音響放大器設(shè)計東南大學(xué)要點

1、UmsEER電子實驗報告I東南大學(xué)電工電子實驗中心告報實驗電子電路實踐課程名稱:次實驗第音響放大器設(shè)計 實驗名稱:業(yè)：院（系）：專名：學(xué) 號：姓:實驗室實驗組別： 實驗時間：年評定成績:同組人員:審閱教師:實驗五音響放大器設(shè)計【實驗內(nèi)容】設(shè)計一個音響放大器，性能指標(biāo)要求為：功能要求話筒擴(kuò)音、音量控制、混音功能、音調(diào)可調(diào)（選作）額定功率> 0.5W（失真度TH* 10%）負(fù)載阻抗10 Q頻率響應(yīng)f < 50Hz f > 20kHz hl輸入阻抗> 20k Q話音輸入靈敏度< 5mV音調(diào)控制特性（擴(kuò)展）1kHz處增益為0dB, 125Hz和8kHz處有士 12dB的調(diào)

2、節(jié)范圍1. 基本要求功能要求話筒擴(kuò)音、音量控制、混音功能額定功率> 0.5W（失真度TH* 10%）負(fù)載阻抗10Q頻率響應(yīng)f < 50Hz f > 20kHz hl輸入阻抗> 20k Q話音輸入靈敏度< 5mV2. 提高要求音調(diào)控制特性 1kHz處增益為0dB, 125Hz和8kHz處有士 12dB的調(diào)節(jié)范圍。3. 發(fā)揮部分可自行設(shè)計實現(xiàn)一些附加功能【實驗?zāi)康摹?. 了解實驗過程：學(xué)習(xí)、設(shè)計、實現(xiàn)、分析、總結(jié)。2. 系統(tǒng)、綜合地應(yīng)用已學(xué)到的模擬電路、數(shù)字電路的知識，在單元電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用 multisim軟件工具設(shè)計岀具有一定工程意義和實用價值的電子電路。3

3、. 通過設(shè)計、調(diào)試等環(huán)節(jié)，增強獨立分析與解決問題的能力?！緢蟾嬉蟆?.實驗要求：計算（1）根據(jù)實驗內(nèi)容、技術(shù)指標(biāo)及實驗室現(xiàn)有條件，自選方案設(shè)計岀原理圖，分析工作原理,元件參數(shù)。話音放大器：C1-IF47pF1r 1 *R4 :VV V7.7心r ib n r a bWv:iooica : VCC ”-K20kQ八HEBI 亡C17-0V-ftVR23SkO :47pFUA741CDC2X47pf由于話筒的輸岀信號一般只有5mV左右，而輸岀阻抗可能高達(dá)到20k。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(dá)到20kHz）。其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸岀阻抗。話筒接 入后可能會嘯叫，這一

4、般是話筒外殼接地不善引起的。在話筒輸入和地直接接一47uF電容，嘯叫基本消除。由于話筒的輸岀信號一般只有5mV左右，而輸岀阻抗達(dá)到 20kQ （也有低輸岀阻抗的話筒，如20Q, 200 Q等），所以話筒放大器的作用是不失真地放大聲音信號（取頻率lkHz）。其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸岀阻抗。話筒放大器由如圖所示電路組成，即由A1組成的同相放大器，具有很高的輸入阻抗，能與高阻話筒配接作為話筒放大器電路。滿足：Uo= （1+R4/R1） Ui ,取 RF=100KQ 尺仁20 KQ其放大倍數(shù) AV1為：AV1=1+RF/R1=6電路中的電容均用來濾波?；旌锨爸梅糯笃?1 QpiF- C4 Tl-10

5、pFlOOkO'lfri* :R2 ：100kQ50%50% Key*A4ICD:R3：AAA20kO :Cj j10mF3BV:Rf ：-AAA:：1D0kQ :混合前置放大器的作用是將mp3輸岀的聲音信號與話音信號混合放大，其電路如下圖所示RR ffvv vv式中，輸岀電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：從圖中可以看岀，i12ii1oRR I2v為放音機(jī)的輸岀信號。在實驗過程中可調(diào)節(jié)電位器 R1和為話筒放大器的輸岀信號, R2i以調(diào)整增益。音調(diào)控制器:C13:10pF :1C0kQWi:：47kQ: ：（3 :.：.：.i iDnEJant+ R3 -4/kD04*砂FR5:?nmR? -

