL(揚(yáng)聲器)提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能小，效率盡可能大。第 8 頁第四章第四章 單元模塊設(shè)計(jì)單元模塊設(shè)計(jì)4.14.1 前置放大模塊設(shè)計(jì)前置放大模塊設(shè)計(jì)前置放大模塊基本組成是有輸入放大和音質(zhì)控制等電路。其作用一是要選擇所需要的音源信號，并放大到額定電平；二是要進(jìn)行各種音質(zhì)控制，以美化聲音。這里的前置電路是由集

20、成運(yùn)放和外圍元件組成的。4.1.14.1.1 集成運(yùn)放集成運(yùn)放集成運(yùn)放的應(yīng)用十分廣泛，包括模擬信號的產(chǎn)生、放大、濾波以及進(jìn)行各種線性和非線性的處理。集成運(yùn)放的種類很多，而且每塊集成電路根據(jù)引腳的數(shù)量不同而集成的運(yùn)放的個(gè)數(shù)不同，有單片集成電路集成四個(gè)運(yùn)放的，如LM324、TLC27M4、UPC324C、LF347N、LM2902N 等，也有單片集成電路集成一個(gè)運(yùn)放的，如 UA741、UA709、LM301、LM308、TD07、LF356、OP07、OP37、MAX427 等。集成運(yùn)放可以用來組成對模擬量進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算功能的電路，例如比例、加減、積分和微分、對數(shù)和指數(shù)、乘除等運(yùn)算電路。由于放大

21、電路只限于放大音頻輸入信號，且放大倍數(shù)也不高，因此采用單片集成電路集成四個(gè)運(yùn)放的 LM324 較為合適。4.1.24.1.2 LM324LM324 簡介簡介LM324 為四運(yùn)放集成電路，采用 14 腳雙列直插塑料封裝，其引腳圖和實(shí)物圖如圖4-1 和引腳功能如表 4-1 所示。 a) 引腳圖 b) 實(shí)物圖圖 4-1 LM324 的引腳圖和實(shí)物圖第 9 頁表 4-1 LM324 引腳功能表引腳功能引腳功能1輸出 18輸出 32反向輸入 19反向輸入 33正向輸入 110正向輸入 34電源11接地5正向輸入 212正向輸入 46反向輸入 213反向輸入 47輸出 214輸出 4LM324 內(nèi)部有四個(gè)

22、運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，LM324 工作電壓范圍寬，可用正電源 330V，或正負(fù)雙電源1.5V15V 工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為 OVcc。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互單獨(dú)。每一組運(yùn)算放大器可用如圖所示的符號來表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。LM124、LM224 和

23、 LM324 引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。LM124 是軍品，LM224 為工業(yè)品，而 LM324 為民品。由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此它被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。4.1.34.1.3 輸輸入放大電路入放大電路1.電路原理圖前置放大電路可以用晶體管也可采用集成運(yùn)放來完成。本文中采用集成運(yùn)放并采用雙電源供電，電路原理圖如圖 4-2 所示。2.參數(shù)計(jì)算與元件選擇放大器電壓放大倍數(shù) Av 僅由外接電阻 R12、R11 決定：Av=- R11/R12。負(fù)號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖 4-2 中所給數(shù)值，Av=-2。此電路輸

24、入電阻為R12。一般情況下先取 R12 與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)再選定 R11 第 10 頁。C16 和 C12 為級間耦合電容。集成運(yùn)放交流放大器只放大交流信號，輸出信號受運(yùn)放本身的失調(diào)影響較小，因此不需要調(diào)零。沒有必要加接調(diào)零電路。1KR13100KR1110KR124.7uFC1212V-12V321411ALM3244.7uFC16UiUo圖 4-2 同相輸入放大電路元件的選擇：R12 取 10K，由 Av=-R11/R12 可知 R11 取 100K，R13 為平衡電阻，根據(jù)平衡電阻的概念，R13=R12/R11=1K 的電阻，C16 一般取幾微法，本文中取4.7F/

