簡易音頻放大器

1、 Protel軟件應(yīng)用課程設(shè)計說明書簡易音頻放大器 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院信息工程系Protel軟件應(yīng)用課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 簡易音頻放大器 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 092班 學(xué) 號： 9 姓 名： 鄧林坤 同組人員： 何建華、陳印、彭凱華、邵凱、趙翔 指導(dǎo)老師： 劉會衡 完成日期： 2012-7-1 指導(dǎo)老師評語：得分： 指導(dǎo)教師簽名： 18目錄1 設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo).21.1 設(shè)計任務(wù)21.2 性能指標(biāo)22 設(shè)計方案與論證33 系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1 NE555芯片的功放電路53.2電路工作原理84 繪制原理圖和PCB94.1繪制原理圖和生成元器件清單94.2繪制PCB和生成網(wǎng)絡(luò)報

2、表115 PCB板制作、焊接與調(diào)試145.1 PCB板制作145.2 元器件的焊接145.3 系統(tǒng)的調(diào)試156 總結(jié)17致謝18參考文獻(xiàn)191 設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo)1.1 設(shè)計任務(wù)本實驗主要采用NE555芯片制作成一個簡易的D類放大器，可以對輸入的音頻信號進(jìn)行放大，利用NE555構(gòu)成一個可控的多諧振蕩器，音頻信號輸入到控制端得到調(diào)寬脈沖信號，基本能滿足一般的聽音要求。 由NE555和R1、R2、C1等組成可控多諧振蕩器，占空比為50%，控制端5腳輸入音頻信號，3腳便得到脈寬與輸入信號幅值成正比的脈沖信號，經(jīng)L、C3接調(diào)、濾波后推動揚(yáng)聲器，輸出音頻信號。1.2 性能指標(biāo)基于NE555芯片設(shè)計并制作

3、一個音頻功率放大電路：（1）通過NE555和R1、R2、C1等組成可控多諧振蕩器得到可控脈寬；（2）電路輸出功率等于1W；（3）由電感L和電容C3進(jìn)行調(diào)波和濾波處理；（4）負(fù)載為揚(yáng)聲器，阻抗8；（5）具有一定的抗干擾能力；（6）具有合適頻響寬度、保真度要好、動態(tài)特性好。（7）盡量提高放大器效率；（8）盡量降低放大器電源電壓；（9）采用直流6V干電池供電。2 設(shè)計方案與論證音頻功率放大器是一種應(yīng)用廣泛、實用性強(qiáng)的電子音響設(shè)備，它主要應(yīng)用于對弱音頻信號的放大以及音頻信號的傳輸增強(qiáng)和處理。其基本原理電路圖（如圖1所示）：圖1 基本原理電路圖按其構(gòu)成可分為前置放大級、音調(diào)控制級和功率放大級三部分（如圖

4、2所示）：圖2 音頻功率放大器的組成框圖 本設(shè)計的音頻功率放大器是一個多級放大系統(tǒng)。因為音頻功率放大器的輸出功率要求POM=8W。（1）前置放大級音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號進(jìn)行放大，然后輸出驅(qū)動揚(yáng)聲器。一個實用的音頻功率放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，以便使放大器適應(yīng)不同的輸入信號，或放大，或衰減，或進(jìn)行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。前置放大器的主要功能： 是使話筒的輸出阻抗與前置放大器的輸入阻抗相匹配； 是使前置放大器的輸出電壓幅度與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。（2）音調(diào)控制電路音調(diào)控制電路的主要功能：通過對放音頻帶內(nèi)放大器的頻率響應(yīng)曲線的形狀進(jìn)行控制，從而達(dá)到控

5、制放音音色的目的，以適應(yīng)不同聽眾對音色的不同愛好。此外還能補(bǔ)償信號中所欠缺的頻率分量，使音質(zhì)得到改善，從而提高放音系統(tǒng)的放音效果。（3）功率放大電路功率放大電路的作用是給揚(yáng)聲器提供所需要的輸出功率。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 基于NE555芯片的功放電路（如圖3所示）： 圖3 基于NE555芯片的功放電路NE555芯片說明：NE555是一個能產(chǎn)生精確定時脈沖的搞穩(wěn)度控制器，其輸出驅(qū)動電路可以達(dá)到200mA。在多諧振蕩器工作方式時，其輸出的脈沖的占空比由兩個外接電阻和一個外接電容確定；在單穩(wěn)態(tài)工作方式時，其巖石時間由一個外接電阻和一外接電容確定，可延時數(shù)微秒到數(shù)小時。工作電壓范圍：4.5VVDD16