6、VA ：47kQ：:IDnF. C3"h:：Rp： ：100kfi 50%s. j b I j I. j b i a i d b - Key=A砒dIM控制曲線如圖a折線所示。由圖可 中音頻增益保持不變。所以音調(diào)控圖a.音調(diào)控制曲線音調(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,見，音調(diào)控制器只對低音頻或高音頻的增益進(jìn)行提升或衰減， 制器的電路由低通濾波器與高通濾波器共同組成。因為電容C=C>>C所以在中、低音頻區(qū)，C可視為開路，而在中、高音頻區(qū)，C、C342432可視為短路。低音調(diào)節(jié)時，當(dāng) Rp1滑到左端時，C2被短路，C3對低音信號容抗很大，可視為開路；低音信號

7、經(jīng)過R1、R3直接輸入運放，輸入量最大；而低音輸岀經(jīng)過R2、Rp1、R3負(fù)反饋輸入運放，負(fù)反饋量最小，因而低音提升最大；當(dāng)Rp1滑到最右邊時，與上述情形相反，因而低音衰減最大。不論Rp怎樣滑動，因為 C、C對高音信號可視為短路，對高音信號無任何32影響。高音調(diào)節(jié)時，當(dāng) Rp2滑到左端時，因 C4對高音可視為短路，高音信號經(jīng)R5、C4輸入運放，輸入量最大；而高音輸岀則經(jīng)過Rp2，R5負(fù)反饋送入運放，負(fù)反饋量最小，因而高音提升最大；當(dāng)Rp2滑臂滑到最右端時，則剛好相反，因而高音衰減最大。不論Rp2滑臂怎樣滑動，因為 C4對中低音信號可視為是開路的，所以此時對中低音信號無任何影響。功率放大器：功率放

8、大器給音響放大器的負(fù)載提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時，希望輸岀的功率盡可能的大，輸岀信號的線性失真盡可能的小，效率盡可能的高。 有用專用集成運算放大器和晶體管組電路等。OCL電路和OTL功率放大器的常用形式有.OCL功率放大器電路。成的功率放大器，也有專用集成電路功率放大器。此處采用Q2cis HDrFR5-rmidLiVEER34EV10-00R4 nit口磴.PRR RVloP3i。 A 1 功放的電壓增益為：vRVV2ii若取 R = 1kQ,則 R + R = 19kQ .現(xiàn)取R = 10 kQ ,R = 100kQ。pipi323如果功放級前級是音量控制電位器（設(shè)4.7 kQ）,則

9、取R1=47k Q以保證功放級的輸入阻抗遠(yuǎn)大于前級的輸岀阻抗。若取靜態(tài)電流Io = 1mA，因靜態(tài)時 Vo = 0,故可得oR RPR442V V12V 0.7Vdcc I ) rp = o(設(shè) 2 則 R = 11.3 kQ 取標(biāo)稱值11 k Q。 4其他元件參數(shù)的取值如圖所示。（2）利用EDA軟件進(jìn)行仿真，并優(yōu)化設(shè)計（對仿真結(jié)果進(jìn)行分析）O話音放大器:CH2 Pk-Pk 船與nWCH1MEASURE CM1 Pk-Pk 1-DmV CH1_ MoneUi Ui=10mV, Uo=59.9mVAu=6Uo6，與理論是一致的。分析：電壓增益為Ui1話放輸入Ui1=100mV話放輸入Ui2Mp3

10、 輸入 Ui2=100mV 輸入 Mp3Uo=307mV混合放大后輸出Uo混合放大輸出RR ff，與理論分析：通過觀察輸入和輸出的峰峰值可知，滿足vv v21ioi RR 12分析是一致的。音調(diào)控制器:4時：當(dāng)頻率f=1KMEASUREM Fos -DeCHI NcnfeCHI Pk-Ph lOOrtiVUi=100mvUo=100mV分析：當(dāng)頻率為1K時，增益為Odb,達(dá)到要求。當(dāng)頻率為125Hz時:A:放大:Ui=100mvUo=248mV:衰減：B.Ui=100mvUo=248mV，小于要求的12db,衰減時：=8db分析：放大時：Au=20log (248/100),這是 由于自己在音