25、25V 的電解電容。綜上所述,四個(gè)前置放大器都用運(yùn)放來完成，因此可用一個(gè)單片集成電路集成四個(gè)運(yùn)放的集成運(yùn)放，這類型的常用四運(yùn)放也很多，如 UPC324C、TLC27M4、LF347N、LM324等，本文中就選取 LM324 作為前置放大器。4.24.2 音量控制模塊音量控制模塊 音量控制模塊作用是控制輸入到功率放大器的信號幅度，常用的音量控制電路有分壓式音量控制電路和電子音量控制電路兩種。如圖 4-3 所示。圖中只畫出了一個(gè)聲道的分壓式音量控制電路。第 11 頁4.7uFC2610KR27392uFC2850KW522nFC3010KR284.7uFC26UiUo圖 4-3 音量控制電路圖 4

26、-3，W5 是音量電位器，滑動端將 W5 分為前后（R1、R2）兩部分，輸入電壓取前部分 R2 的電壓。調(diào)節(jié) W5 滑動端的位置即可改變輸入電壓的大小。W5 滑動端滑到最下端時(shí)，R1=W5，Uo=0，音量為零。W5 滑動端滑到最上端時(shí)，Ui=Uo，輸入電壓全部輸入到功率放大器中，音量最大。4.34.3 音調(diào)控制音調(diào)控制模塊模塊負(fù)反饋式高低音調(diào)節(jié)的音調(diào)控制電路比較簡單，圖中只畫出了一個(gè)聲道的電路,如圖 4-4 所示。不同電容量在低音、中音、高音時(shí)的容抗值如表 4-2 所示。所謂音調(diào)控制就是人為地改變信號里高、低頻成分的比重，以滿足聽者的愛好、渲染某種氣氛、達(dá)到某種效果或補(bǔ)償揚(yáng)聲器系統(tǒng)及放音場所的

27、音頻不足。音調(diào)控制電路用以改變放大器的頻率特性，補(bǔ)償整個(gè)放音系統(tǒng)頻率特性的偏差，也用來滿足聽從對音色的不同需要。音調(diào)處理電路的基礎(chǔ)是各種形式的濾波器。正是這些濾波器構(gòu)成了音頻電路中的音調(diào)控制器。音頻器件中無論是簡單的單調(diào)處理電路還是復(fù)雜的均衡器，均由各種有源或無源濾波器組成。利用這些濾波電路，可以組成各種高通、低通濾波器和帶通濾波器，以抑制電路中不需要的頻率并通過所選擇的頻率。音調(diào)控制電路用來對音頻信號各頻段內(nèi)的信號進(jìn)行提升或衰減，調(diào)節(jié)輸入信號的低頻、中頻、高頻成分的比例，改變前置放大器的頻率特性，以補(bǔ)償音頻系統(tǒng)各環(huán)節(jié)第 12 頁的頻率失真，或滿足聽者對音色的愛好和需求。10KR2410KW2

28、7.5KR2322nFC2110KW122nFC304.7KR2115nFC247.5KR194.7uFC2612V321411ALM3244.7uFC26-12VUiUo圖 4-4 負(fù)反饋高低音調(diào)節(jié)的音調(diào)控制電路表 4-2 不同電容量在低音、中音、高音時(shí)的容抗值音調(diào)頻率 F/(Hz)C21=0.015F 時(shí)的XC1C30=1500pF 時(shí)的XC2低音100Hz106K1600K中音1kHz10.6K106K高音10kKHz1.06K10.6K音調(diào)控制是指調(diào)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，使它對音頻信號的高、低頻率成分產(chǎn)生不同程度的反饋或衰減網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，從而達(dá)到改變電路頻率響應(yīng)特性之目的。常用的音調(diào)

29、控制電路只有高音和低音頻段兩個(gè)控制電路，可以對高、低頻成分進(jìn)行提升或衰減的控制。1.低音控制電路的工作原理圖中 C21、C30 的容量大于 C24，對于低音信號 C21 與 C30 可視為開路，而對于高音信號 C24 可視為短路。低音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng) W1 滑臂到左端時(shí)，C21 被短路，C30 對低音信號容抗很大，可視為開路；低音信號經(jīng)過 R23 直接送入運(yùn)放，輸入量最大；而低音輸出則經(jīng)過 R19、W1 負(fù)反饋送入運(yùn)放，負(fù)反饋量最小，因而低音提升最大；當(dāng) W1 滑臂第 13 頁到右端時(shí)，則剛好與上述情形相反，因而低音衰減最大。不論 W1 的滑臂怎樣滑動，因?yàn)?C21、C30 對高音信號可視為是短路的