6、V。內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖4所示）：圖4 NE555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)NE555引腳接圖（如圖5所示）：圖5 NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu) Pin 1 (接地) -地線(或共同接地),通常被連接到電路共同接地。 Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC,下緣須低于1/3 VCC 。 Pin 3 (輸出) -當(dāng)時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被

7、接到正電源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 Pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 Pin 8 (V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。 NE555構(gòu)成

8、一個的三角波震蕩，并與音頻信號對比，輸出脈寬調(diào)制PWM的方波，然后經(jīng)過LC橋式濾波，把高頻部分過濾，音頻部分傳給揚(yáng)聲器。其特點(diǎn)是效率非常高，可以達(dá)到85%. 不過用NE555做的音質(zhì)就不要要求了。如果用分立元件做D類功放，可以取得很好的效果。 我們知道D類放大器具有體積小、效率高的特點(diǎn)。用NE555芯片制作的簡易D類放大器。它是利用555電路構(gòu)成一個可控的多諧振蕩器，音頻信號輸入到控制端得到調(diào)寬脈沖信號，基本能滿足一般的聽音要求。由NE 555和R1、R2、C1等組成可控多諧振蕩器，占空比為50%，控制端5腳輸入音頻信號，3腳便得到脈寬與輸入信號幅值成正比的脈沖信號，經(jīng)L、C3接調(diào)、濾波后推動

9、揚(yáng)聲器。3.2 電路工作原理 利用NE555電路構(gòu)成一個可控的多諧振蕩器，音頻信號輸入到控制端得到調(diào)寬脈沖信號。多諧振蕩器的工作原理 多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。 由NE555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，R 1，R 2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳）和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R 1，R 2的連接處。4 繪制原理圖和PCB4.1 繪制原理圖和生成元器件清單

10、（1） 打開protel 用菜單File/New 新建一設(shè)計，命名，選擇文件路徑，然后進(jìn)入Protel 的標(biāo)準(zhǔn)界面，然后Documents目錄，用File/New命令，系統(tǒng)彈出文件類型的對話框。我們選擇SCH圖標(biāo)，即進(jìn)入SCH設(shè)計將系統(tǒng)，同事系統(tǒng)界面變?yōu)镾CH的設(shè)計界面。（2） 在文件中新建一個項目文件，然后在項目中新建一個原理圖文件，命名為音頻放大器.SchDoc。在自己的庫文件中分別找到NE555，電阻R1，R2，電容C1，C2，C3，C4，C5，電感L1和揚(yáng)聲器LS1等元器件。并按照電路圖分別進(jìn)行放置，連線和設(shè)置value。由于自己電路板的設(shè)計和元器件大小的制約與要求，還需修改許多元器件

11、封裝，如電容C1和C5。C1和C5的封裝都需在新建的PCB庫中自己畫。首先按照元器件實物兩引腳的間距分別在圖中放置相應(yīng)間距的焊盤，間距自己先量好，并設(shè)置好焊盤自身的大小，以便焊接時的方便。然后以間距中點(diǎn)為中心畫圓，保存命名為C1。在新建PCB庫中添加一新的元器件，命名為C，將C1復(fù)制到新元器件C畫圖板中，由于C5有極性，在復(fù)制的圖旁添加一個“+”極性，按后保存就行了。之后的C2，C3和C4都可以再這個創(chuàng)建的PCB庫中分別調(diào)用C1和C的元器件封裝電感和其他需要修改的封裝也如上述操作進(jìn)行繪制和調(diào)用。繪制后的原理圖（如圖6所示）：圖6 原理圖元器件報表：DescriptionDesignatorFo

12、otprintLibRefQuantityMulticell BatteryBT?BAT-2Battery1CapacitorC1RAD-0.3Cap1CapacitorC2RAD-0.3Cap1CapacitorC3RAD-0.3Cap1Polarized Capacitor (Axial)C4POLAR0.8Cap Pol21Polarized Capacitor (Radial)C5RB7.6-15Cap Pol11Default DiodeD1polar0.8Diode1Header, 2-PinJ1MHDR1X2MHDR1X21Magnetic-Core InductorL1AXIA

13、L-0.9Inductor Iron1LoudspeakerLS1PIN2Speaker1Semiconductor ResistorR1AXIAL-0.5Res Semi1Semiconductor ResistorR2AXIAL-0.5Res Semi1U1DIP-8NE55514.2 繪制PCB和生成網(wǎng)絡(luò)報表原理圖畫好后，點(diǎn)擊“Compile PCB Project音頻放大器.PRJPCB”進(jìn)行編譯，點(diǎn)Message進(jìn)行查看編譯成果，編譯后沒有錯誤。之后就可以進(jìn)行PCB設(shè)置了。新建一個PCB,保存為PCB1，點(diǎn)“Keep Out Layer”畫好5mm*5mm的禁止布線層。然后設(shè)置規(guī)則，