11、調(diào)電路中大于要求的-12db) Au=20log (40/100=-8db,選擇太大導(dǎo)致的。R2的R1和Ui=100mvUo=373mV:衰減GH133 ImV GH2Fk-Pfc27.271VCH* NoneCHIUi=100mvUo=27.2mV12db基本達(dá)到要求的（373/100） =11.4db,分析：放大時：Au=20log-12db=-11.3,基本達(dá)到要求的）衰減時： Au=20log （27.2/100功率放大器：CHI二 P-k-Pk» i * i iii： -ZOOmVGH1 NorseGHZPk-Pk5 2VCH1 Nor-5Ui=100mvUo=5.2V，通

12、過調(diào)節(jié)電位器分析： Au=52Rp1可以實現(xiàn)增益的調(diào)節(jié)（3）。實際搭試所設(shè)計電路，使之達(dá)到設(shè)計要求（實物圖要有圖片）IlVIp I A 4 I混放電路 話放電路音調(diào)控制功放電路分析電路性能記錄測試波形及數(shù)據(jù)，按照設(shè)計要求對調(diào)試好的硬件電路進(jìn)行測試，（4）指標(biāo)。=30mv（峰峰值）Ui （峰峰值）Uo最大不失真電壓4.67V，有效值為=13.2V22/10=2.2W，這顯然大于要求的分析：額定功率 計合理。 頻率響應(yīng)：Po=Vo0.5W，說明設(shè) /RL=4.67注：由于驗收那天掃頻儀的探頭不知所蹤，故只能用示波器測量頻率響應(yīng)，方法為先測量中頻區(qū)的輸出電壓，接著在不改變輸入電壓的情況下，調(diào)節(jié)頻率，

13、使得輸出電壓為中頻區(qū)的0.707倍,這樣便可測得上限頻率和下限頻率。中頻區(qū)（取頻率 f=1K）:Ui （峰峰值）=5mVUo （峰峰值）=2.64VUo=0.707*2.64=2.12V Ui=5mv，降低輸入的頻率，使得輸岀下限截止頻率：保持輸入=5mVUi （峰峰值）=2.12VUo （峰峰值）f，小于要求的50Hz此時的頻率即為下限頻率：，說明設(shè)計合理。=10HzL上限截止頻率：Uo=0.707*2.64=2.12V提升輸入的頻率，使得輸岀保持輸入Ui=5mv，注：輸入的波形忘記顯示，望老師見諒=2.12VUo （峰峰值）f，說明設(shè)計合理。此時的頻率即為上限截止頻率：=25K,大于要求的

14、20KH輸入阻抗：Q Us=7.5mV,Ui=5mV，則輸入阻抗為 100k的電阻作為在電源輸岀串接一50KQ Rs,測得，說明設(shè)計合理。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要求的20k Q輸入靈敏度：音量控制電位器調(diào)到最大測量方法：將音調(diào)控制器的兩個電位器調(diào)節(jié)到中間位置，達(dá)到額定功率值時所對應(yīng)的輸入電壓值即為V從零開始逐漸增大，直到V值，使oi輸入靈敏度。=4mV（峰峰值）Ui=13.2VUo （峰峰值），小于題目的要求。故設(shè)計合理。分析：輸入靈敏度為4mv （峰峰值）噪聲電壓R上的電壓稱為噪聲電壓音響放大器的輸入為零時, 控制器的兩個電位器調(diào)節(jié)到中間位置，測量方法：輸出負(fù)載L音量控制電位器調(diào)到最大將音調(diào)端的電壓波形，

15、用交流毫伏表測值， 輸入端對地短路，用示波器觀測輸出負(fù)載R-量其有效值，9mV通過交流毫伏表測得有效值為 整機(jī)效率：在輸岀額定功率的情況下，將電流表串入V支路中，測得總電流 l=0.5A，又cC/cc=7.5V。P o =2.2/(0.5*7.5)=58.6%. 故 V ICC由于實驗器材限制， 故此項沒有測，望老師見諒。 諧波失真度： 音調(diào)控制特性(擴(kuò)展) 注：由于當(dāng)時驗收通過后，心情過于激動，導(dǎo)致部分音調(diào)波形未采用雙蹤顯示， 但已事先跟老師說明，望老師見諒。說明：音調(diào)所有的輸入均為100mV (峰峰值)1、當(dāng)頻率為1KHz時:Uo=107mv分析：Au=20log ( 107/100 )