30、，所以此時(shí)對高音信號無任何影響。2.高音控制電路的工作原理高音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng) W2 滑臂到左端時(shí)，因 C24 對高音信號可視為短路，高音信號經(jīng)過W2、C24 直接送入運(yùn)放，輸入量最大；而高音輸出則經(jīng)過 W2、C24 負(fù)反饋送入運(yùn)放，負(fù)反饋量最小，因而高音提升最大；當(dāng) W2 滑臂到右端時(shí)，則剛好相反，因而高音衰減最大。不論 W2 的滑臂怎樣滑動，因?yàn)?C24 對中低音信號可視為是開路的，所以此時(shí)對中低音信號無任何影響。4.44.4 功率放大器模塊功率放大器模塊4.4.14.4.1 重低音放大電路重低音放大電路重低音放大電路主要由 LM1875 功率集成塊及 NE5532 運(yùn)放等元器件組成，電路原理如

31、圖 4.5 所示1、LM1875 音頻功率放大器LM1875 是單片功率放大器，LM1875 采用 TO-220 封裝結(jié)構(gòu)，形如一只中功率管，體積小巧，外圍電路簡單，且輸出功率較大，為消費(fèi)者在音頻應(yīng)用場合提供非常低失真度和高品質(zhì)的性能。LM1875 采用25V 電源供電，能夠輸出 20W 功率，驅(qū)動 4 或 8歐姆負(fù)載，采用30V 電源供電時(shí)，能夠輸出 30W 功率，驅(qū)動 8 歐姆負(fù)載。放大器具有最少的外圍元件，保護(hù)電路包括內(nèi)部電流限制和熱關(guān)斷，該集成電路內(nèi)部設(shè)有過載過熱及感性負(fù)載反向電勢安全工作保護(hù)。LM1875 采用先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)技術(shù)，可達(dá)到極小的失真度，即使在大輸出功率電平時(shí)也是如此。L

32、M1875 還具有高增益、快速轉(zhuǎn)速率、寬功率帶寬、大輸出電壓擺幅、大電流能力和非常寬的電源范圍等特性，放大器采用內(nèi)部補(bǔ)償，使之在增益 10 或更高時(shí)均能穩(wěn)定。LM1875 可用于高品質(zhì)音頻系統(tǒng)、電橋放大器、立體聲唱機(jī)、伺服系統(tǒng)放大器、儀器放大器等。LM1875 主要參數(shù)：典型工作電壓：25V靜態(tài)電流：50mA輸出功率：25W諧波失真：0.02%，當(dāng) f=1kHz，RL=8，P0=20W 時(shí)轉(zhuǎn)換速率：18V/S 第 14 頁圖 4.5 LM1875 音頻功率放大器電路圖2、NE5532 引腳功能 1 通道 1 輸出 2 通道 1 倒相輸入3 通道 1 非倒相輸入 4 地 5 通道 2 非倒相輸入

33、6 通道 2 倒相輸入7 通道 2 輸出8 電源電壓 NE5532 引腳功能定義圖4.4.24.4.2 有源低通濾波器有源低通濾波器(LPF)(LPF)1、低通濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)通帶增益 Avp通帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)。性能良好的 LPF 通帶內(nèi)的幅頻特性曲線是平坦的，阻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)基本為零。通帶截止頻率 fp其定義與放大電路的上限截止頻率相同。見圖自明。通帶與阻帶之間稱為過渡帶，過渡帶越窄，說明濾波器的選擇性越好。C510u/50VR622K12435LM 1875R710KR8510C622u/50V-Vpp+VppR910KC7223LS 3SP EAKER第

34、15 頁2、有源濾波器運(yùn)算放大器的應(yīng)用有源濾波器是由 RC 元件及運(yùn)算放大器組成，本課題選用了 NE5532 運(yùn)算放大器及RC 網(wǎng)絡(luò)組成有源濾波器，NE5532 運(yùn)算放大器具有優(yōu)良的性能，主要指標(biāo)如下：（1）等效輸入噪聲電壓 5nV/根號 Hz 典型值 1kHz （2）單位增益帶寬 10 MHz 典型值 （3）共模抑制比 100 dB 典型值 （4）高 dc 電壓增益 100V/mV 典型值 （5）峰峰電壓波動 32 V 典型值，VCC18V 和 RL600 歐姆 （6）高轉(zhuǎn)換速度 9V/us 典型值 （7）電源電壓范圍寬 3V 至 20V3、簡單一階低通有源濾波器一階低通濾波器的電路如圖 4

