音響系統放大器設計

1、 音響系統放大器設計一、 設計任務與要求1.1一般說明：音響系統中的放大器決定了整個音響系統放音的音質、信噪比、頻率響應以及音響輸出功率的大小。高級音響中的放大器通常分為前置放大器和功率放大及電源等兩大部分。前置放大器又可分為信號前置放大器和主控前置放大器。信號前置放大器的作用是均衡輸入信號并改善其信噪比；主控前置放大器的功能是放大信號、控制并美化音質；功率放大器及電源部分的主要功能是提供整機電源及對前置放大器來的信號作功率放大以推動揚聲器。其組成框圖如圖所示：均衡放大器話筒放大器音調控制放大器噪聲濾波器功率放大器電源信號前置放大器主控前置放大器唱機話筒調諧器揚聲器平衡調節(jié)音量調節(jié)1.2設計任

2、務： 設計一個音響系統放大器。具體要求如下： 負載阻抗 ； 額定功率 ； 帶寬 ； 失真度 ； 音調控制 低音（100Hz）±12dB; 高音（10kHz）±12dB; 頻率均衡特性符合RIAA標準； 輸入靈敏度 話筒輸入端5mV; 調諧器輸入端100mV; 輸入阻抗 Ri500k; 整機效率 50%；二、方案設計與論證本設計由語音放大器、混合前置放大器、音調控制器及功率放大器五部分組成。此設計方案具有使用元件少，電路簡單明了等特點。其工作原理如下：當語音信號由話筒輸出后，進入語音放大器放大。信號連同磁帶放音機產生的信號一同進入混合前置放大器，并進行放大。放大后的信號進入音

3、調控制器，然后進入功率放大器進行功率放大后，由揚聲器輸出聲音。晶體管放大器具有細膩動人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動態(tài)范圍等特點，因此本設計采用晶體管件設計放大器。還可以配合來自聲源特別是數碼聲源的音質而設計和使用。它不會使聲音降級。此外它還具有效率高，電力損失小等優(yōu)點。2.1 放大電路的比較與論證方案一：采用uA741運算放大器設計電路，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。方案二：采用LM324通用四運算放大器，雙列直

4、插8腳封裝，內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。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。本設計放大倍數不高，LM324能達到頻響要求，故選用LM324四運放大器。2.2 音頻功率放大電路的比較與論

5、證方案一：采用SL34集成功率放大器， SL34是低電壓集成音頻功放，功耗低、失真小，工作電壓為6V，8負載時，輸出功率在300mW以上。主要用于收音機及其它功放。方案二： LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應用于錄音機和收音機之中。LM386電源電壓4-12V，音頻功率0.5w。LM386音響功放是由NSC制造的，它的電源電壓范圍非常寬，最高可使用到15V，消耗靜態(tài)電流為4mA，當電源電壓為12V時，在8歐姆的負載情況下，可提供幾百mW的功率。它的典型輸入阻抗為50K。方案三：TDA2030芯片所組成的功放電路，

6、它是一款輸出功率大，最大功率到達35W左右， 靜態(tài)電流小，負載能力強，動態(tài)電流大既可帶動4-16的揚聲器，電路簡潔，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有內部保護電路。方案選?。罕菊n題要求音響放大器的輸出功率在5W以上，然而LM386達不到這功率，故選用TDA2030。頻率響應fLfH50Hz15kHz；而單電源供電音頻功率放大器已經達到所需要的目標。并且它較少元件組成單聲道音頻放大電路、裝置調整方便、性能指標好等特點。而BTL電路雖然也有以上的功能，但制作復雜，不利于維修。三、單元電路設計與參數計算3.1 話音放大器與混合前置放大器的設計由于話筒的輸出信號一般只有5mV左右，而輸出阻抗達到2

