帶音調(diào)控制的音響放大器設(shè)計

1、帶音調(diào)控制的音響放大器設(shè)計1一、設(shè)計目的 熟悉集成功放的基本特點；了解放大電路的頻率特性及音調(diào)控制原理；學(xué)習(xí)音響電路的測試方法，測試各項指標及電路的音調(diào)整控制特性。2二、相關(guān)知識（工作電源）-15V 0V +15V3二、相關(guān)知識（測量線）同軸連接器信號參考屏蔽線信號輸入4二、相關(guān)知識（元件清單）5三、實驗準備閱讀本實驗簡要說明中的內(nèi)容，按圖的形式進行實驗電路布線和組裝。估算前置級（A1）和音調(diào)控制級（A2）的電壓增益、音調(diào)控制范圍；了解擴音機電路的各項指標，擬訂各項指標的測試方法；提出本次實驗所需的儀器設(shè)備。6四、實驗原理 擴音機的整機電路如下圖所示，按其構(gòu)成，可分為前置放大級，音調(diào)控制級和功

2、率放大級三部分。 7四、實驗原理 功率放大級 本實驗電路的功率放大級由集成功率器件TDA2030A連成OCL電路輸出形式。 TDA2030A功率集成電路具有轉(zhuǎn)換速率高，失真小，輸出功率大，外圍電路簡單等特點，采用5腳塑料封裝結(jié)構(gòu)。其中1腳為同相輸入端；2腳為反相輸入端；3腳為負電源；4腳為輸出端；5腳為正電源。8四、實驗原理 TDA2030A功率集成電路的內(nèi)部電路包含由恒流源差動放大電路構(gòu)成的輸入級、中間電壓放大級，復(fù)合互補對稱式OCL電路構(gòu)成的輸出級；啟動和偏置電路以及短路、過熱保護電路等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 9四、實驗原理 TDA2030A的電源電壓為6V22V，靜態(tài)電流為50mA（典型

3、值）；1腳的輸入阻抗為5M（典型值），當(dāng)電壓增益為26dB、RL=4時，輸出功率Po=15W。頻帶寬為100KHz。源為14V、負載電阻為4時，輸出功率達18W。 為了提高電路穩(wěn)定性，減小輸出波形失真，功放級通過R10，R9，C9引入了深度交直流電壓串聯(lián)負反饋，由于接入C9，直流反饋系數(shù)F1。對于交流信號而言，因為C9足夠大，在通頻帶內(nèi)可視為短路，所以交流反饋系數(shù),按電路的實際參數(shù)。因而該電路的電壓增益?？梢姼淖冸娮鑂9、R10可以改變電路增益。電容C15、C16用作電源濾波。D1和D2為保護二極管。R11、C10為輸出端校正網(wǎng)絡(luò)以補償電感性負載，避免自激和過電壓。10TDA2030A技術(shù)參數(shù)

4、詳細參數(shù)請下載參閱（TDA2030A技術(shù)資料.PDF文件）11TDA2030A技術(shù)參數(shù)12TDA2030A技術(shù)參數(shù)13TDA2030A技術(shù)參數(shù)14TDA2030A典型應(yīng)用15TDA2030A典型應(yīng)用16四、實驗原理 音調(diào)控制電路（A2） 常用的音調(diào)控制電路有三種形式，一是衰減式RC音調(diào)控制電路，其調(diào)節(jié)范圍寬，但容易產(chǎn)生失真；另一種是反饋型音調(diào)控制電路，其調(diào)節(jié)范圍小一些，但失真?。坏谌N是混合式音調(diào)控制電路，其電路復(fù)雜，多用于高級收錄機。為使電路簡單而失真又小，本音調(diào)集成功率電路中采用了由阻容網(wǎng)絡(luò)組成的RC型負反饋音調(diào)控制電路。它是通過不同的負反饋網(wǎng)絡(luò)和輸入網(wǎng)絡(luò)造成放大器閉環(huán)放大倍數(shù)隨信號頻率不