35、.6 所示，其幅頻特性見圖 4.7，圖中虛線為理想的情況，實(shí)線為實(shí)際的情況。特點(diǎn)是電路簡單，阻帶衰減太慢，選擇性較差。 圖 4.6 一階低通濾波器電路 圖 4.7 一階低通濾波器電路幅頻特性4、簡單二階低通有源濾波器二階低通濾波器的電路如圖 4.8 所示，其幅頻特性見圖 4.9為了使輸出電壓在高頻段以更快的速率下降，以改善濾波效果，再加一節(jié) RC 低通濾波環(huán)節(jié)，稱為二階有源濾波電路。它比一階低通濾波器的濾波效果更好。圖 4.8 二階 LPF 的電路圖 圖 4.9 二階 LPF 的幅頻特性曲線第 16 頁4.4.34.4.3 左右聲道放大電路左右聲道放大電路功率放大器是音頻系統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的重

36、要部分，其主要任務(wù)是將音頻信號放大到足以推動外接負(fù)載如揚(yáng)聲器、音箱等。不同于前置放大器的功率放大器不僅對音頻電壓信號進(jìn)行放大，而且放大了音頻電流信號，以滿足外接負(fù)載的功率需求。音頻功率放大器的類型很多，根據(jù)使用的器件不同，為純電子管、晶體管、集成電路、場效應(yīng)管功率放大器。一般認(rèn)為電子管功率放大器（俗稱膽機(jī)）的音色優(yōu)于晶體管功率放大器音色。晶體管放大器的頻響寬，低頻可延伸至直流，是目前輸出功率最大的功率放大器。場效應(yīng)管功率放大器的音色是晶體管機(jī)中音色最好的一種。集成電路功率放大器則以其制作簡單、性能穩(wěn)定、功能齊全、價(jià)格低廉而使其成為數(shù)量最多的一種。TDA2030 集成音頻功率放大器就是其中的一種

37、。本文中就選取 TDA2030 集成音頻功率放大器做為左右聲道放大電路。4.4.44.4.4 TDA2030TDA2030 簡介簡介1.引腳排列(如圖 4-10 所示）圖 4-10 TDA2030 引腳圖圖中，1 腳是正相輸入端，2 腳是反向輸入端，3 腳是負(fù)電源輸入端，4 腳是功率輸出端，5 腳是正電源輸入端。TDA2030 是一塊性能十分優(yōu)良的功率放大集成電路，其主要特點(diǎn)是上升速率高、瞬態(tài)互調(diào)失真小。瞬態(tài)互調(diào)失真是決定放大器品質(zhì)的重要因素，在目前流行的數(shù)十種功率放大集成電路中，規(guī)定瞬態(tài)互調(diào)失真指標(biāo)的僅有包括 TDA2030 在內(nèi)的幾種該集成功放。TDA2030 集成電路的另一特點(diǎn)是輸出功率

38、大，而保護(hù)性能以較完善。TDA2030 集成電路的第三個(gè)特點(diǎn)是外圍電路簡單，使用方便。在現(xiàn)有的各種功率集成電路中，它的第 17 頁管腳屬于最少的一類，總共才 5 端，外型如同塑封大功率管，這就給使用帶來不少方便。TDA2030 的電氣性能穩(wěn)定、可靠、能適用長時(shí)間連續(xù)工作，集成塊內(nèi)部具有過載保護(hù)和熱切斷保護(hù)電路，不會損壞器件。在單電源使用時(shí)，散熱片可直接固定在金屬板上與地線相通，無需絕緣，使用十分方便。是目前音質(zhì)較好、價(jià)格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的一款性價(jià)比較高的集成功放。2.主要參數(shù)表 4-3 TDA2030 主要參數(shù)參數(shù)名稱符號單位參數(shù)最小典型最大測試條件電源電壓VccV 61418靜

39、態(tài)電流IccmA4060Vcc=18V，RL=4歐W1214RL=4，THD=0.5%輸出功率PoW89RL=8，THD=0.5%頻響B(tài)WHz10140KPo=12w，RL=4，輸入阻抗RiM0.55開環(huán)，=1KHz諧波失真THD%0.20.5Po=0.1-12W，RL=4 3.TDA2030 應(yīng)用電路由設(shè)計(jì)的框圖可知，本級的放大倍數(shù)為 4V/100mv=40 倍，相應(yīng)的電壓增益為44dB。為了提高電路的穩(wěn)定性，電路的反饋采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋。負(fù)回饋之所以能夠改善放大電路的多方面性能，歸根結(jié)底是由將電路的輸出量引回到輸入端與輸入量進(jìn)行比較，從而隨時(shí)對輸出量進(jìn)行調(diào)整。反饋愈深，即1+AF的值愈大，