14、然后點(diǎn)擊“設(shè)計”到“Import Changes From音頻放大器.PRJPCB”,點(diǎn)擊“使變化生效”再點(diǎn)“執(zhí)行變化”得到元器件PCB圖。點(diǎn)擊“設(shè)計”到“規(guī)則”，“RoutingLayer”中將“TopLayer”的“允許布線”的勾化掉。然后的“Width”新建兩個規(guī)則分別命名為“VCC”和“GND”，并設(shè)置好線的大小。將PCB的元器件放置在允許布線方框中，并合理的放置元器件，放置好后選擇“自動布線”（如圖7所示）：圖7 PCB圖網(wǎng)絡(luò)表：BT?BAT-2BatteryC1RAD-0.1CapC2RAD-0.1CapC3RAD-0.1CapC4220uFCap Pol2C547uFCap Po

15、l1D1cIN4148J1MHDR1X2INL1QInductor IronLS1PIN2Speaker由“Report”到“Netlist Status”到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報表（如圖8所示）：圖8 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表5 PCB板制作、焊接與調(diào)試5.1 PCB板制作（1）將單面覆銅板，的覆銅面用砂紙打磨平整，光滑（注意不要用力太大，會磨壞板子）。（2）將打印好的附有電路圖的XX紙，把單面覆銅板包裹折疊整齊（注意，將附有油墨電路的那一面緊貼著銅層面），放入熱壓機(jī)中，一段時間待其完全將印有油墨的電路印移到覆銅面上，方可（若一次沒壓好，需進(jìn)行第二次，其次，注意調(diào)節(jié)好溫度穩(wěn)定后，方可，將板子放入機(jī)器）。（3）待板子自

16、動退出后，待其冷卻5-6分鐘，方可將印紙撕下，然后，放入點(diǎn)解池中將其銅層點(diǎn)解去（注意有毒，不宜用皮膚直接接觸）。（4）待點(diǎn)解完全，將板子取出，洗凈。（5）鉆孔。5.2 元器件的焊接 電路板的焊接在整個簡易音頻放大器的裝配過程中顯得特別的重要，在焊接過程中，一定要嚴(yán)把焊接質(zhì)量關(guān)。每一個元件插件時都要讀準(zhǔn)量值、誤差等級、極性等，安裝線路板和電路圖標(biāo)識相統(tǒng)的原則差準(zhǔn)每一個元件。在焊接完成后，一定要對焊接電路板的進(jìn)行目測檢查（自查與互查）。5.3 系統(tǒng)的調(diào)試按照設(shè)設(shè)計好的電路原理圖進(jìn)行制版，完成后按順序?qū)⑺玫脑骷淮魏附拥阶龊玫腜CB板上，焊接過程中要盡量避免虛焊。整個電路焊接完成后進(jìn)行測試。用萬

17、用表側(cè)得中點(diǎn)點(diǎn)位為30mV符合設(shè)計要求。其他各項指標(biāo)參數(shù)需要到實驗室借助有關(guān)一起進(jìn)行測試。實物正面(如圖)：實物反面(如圖)：6 總結(jié)通過此次電子技術(shù)試驗的設(shè)計以及調(diào)試，掌握了音頻放大器的基本設(shè)計方法和設(shè)計原理，對幾種基本電路有了更深刻的認(rèn)識，并且掌握了一定的多級放大電路設(shè)計和調(diào)試的經(jīng)驗。但是，同時也發(fā)現(xiàn)自己的許多不足之處。了現(xiàn)自己在將書本知識轉(zhuǎn)化為實踐能力的水平還很薄弱，在遇到問題時耐心不足，解決問題時不能夠靜下心來，比如，自己在連接電路后，出現(xiàn)了很多節(jié)點(diǎn)的錯誤，自己找了很久都沒能找到原因，只能找同學(xué)幫忙。在其他同學(xué)的檢查測試后。此刻，我才認(rèn)識到以前忙于做好實驗，填完表格的觀點(diǎn)非常錯誤，這次實驗，獲得數(shù)據(jù)、做出報告是其次，真正的在于培養(yǎng)我們自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。以后我會更注重自己這方面能力的培養(yǎng)。這次設(shè)計使我對protel又有了更深層次的了解，在鞏固以前知識的同時又學(xué)到了很多的新知識。提高了自學(xué)的能力，學(xué)會了做PCB板的技術(shù)。此外，通過這次課程設(shè)計，我覺得我們專業(yè)屬于變化非常快的領(lǐng)域，電子產(chǎn)品欣欣向榮，產(chǎn)品的淘汰頻率很高，雖然有很多領(lǐng)域可以讓我們大展拳腳，但同樣是一條時刻都面對巨大壓力和挑