5、同而改變，從而達到音調(diào)控制的目的。17四、實驗原理 下圖是這種音調(diào)控制電路的方框圖，它實際上是一種電壓并聯(lián)型負反饋電路，圖中Zf代表反饋回路總阻抗；Zi代表輸入回路的總阻抗。電路的電壓增益 。音調(diào)控制電路方框圖18四、實驗原理 只要合適選擇并調(diào)節(jié)輸入回路和反饋回路的阻容網(wǎng)絡(luò)，就能使放大器的閉環(huán)增益隨信號頻率改變，從而達到音調(diào)控制的目的。組成Zi和Zp的RC網(wǎng)絡(luò)通常有下圖所示四種形式。(a)低音提升圖(a)圖(a)中若C1取值較大，只有在頻率很低時才起作用，則當(dāng)信號頻率在低頻區(qū)，隨頻率降低， 增大，所以 提高，從而得到低音提升。19圖(b)中，若C3取值較小只有高頻區(qū)起作用，則當(dāng)信號在高頻區(qū)且隨

6、頻率升高 減小，所以 提高，從而可得到高音提升。(b)高音提升四、實驗原理圖(b)20(c)高音衰減 (d)低音衰減四、實驗原理圖(c) 同理可以分析圖134(c)(d)，分別可用作高、低音衰減。 圖(d)21四、實驗原理 如果將這四種電路形式組合起來，即可得到下圖所示的反饋型音調(diào)控制電路。先假設(shè) R1=R2=R3=R； C1=C2C3；RW1=RW29R22 信號在低頻區(qū) 在低頻區(qū)，因為C3很小，所以C3、R4支路可視為開路，反饋網(wǎng)絡(luò)主要由上半部分電路起作用。又因運放的開環(huán)增益很高，UEUE0（虛地），故R3的影響可忽略，當(dāng)電位器RP2的活動端移至A點時，C1被短路，其等效電路如下圖所示?？?/p>

7、以得到低音最大提升量 按實際電路參數(shù)R1=R2=R3=20k，RP1=RP2=220k，C1=C2=0.022uF，可得 (約18.6dB)四、實驗原理23轉(zhuǎn)折頻率：以同樣方式可以說明在RP2滑動到B點時，低音地最大衰減量：按實際電路參數(shù)可得 （約18.6dB）轉(zhuǎn)折頻率：四、實驗原理24 信號在高頻區(qū) 在高頻區(qū)，因為C1和C2較大，對高頻可視為短路，而C3較小，故C3、R4支路已起作用，其等效電路可畫成如下圖所示(a)形式。四、實驗原理圖(a)圖(b)25 為了便于說明，將電路中接成Y形地R1、R2、R3電路變換成圖(b)所示接成的形電路，這里Ra=Rb=Rc=3R(當(dāng)R1=R2=R3=R時)

8、。設(shè)前級輸出電阻很?。ㄈ缧∮?00），輸出電壓Uo通過Rc反饋到輸入端的信號被前級輸出電阻所旁路，故Rc的影響可忽略（視為開路）。因此當(dāng)RP2滑動到C點或D點時，可分別畫出如下圖(a)和(b)所示的等效電路（因RP2的數(shù)值很大，為簡單起見，可視為開路）。 四、實驗原理圖(a)圖(b)26上圖(a)顯然具有高音提升作用，其最大提升量按電路實際參數(shù)R=20k，R4=8.2k，C3=1000P，所以 AUC8.3(約18dB)上圖(b)為高音衰減電路，其衰減量按電路實際參數(shù) AUD0.12(約-18dB)高頻轉(zhuǎn)折頻率四、實驗原理27 若將音調(diào)控制電路高低音提升和衰減曲線畫在一起，可得到如下圖所示幅頻

9、特性曲線。四、實驗原理20logA18dB0-18fL148fL2410fH12.3KfH219kf(Hz) 由圖可見，音調(diào)控制級的中頻電壓放大倍數(shù)Aum=1；當(dāng)ffH2 (19KHz)時高音控制范圍也為18dB。28 前置放大電路（A1） 由A1組成的前置放大電路是一個同相輸入比例放大器，電路的閉環(huán)特性如下： 理想閉環(huán)電壓增益 輸入電阻rif=R1 輸出電阻rof=0 擴音機電路的增益是很高的，所以擴音機的噪聲主要取決于前置放大器的性能。為了減小前置級放大器的噪聲，第一級要選用低噪聲的運放。另外，如輸入線的屏蔽情況，地線的安裝等等都對噪聲有很大影響。四、實驗原理29 擴音機電路的一些主要技術(shù)