7、0k(亦有低輸出阻抗的話筒如20，200等)，所以話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號(最高頻率達到10kHz)。其輸入阻抗應遠大于話筒的輸出阻抗。圖1-1所示電路由話音放大器與圖4-4混合前置放大器兩級電路組成，其中U1A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A=1+R2/R1=16.8 。 圖1-1 話音放大器電路圖 圖1-1中的混合前置放大器的電路中，U1A作反相放大器。電路中電容C3、C2是用作噪聲去耦合的，可以用小體積大容量的鉭電容或普通電解電容，一般選為10F。耦合電容的作用是阻止前后兩級電路的信號相互干擾影響，并且不會影響信號的傳遞。

8、 圖1-2 混合前置放大器的電路3.2 音調控制器的設計音調控制器主要是控制、調節(jié)音響放大器的幅頻特性，理想的控制曲線如圖1-4中折線所示。圖1-3中，表示中音頻率，要求增益Avo=0dB；表示低音頻轉折頻率，一般為幾十赫茲； (等于)表示低音頻區(qū)的中音頻轉折頻率；表示高音頻區(qū)的中音頻轉折頻率； (等于)表示高音頻轉折頻率，一般為幾十千赫茲5。圖1-3 音調控制曲線音調控制放大器的作用是實現對低音和高音的提升和衰減，以彌補揚聲器等因素造成的頻率響應不足。技術指標通常為：低音(100Hz)±12dB，高音(10kHz)±12dB。目前的高級音響設備大多已采用“多頻段頻率均衡”

9、電路來達到更好地校正頻響效果. 音調控制放大器一般取它的中頻增益為1，但要能滿足音調的調節(jié)范圍。由此得出功率放大部分的電壓增益應大于70倍，即37dB以上。常用的音調控制電路有衰減式音調控制電路和反饋式音調控制電路兩類，由于后者失真較小，所以應用較廣。本系統采用反饋式音調控制電路如圖1-4所示。圖1-4 音調控制器電路音調控制器只對低音的增益進行提升與衰減，中音頻的增益保持0dB不變。因此，音調控制器的電路可由低通濾波器與高通濾波器構成。由運算放大器構成的音調控制器，圖1-4所示。這種電路調節(jié)方面，元器件較少，在一般收音機，音響放大器中應用較多。該音調控制放大器是由一個音調控制網絡和運算放大器

10、 所組成的負反饋放大器，其中R14和R17是分別調節(jié)高音和低音的兩個電位器，調節(jié)R14和R17兩個電位器以改變反饋系數，從而改變放大器的幅頻特性，以達到音調控制作用。3.3功率放大電路的設計功率放大器，簡稱“功放”。很多情況下主機的額定輸出功率不能勝任帶動整個音響系統的任務，這時就要在主機和播放設備之間加裝功率放大器來補充所需的功率缺口，而功率放大器在整個音響系統中起到了“組織、協調”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個系統能否提供良好的音質輸出。當負載一定時，希望其輸出的功率盡可能大，其輸出信號的非線性失真盡可能地小，效率盡可能高，功放的常見電路有OTL(Output Transformerl

11、ess)電路和OCL(Output Capacitorless)電路。有用集成運算放大器和晶體管組成的功放，也有專用集成電路功放。TDA2030A是SGS公司生產的單聲道功放IC，該IC體積小巧，輸出功率大，最大功率到達40W左右；并具有靜態(tài)電流?。?0mA以下），動態(tài)電流大（能承受3.5A的電流）；負載能力強，既可帶動4-16的揚聲器，某些場合又可帶動2甚至1.6的低阻負載；音色中規(guī)中舉，無明顯個性，特別適合制作輸出功率中等的高保真功放等諸多優(yōu)點。圖1-5 功率放大電路音響放大器輸出失真度小于某一數值（如1%) 時的最大功率稱為額定功率，其表達式為：P0=V0²/RL式中，為額定負