40、這種作用愈強(qiáng)，對電路性能的改善愈為有益。但是1+AF的值愈大，增益下降愈多。由此可見，負(fù)反饋對放大電路性能的改善是以犧牲增益為代價(jià)的。該電路閉環(huán)增益可由下式估算：Au=1+R6/R7第 18 頁由上式可知：Au=1+R6/R7=40根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)本次 TDA2030 采用正負(fù)雙電源供電，畫出相應(yīng)的電路圖，如圖 4-11 所示。321411U1ATDA2030A39KR822uFC51KR739KR60.1pFC71.5R912V-12V4.7uFC6Ui圖 4-11 功放電路基本原理R7 一般取幾百歐到幾千歐，本次 R7 取標(biāo)稱值為 1K，則 R6 為 39K，取標(biāo)稱值為 39K 的電阻。C5

41、的作用使電路的直流工作狀態(tài)采用 100%的負(fù)反饋，即直流增益為 1，所以工作點(diǎn)非常穩(wěn)定。C5 一般取幾十微法，本文中取為 22F、耐壓為 50v 的鋁電解電容。R9 和 C7 組成阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，用以避免電感性負(fù)載產(chǎn)生過電壓擊穿芯片內(nèi)功率管，同時(shí)具有改善揚(yáng)聲響應(yīng)，消除自激振蕩的功效。R9 一般取幾歐到幾十歐，本次取 1.5 的碳膜電阻。C7 一般取零點(diǎn)零幾微法到零點(diǎn)幾微法本次取容量為 0.1F 耐壓 63V 的滌綸電容。C6 為耦合電容，取容量為 2.2F 耐壓 50V 的鋁電解電容。R8 為芯片輸入級偏置電阻，為輸入端提供直流通路，一般取幾十千歐，本次取阻值為 39K 的碳膜電阻。為了使運(yùn)放電

42、路更穩(wěn)定的工作，還需要在運(yùn)放的正負(fù)電源端第 19 頁與地之間分別接幾十到上百微法的電解電容和 0.01-0.1F 的電容用來旁路非直流信號。但由于在后面要設(shè)計(jì)的電源電路中有了這樣的旁路電容，所以在集成運(yùn)放的電源輸入端就不需要這類的電容了。4.54.5 電源模塊電源模塊4.5.14.5.1 電源電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電源電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整流電路變壓器濾波電路濾波電路電源指示電路輸出輸入圖 4-12 電源電路組成框圖很多常見的電子設(shè)備中都需要直流電源供電，小功率不間斷時(shí)可以用電池供電，而在很多很多場合電池就無法滿足供電需求，此時(shí)就要用直流電源來供電。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路等構(gòu)成，其

43、結(jié)構(gòu)框圖如圖 4-12 所示。本文中設(shè)計(jì)的電源為12V 雙電源輸出，最大輸出電流為 1.5A。濾波電路通常由電容、電感等電抗性元件組成。利用電容兩端不能突變和流過電感的電流不能突變的特點(diǎn)，把電容和負(fù)載并聯(lián)或電感和負(fù)載串聯(lián)都可以實(shí)現(xiàn)濾波，使輸出的電壓紋波變得平滑。電容組成的濾波器電路簡單、輸出直流電壓較高、紋波較小，作為小功率直流電源。電感帶負(fù)載能力強(qiáng)，但成本高、易引起電磁干擾等，適用于低電壓、大電流場合。因此本文中選用電容作為電源濾波器。整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流電路等幾類。整流電路是根據(jù)二極管的意向?qū)щ娦詠韺?shí)現(xiàn)的。本文中就選取橋式整流電路作為電源的整流電路。電源指示電路是由一個(gè)