10、指標 額定輸出功率Po 在滿足規(guī)定的失真系數(shù)和整機頻率特性指標以內(nèi)，功率放大器所輸出的最大功率 Uo亦稱輸出額定電壓 靜態(tài)功耗PQ 指放大器處于靜態(tài)情況下所消耗的電源功率。 效率 放大器在達到額定輸出功率時，輸出功率Po對消耗電源功率PE的百分比，用表示 四、實驗原理30 頻率響應(yīng)（頻帶寬度） 在輸入信號不變的情況下，輸出幅度隨頻率的變化下降至中頻時輸出幅度的0.707倍時所對應(yīng)的頻率范圍。如下圖所示。圖中fL稱為下限頻率，fH稱為上限頻率。四、實驗原理AUAUO0fLfHf31 音調(diào)控制范圍 為了改善放大器的頻率響應(yīng)，常對高、低頻增益進行控制，如提升或衰減若干分貝，而對中頻增益不產(chǎn)生影響。若

11、未控制的輸出幅度未Uo，而控制后的輸出幅度為Uo1，則音調(diào)控制范圍為 (即 ) 非線性失真 在規(guī)定的頻帶內(nèi)和額定輸出功率狀態(tài)下，輸出信號中諧波電壓有效值的總和與基波電壓有效值之比： 式中：U1為輸出電壓基波分量有效值；U2、U3Un分別為二次、三次n次諧波分量有效值。可由失真度測量儀測得。 四、實驗原理32 噪聲電壓UN 擴音機輸入信號為零時，在輸出端負載上測得的電壓有效值為噪聲電壓UN，噪聲電壓是擴音機機內(nèi)各種噪聲經(jīng)放大后的總和。 輸入靈敏度Uimax 保證擴音機在額定的輸出功率時所需的輸入信號。 四、實驗原理33五、焊接布置圖34六、電路原理圖35七、實驗內(nèi)容安裝有兩級運放組成的前置放大級

12、A1、音調(diào)控制級A2及集成功放電路，如上頁電路原理圖所示。并仔細復(fù)查整機電路的接線是否正確無誤；測量各級電路的靜態(tài)工作點；注意：測量集成運放各腳的電壓，注意在測試時，一般將萬用表測試棒搭接在與運放引腳直接相連的其他連結(jié)點上，以免萬用表測試棒將運放的引腳互相短路，造成運放損壞。 36七、實驗內(nèi)容在下列條件下測試前置級、音調(diào)控制級、功率放大級的電壓增益和整機增益，并將結(jié)果記入表中。 音量電位器RP3置于最大位置。 音調(diào)控制電位器置中心位置。 擴音機的輸出在額定輸出功率以內(nèi)，并保證輸出波形不產(chǎn)生失真。 輸入信號頻率為1KHz的正弦波。37七、實驗內(nèi)容測量各項指標。 最大不失真輸出電壓Vomax(或V

13、opp) 輸入靈敏度Vimax 最大輸出功率Po 在測這三項內(nèi)容時，可一次測得相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)計算后得出各指標。具體做法是在輸出端加接額定負載（4功率電阻），逐漸增大輸入信號，用示波器同時觀察輸入、輸出信號，當(dāng)輸出波形剛好不出現(xiàn)失真時，用交流毫伏表測出輸入和輸出電壓。此時的輸入電壓就是最大輸入靈敏度Vimax（Vimax100mV）；輸出電壓就是最大不失真輸出電壓Vomax。 同時可得最大輸出功率 38七、實驗內(nèi)容 噪聲電壓VN 除去輸入信號并且將擴音機電路輸入端對地短路，此時測得的輸出電壓有效值即為VN。 整機電路的頻率響應(yīng) 在高低音不提升、不衰減時（即將音調(diào)電位器RP1和RP2放在中心位置），

14、保持輸入信號幅度不變，并且改變輸入信號Vi的頻率。隨著頻率的改變，測出當(dāng)輸出電壓下降到中頻（f=1KHz）輸出電壓Vo的0.707倍時，所對應(yīng)的頻率fL和fH。一般要求頻帶不小于50Hz20KHz。39 f=100Hz時的音調(diào)控制特性 使電位器RP2旋至二個極端位置A和B，依次測出AVA和AVB（即測出VOA和VOB）,并由此計算出凈提升量和凈衰減量，用分貝表示。即 和 。 七、實驗內(nèi)容 整機高低音控制特性 先將RP1、RP2電位器旋至中間位置，減小輸入信號幅度（f=1KHz），使輸出電壓為最大輸出電壓的10左右。并保持Vi不變，測出Vo，算出中頻（f=1kHz）時的AV。 40七、實驗內(nèi)容 f=10KHz時的音調(diào)控制特性 使電位器RP1旋至二個極端位置C和D，一次測出AVC和AVD，由此計算出凈提升量和凈衰減量，用分