毕业设计（论文）-音响放大器的设计与制作.doc

1 音响放大器的设计与制作 【摘要】 随着信息时代的发展日新月异，多媒体已成为每个家庭不可或缺的娱乐工 具，音响系统也在多媒体领域得到长足地进步。供听音乐为主的高保真放声系 统，家庭影院系统中的放声设备，公共场合会议和娱乐用的扩声系统，通信和 计算机中得声设备等等。音响在社会上的供求几乎遍及了每一个方面。 针对人们的听觉系统对音响的要求，本文设计的是音响放大器系统，它主 要由话筒放大器，音调控制放大器，功率放大器三部分组成。当语音信号由话 筒输出后，进入放大器放大并传入电子混响器产生混响效果。混响后的信号连 同磁带放音机产生的信号一同进入混合前置放大器，并进行放大。放大后的信 号进入音调控制器，然后进入功率放大器进行功率放大后，由扬声器输出声音。 此设计性能稳定，成本低，电路简单明了。 【关键词】：音响 放大器 扬声器 2 目目 录录 摘要2 目录3 第一章 绪论4 第二章 系统总体方案设计5 第三章 音响系统放大器6 第四章 放大器各部分的作用7 （一）功率放大器7 （二）话筒放大器7 （三）音调控制器8 第五章 电路的设计及原理说明12 (一) 额定功率12 （二）频率响应12 （三）输入阻抗12 （四）输入灵敏度12 （五）噪声电压12 （六）整机效率13 （七）音调控制特性13 第六章 电路调试14 总结15 致谢16 参考文献17 附录18 3 音响放大器的设计与制作音响放大器的设计与制作 第一章第一章 绪论绪论 音响系统是现代人们潮流时尚的必需品,21 世纪的世界,不管你走到什么角 落都可以听到形形色色的音乐或者广播.它们是如此地动人，如此地让人心颤！ 通过音响系统，我们接受的是视频的解说，是新闻传播的纽带。一个好的音响 系统给人们带来的是娱乐，享受，知识。是一种让人们精神得到升华的工具。 我的音响放大器的设计与制作是音响系统中一个用来话音扩音，音乐 欣赏，卡拉 ok 伴唱，其中的电子混响声听起来具有一定的深度感和空间立体感。 音响系统中的放大器决定了整个音响系统放音的音质，信噪比，频率响应以及 音响输出功率的大小。音响放大器作为一种高科技产品，在很多领域已成为主 导产品，现在他正飞快融入人们的生活。因此，设计一个实用简洁，性价比高 地音响放大器是未来音响放大器发展的必然趋势。而我的音响放大器的设计 与制作就是针对音响系统的这种发展趋势来研发的，希望能为未来人们对于 音响的需求上作出一点贡献。 4 第二章第二章 系统总体方案设计与论证系统总体方案设计与论证 此设计由语音放大器，混合前置放大器，电子混响器，音调控制器及功率 放大器五部分组成。 工作原理：当语音信号由话筒输出后，进入语音放大器放大并传入电子混 响器产生混响效果。混响后的信号连同磁带放音机产生的信号一同进入混合前 置放大器，并进行放大。放大后的信号进入音调控制器，然后进入功率放大器 进行功率放大后，由扬声器输出声音。 晶体管放大器具有细腻动人的音色，较低的失真，较宽的频响及动态范围 等特点，因此此设计采用晶体管件放大器。还可以配合来自声源特别是数码声 源的音质设计和使用。它不会使声音降级。此外她还具有效率高，电力损失小 等优点。 图 1.系统总体方案框图 5 第三章第三章 音响放大器的基本组成音响放大器的基本组成 框图如图 2，各级电压增益分配见图 3。 图 2 音响放大器的基本组成框图 话放级混放级音调级 5mv av1 8.5 倍 18.5db 42mv av2 3 倍 9.5db 125mv av3 0.8 倍 2db 100mv av4 30 倍 29.5db 3v av=612 倍(56db) 功放级 图 3 各级电压增益分配 技术指标： 额定功率p01w;负载阻抗rl=8;截止频率f fl=40hz,f fh=10khz;音调 控制器特性为，1khz 处的增益为 0db， 100hz 和 10khz 处有12db 的调节范围； 话放级输入灵敏度为 5mv；输入阻抗 ri20k。 