16、=0.58db,略大于要求的 0db，但基本達(dá)到要求。2、當(dāng)頻率為125Hz時:A:放大時Uo=258mvB:衰減時Uo=48mv放大時：Au=20log( 258/100 )=8.23db，小于要求的 12db,衰減時：分析 Au=20log (48/100) =-6.4db,大于要求的-12db，正如仿真所說的，這是由于自己在音調(diào) 電路中的R1和R2選擇太大導(dǎo)致的。3、當(dāng)頻率f=8K時A:放大時Uo=374mvB:衰減時：Uo=36mv放大時：Au=20log( 374/100) =11.45db，略小于要求的12db，衰減:分析時： Au=20log( 36/100) =-8.87db,

17、大于要求的-12db，放大區(qū)與仿真結(jié)果一致，但衰 減區(qū)與仿真存在一定誤差。綜上：音調(diào)控制器實現(xiàn)了對低音頻或高音頻的增益進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變，但是對于低頻或高頻增益的提升或衰減的范圍與要求的正負(fù)12db存在一定誤差，尤其是低頻段，說明了自己在參數(shù)選擇上仍存在不足。綜合分析 :此次實驗基本達(dá)到了實驗要求:額定功率> 0.5W（失真度TH* 10%）Q 10 負(fù)載阻抗.頻率響應(yīng)f < 50Hz f > 20kHz hl輸入阻抗> 20k Q話音輸入靈敏度< 5mV僅在音調(diào)調(diào)節(jié)部分略有不足 （5）整機(jī)信號試聽效果： 話音擴(kuò)音： 聲音清晰，音量大小也可以調(diào)節(jié)

18、. Mp3 音樂試聽： 各種音樂播放效果都相當(dāng)不錯，且實現(xiàn)了音量和音調(diào)的可調(diào) 混音功能： 混音的效果很好，音樂播放時對著話筒講話聲音可以聽見的同時又不會完全蓋過 音樂，兩個信號大小調(diào)節(jié)較好，又很清晰。 音調(diào)控制（提高） ： 對于高音部分，調(diào)節(jié)時，可以清楚地聽見聲音變得更加尖銳，而對于低 音部分， 則效果不是特別明顯， 這從音調(diào)部分測得的數(shù)據(jù)也可知這是因為高頻部分的增益調(diào)節(jié)范 圍明顯大于低頻區(qū)的調(diào)節(jié)范圍。（6）實驗經(jīng)過與體會1 、設(shè)計過程：設(shè)計過程遇到的困難主要來自于音調(diào)和功放兩部分， 一開始想嘗試自己設(shè)計電路， 音調(diào)控制器本 質(zhì)就是低通濾波器和高通濾波器的結(jié)合， 但無奈自己始終無法設(shè)計出來，

19、只好通過上網(wǎng)搜尋才得 到了相關(guān)的電路圖。 但是事先由于有經(jīng)過自己的思考， 這使得自己在理解該電路圖時能事半功倍。 而對于功放電路， 原本想采用教材提供的電路， 但是該電路較為簡單， 應(yīng)該很多細(xì)節(jié)沒有充分到， 如消振，以及對電路的保護(hù)等。故最終選擇采用老師去年提供的功放電路圖。2、調(diào)試過程：A、由于事先對于電路有了很好的規(guī)劃，將整個面包板分成三層（可結(jié)合前面拍的實物圖）：第一層為話放電路和混放電路；第二層為音調(diào)控制器;第三層為功放電路。整個布局應(yīng)該說是相當(dāng)合理的。這也使得自己一開始搭出電路后，mp3 試聽時基本沒有噪音。mp3 的音樂也聽不到，但是原因 但此時卻發(fā)現(xiàn)有嘯音，這可能 有的地方突起明顯， 存在分布電但由于當(dāng)時沒有話筒，只得等到第二天才能檢測話放效果和混音效果B、一開始把話筒接在輸入端時，居然什么聲音都聽不到，包括始終找不到，原來話筒