12、載阻抗；（有效值）為兩端的最大不失真電壓。VO常用來選定電源電壓（2V0）。四、總原理圖及元器件清單1總原理圖2元件清單元件序號型號主要參數數量備注R1、R3、R4、R9、R10、R19、R20、R2510k8R2158k1R7、R839k2R1513k1R311k1R12、R26、R27、R29100k4R5、R13、R1847k3R284.7k1R6、R11、R3010k滑動變阻器3R14、R17、470k滑動變阻器2C11uf電解容1C2、C6、C1210uf3C3、C5、C4、C7、C8、C1810uf電解容6C9、C1010nf2C11510pf1C134.7uf1C1922uf1C

13、202uf1C21100nf1C222.2mf1U1LM3241U3TDA20301D3、D4二極管2五、仿真調試與分析5.1 靜態(tài)工作點測試接上電源(次級為12伏)，不帶負載情況下接通電源，按下電路板上電源開關，測試濾波電容兩端輸出電壓應為14v左右。若出現異常應該立即斷電。5.2 最大輸出功率測試 將4負載接入功率輸出端。再將信號源調至頻率f=1000hz，輸出電壓為1V，接到音頻放大器的聲道輸入端。將音調調節(jié)電位器調到最大。功率輸出端接上示波器、毫伏表。圖1-6測試的接法調節(jié)音量電位器，使輸出信號失真度THD=1%時，測出功率放大器的輸出電壓Vo的值，由公式P=Vo2/16計算放大器的最

14、大輸出功率。5.3 頻率特性測試調節(jié)1000hz輸入信號幅度（或調音量電位器），使輸出信號為1V。測出電路輸入信號的大小Vi的值。調節(jié)輸入信號的頻率，保持輸入信號Vi的大小不變，測量輸出信號的大小。找出上下限頻率FH和FL，求出通頻帶BW=FH-FL。5.4 輸出結果1.話音放大器輸出波形2.混合前置放大電路與話音放大電路輸出波形3.音調控制電路輸出波形4.功率放大器輸出波形六、結論與心得本次課程設計很好的結合了我們所學習的模電知識，對設計者的要求首先要對模電知識的熟練應用，了解前置放大器與功率放大器的原理以及元件參數設計標準。做出音響很具有實際用處。實際的音響除了簡單放大之外還有很多功能調節(jié)

15、，所以經過一個多星期的資料收集與查詢，又經過幾天的總體構思，我決定做一個分為四部分，可以對話筒以及音源都能夠放大，并且可以調節(jié)高低頻率的音響。設計過程中，每一元件都需要精心的計算，電路圖的設計也需精心琢磨。所有這一切培養(yǎng)了做學問嚴謹態(tài)度和科學精神；本次設計為今后學習甚至工作積累了經驗。在焊接過程中遇到了多多少少的問題 ，需要自己細心耐心解決。因為搞設計的如果沒有耐心和嚴謹的話，是不可能有所成就的。養(yǎng)成這樣的習慣對自己以后的道路很有幫助。在本次設計實驗中自己也暴露出不少缺點，其中包括電子電路基本知識不扎實、對電子設計類軟件和集成電子產品不了解等。針對自身的不足，查漏補缺。在以后的學習中要多查閱電子學習資料，以豐富自己的理論知識，夯實理論基礎。作為當代大學生，僅僅掌握理論知識是遠遠不夠的，還需要大量的實踐，加強素質，成為一名合格的大學生。 七、參考文獻1 謝自美.電子電路設計.實驗.測試.武昌：華中理工大學出版社，1994.2 余孟嘗.數字電子技術基礎簡明教程 M .北京：高等教育出版社，2006：78813 江曉安，董秀敏，楊松華.數字電子技術 M .西安：西安電子科技大學出版社，2008：158164.4 羅杰，謝自美.電子線路設計實驗測試(第4版) M .北京：電子工業(yè)出版社，2008：96102.5 王港元.電工電子實踐指導 M .江西：江西科學技術出版社，2009：