话音放大级 录音机混合前置放大 级 音调控制器功率放大器 扬声器 话筒 6 第四章第四章 放大器各部分的作用放大器各部分的作用 （一）功率放大器（一）功率放大器 给音响放大器的负载提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出功率 尽可能大，输出信号的非线性失真度尽量小，效率尽可能大。功率放大器有常 见的单电源供电的 ttl 电路和正负双电源供电的 ocl 电路。有集成运放和晶体 管组成的功率放大器，也有专用集成电路功率放大器芯片。 vi +9v c42 220f c43 220f c44 100f c41 9 6 4.7f 14 10 12 13 1 220f ch la4102 cc 470f/ 25v rl 8 560pf 51pf cb 3 4 5 rf 600 cf 33f a4 * cd 图 4 功率放大器 电路功率放大器的作用是给音响放大器的负载 rf 提供一定的输出功率 ， 本次实验采用 la4102 功率放大器。集成功放 la4102 是一个单电源（+9v）供电 音频功放，通过改变 6 脚的反馈电阻来改变增益大小。 cb 为相位补偿电容。cb 减小，带宽增加，可消除高频自激。 cc 为 otl 电路的输出端电容，起隔直流通交流的作用。 cd 为反馈电容，消除自激振荡，cd 一般取几百皮法。 c43、c44 用来滤除纹波。 c42 为电源退耦滤波，可消除低频自激。 （二）话筒放大器（二）话筒放大器 由于话筒的输出信号一般只有 5mv 左右，所以话筒放大器的作用是不失真 的放大声音信号，其输入阻抗应该远大于话筒的输出阻抗。 （2） .话筒放大 器话筒放大器的主要作用是将话筒输入的信号不失真的放大，由于话筒的输出 信号一般只有 5mv，而输出阻抗达到 20k，所以其输入阻抗应远大于话筒的输出 7 阻抗。其中放大倍数为a=r2/r1. c1、 c2、c3 隔直电容，具体设计见图 5。 图 5 话音放大器 （三）音调控制放大器（三）音调控制放大器 音调控制放大器的作用是实现对低音和高音的提升和衰减，以弥补扬声器 等因素造成的频率响应不足。 音调控制器是对低音和高音的增益进行提升和衰减，中音频的增益保持不 变。其电路可以用低通滤波器和高通滤波器构成 通过调节低通和高通的电阻r 达到调节增益的目的。 音调控制器的主要作用是控制、调节音响放大器的幅频特性，f0=1khz 为中 心频率要求增益为 0db。音调控制器电路见图 6。 vi r1rp1r2 c1c2 r4 c3 r3 rp2 c5 vo c4 图 6 音调控制器 其中c1 =c2 c3 在中 低频 c3可以看作为开路作为低通滤波电路。在中 高频电路中c1和c2可以看作为短路 作为高通滤波电路。 8 当 ff0时音调控制器分析 rp2滑到最左端时等效电路图如图所示。图为一阶高通滤波器电路，利用虚短 虚断可以得到电压传递函数。 其中 当 ffh1时，c3视为开路电压增益v0ra/rb 当 ffh1时，将数据代入公式 得 可以知道对应提升了 3db 当ffh2时，同低通时一样提升 17db 当f 当ff h2时，c3视为短路，此时电压增益为avh=（ra+r3）/r3 4 3 a b i o /j1 /j1 )j( r r v v a 2/1 /1 33ah133a3 crrfcrr或 33h2334 21 /1crfcr或 v0v3 2aa vi c3 r3 ra rb vo rp2 rc vi c3 r3 ra rb vo 10 综上只要调节 rp1和 rp2就可以控制音调。 