44、LED 燈和一個(gè)限流電阻構(gòu)成的，其作用就是通過 LED 燈來判斷電源電路的好壞。4.5.24.5.2 電源電路電源電路根據(jù)要求使輸出的電壓值為 12V，電流值為最大 1.5A，其參數(shù)為 第 20 頁Uo=11.5V12.5V，Iomax=1.5A。電源電路如圖 4-13 所示。0.1uFC91000uFC10LED1KR101000uFC110.1uFC8+12VGND-12V220V圖 4-13 電源電路整流電路選取兩兩并聯(lián)的二極管橋式整流電路，取 IN4007，其參數(shù)為耐壓為1000V，整流電路為 1A，電路如圖 4-14 所示。- +圖 4-14 整流電路變壓器的選?。汗浪阌捎跒V波后的電

45、壓為濾波前的 1.2 倍，因此變壓器的輸出范圍應(yīng)為 14/1.235/1.2V=1230V，不忽略整流二極管的管壓降時(shí)，輸入電壓約為1331V。由于電容濾波后的電壓為濾波前的確 1.2 倍，加上整流管的壓降，綜合上述考濾，輸入電壓約為：14/1.2+0.735/1.2+0.7=1331V故本文中選取的電源變壓器為中間帶有抽頭的變壓器。如圖 4-15 所示。第 21 頁圖 4-15 電源變壓器其參數(shù)為輸入電壓為 220V/50Hz，兩端的任何一端和中間抽頭之間的電壓為 12V，兩端的端電壓為 12V/1.5A，功率為121.5=18W的變壓器。若效率為 70%，則功率應(yīng)這 25.7W 的鐵芯變壓

46、器。濾波電容的選?。簽V波電容可由下式估算C(35)T/(2RL)式中，T 為市電周期，T=0.02s。電容耐壓值的估算：UCN =（1.52）U2，U2 為變壓器的二次電壓。根據(jù)公式UCN (1.52)U2本文中選取 1000F 由于變壓器的輸出電壓為 25.7V，每個(gè)電容兩端的電壓約為12V，則 C10 的耐壓應(yīng)為（1.52）U2，UCN =22.530V，故本文中的 C10、C11 應(yīng)選取容量為 1000F，耐壓為 35V 的鋁電解電容。C8、C9 一般用高頻特性較好的磁介電容，一般取 0.1F。第 22 頁第五章第五章 布線及布線時(shí)的注意事項(xiàng)布線及布線時(shí)的注意事項(xiàng)5.1.5.1.信號線及

47、焊盤信號線及焊盤 信號線不能設(shè)置的太細(xì)，應(yīng)不低于 2cm，一般取 2cm 即可。若太細(xì)，在后面的工序中，在刻字機(jī)上不容易刻出很細(xì)的線條以及腐刻覆銅板時(shí)導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度不夠，易造成導(dǎo)線斷裂。信號線也不能設(shè)置得太粗，不要超過焊盤的直徑，一般二者的直徑之差為 1cm 即可。焊盤直徑不要低于 3cm，一般的焊盤取 3cm 就可以，特殊的元件可根據(jù)其管腳寬度等實(shí)際情況選取。例如，保險(xiǎn)絲座的引腳就很寬，所以至少得取直徑為 4cm 焊盤或方形焊盤，防止在鉆孔時(shí)，由于鉆頭與絕緣基板摩擦產(chǎn)生的熱量容易使焊盤脫離基板，不利于裝配。同時(shí)，也有利于焊接裝配時(shí)導(dǎo)電良好、保證機(jī)械強(qiáng)度。5.25.2 地線的設(shè)計(jì)地線的設(shè)計(jì)電子

48、產(chǎn)品的地線設(shè)計(jì)是非常重要的，無論高、低頻電路都必須要符合設(shè)計(jì)規(guī)則。低頻電路主要考慮大小信號地電位的疊加問題，要嚴(yán)格遵循“獨(dú)立走線、集中一點(diǎn)接地”的原則，從而顯著提高信噪比、降低噪音。音頻電路地線可分為電源地和信號地，電源地主要是指濾波、退耦電容的地線；小信號地是指輸入信號、反饋地線。小信號地與電源地不能混合，否則會產(chǎn)生較強(qiáng)的交流聲。5.35.3 布線方法布線方法正確的布線方法是遵循“獨(dú)立走線、集中一點(diǎn)接地”的原則，選擇濾波電容引腳作為電源地集中接地點(diǎn)，將輸入信號強(qiáng)、弱信號地線嚴(yán)格區(qū)分開，獨(dú)立走線。另外，由于TDA2030 輸出功率較大，因此需加散熱器。而TDA2030 的負(fù)電源引腳（3 腳）與