第五章第五章 电路的设计及原理说明电路的设计及原理说明 ( (一一) ) 额定功率额定功率 音响放大器输出失真度小于某一数值时的最大功率称为额定功率。其表达式 为： p0=v02/rl 测量p0的步骤如下：功率放大器的额定输出端接额定负载电阻rl（代替扬声器） （二）频率响应（二）频率响应 整机放大电路的电压增益相对于中音频f0=1khz 的电压增益下降 3db 对应低 音频截止频率fl和高音频截止频率fh，称flfh为整机电路的频率响应。测量 步骤是：放大器的输入端接 vi,（保持 5mv）,rp1和rp2置于中间位置使函数信 号发生器输出 20hz-50khz 变化测出负载上的输出电压v0，绘出频率响应曲线 如图 9 所示。 图 9 频率响应曲线 （三）输入阻抗（三）输入阻抗 将从音响放大器输入端看进去的阻抗称为输入阻抗。本实验接高阻话筒， ri远大于 20k，接录音机ri远大于 500k。 20 17 3 0 3 17 20 flx fl1 fl2 f0 (1khz) fhx fh2 fh1 f/hz 20db/10 倍频 av /db 11 （四）输入灵敏度（四）输入灵敏度 输入灵敏度是使音响放大器输出额定功率时所需的，输入电压有效值。测量 方法是 vi 从零逐渐增大，直到输出为v0（额定）此时的 vi 即为输入灵敏度。 （五）噪声电压（五）噪声电压 输入为零时，输出负载上的电压称为噪声电压vn。 （六）整机效率（六）整机效率 其表达式为： 效率=p0/pc100%. 上式中p0为输出的额定功率；pc为输出额定功率时所消耗的电源功率。 （七）音调控制特性（七）音调控制特性 输入信号vi从音调控制级输入端的耦合电容加入，输出信号从输出端的 藕和电容引出，分别测试低音频提升-高音频衰减和低音频衰减-高音频提升两 条曲线。 12 第六章第六章 电路的调试电路的调试 电路的调试采用先分级调试，再联级调试，最后进行整机性能测试。 分级调试采用静态和动态两种方式。测静态时，将输入接地，测量输出端、 话放级、音调级功放级。由图知其值均为vcc/2。动态测试时，输入端接入确定 信号（如正弦信号）并用示波器观测，观察输出波形是否符合要求。 进行联级测试时，由于级间相互影响，可能使单级的技术指标发生很大的变 化，甚至多级不能共联。产生的原因：一是布线不合理，形成级间耦合，可考虑 重新布线；二是电流流经电源内阻产生的压降引起的自激，可rc滤波电容来消 除。另外，集成块内部多极点引起的正反馈易引起自激，增强外部电路的负反馈 可消除这种现象。 在实验过程中经过多次的调试，接音乐时，能够放大声音，虽然有少许的 杂音，但是不影响整体的效果。并且在示波器上显示稳定的正弦波，用两个 474 的电容调节频率，用 103 电容调节声音，一个调节高频，当频率为 10khz 时，调节 474 电容，波形有较大的幅度，并且稳定。一个调节低频，当频率为 0.1hz 时，调节电容，波形也很稳定，有较大的变化。整体的效果很好。 13 总结总结 通过这次毕业设计,我感觉到动手能力的重要性.只掌握书本上的理论知识是 远远不够的,掌握了书本的理论知识不能应用到实践上,不能在现实中得以运用, 是一件很可惜的事.要学会把理论和实践紧密地结合起来,把理论用到实践中去. 这次毕业设计着重培养了我的动手能力,让我学会了该如何处理一些实际性 的问题,也学会在学习中需要严密的逻辑思维,能够系统的解决和分析问题, ,这 样才能够有新的成就,有新的产品。 14 致谢 在这里我首先要感谢我的指导老师，对我的照顾无微不至，让我感觉到大 学里面的温暖。在这次毕业设计中老师还肩负多个同学的毕业指导，任务繁重。 但是对每项工作还是那么地认真负责，对我还时时悉心指导。从负责我们的毕 业设计指导开始，就对我们设计中的每一个环节不遗余力地帮助，很耐心地指 点出我们的不足并帮助我