毕业设计（论文）-音响电路研究设计.doc

摘 要 本文主要针对家庭娱乐而设计出一个简易实用的家庭音响系统。系统电路的设计按照传统音响系统的设计思想和原则，利用集成器件和分离元件在某些特殊性能上的优势互补，在确定系统电路组成框架的基础上，按要求对各级单元电路进行分析设计，最后形成整机电路。功率放大电路采用的是甲乙类工作状态的BTL电路。音调控制电路采用的是失真较小的负反馈式高低音调节电路。整机电路经计算和测试，在功率、频响、失真度和音调控制等方面都有较好的性能。关键词：家用音响；功率放大；音调控制；电子混响ABSTRACTThe paper designs a simple and practical household audio system for family entertainment. According to the design thinking and principles of the traditional audio system and using the co-component advantages of IC and separated components in some particular aspects, the components of the circuit system are determined. The single circuits are analyzed and designed according to the request of design. Finally the whole circuit is formed. The power amplifier is BTL circuit, which works in state of A and B. The tone control circuit uses the negative feedback with smaller distortion and the regulation of high and bass frequency. The whole circuit could achieved good performance in power, frequency response, distortion and tone controlling, and other aspects. Key words: Household audio；Power amplifying；Pitch controlling；ElectronicI目 录摘 要IABSTRACTII第1章 前 言1第2章 系统框图的形成22.1性能指标22.2系统分析22.3各级电压增益分配3第3章 功率输出级电路设计43.1功率放大器件的选择43.2功放电路结构形式的确定43.3 BTL电路的组成及工作原理53.4集成功率放大电路LM388663.4.1器件主要参数63.4.2 LM3886的典型应用73.4.3 LM3886的BTL电路构成83.4.4元件参数的确定93.4.5倒相电路形式的确定103.4.6功放电路的确定11第4章 音调控制电路的设计134.1选择电路形式及其工作原理134.1.1音调控制曲线134.1.2 NE5532特性指标144.1.3负反馈型音调控制电路构成及原理154.2 音调控制电路频率分析164.3 电路参数计算及元件值确定234.3.1转折频率计算234.3.2 元件数值确定23第5章 话筒放大器和混合前置放大器设计255.1 话筒放大器的设计255.2 混合前置放大器的设计26第6章 电子混响电路的设计286.1电路构成及工作原理286.2外围元件值的确定31第7章 功放级电路的制作327.1 电路的安装327.2电路的调试327.3 电路安装调试结果33第8章 结束语35致 谢36参考文献37 附录38第1章 前 言随着电子技术和集成电路制作技术的迅速发展，音响技术经历了电子管、晶体管、集成电路的发展时期，现在又朝着数字化、专业化方向发展。随着计算机科学，视频技术的介入，音响技术又有了前所未有的新突破。尽管这样，作为传统的模拟音响仍深受广大消费者的青睐，因为它具有价格低廉、性能优良、实用性较强、特别是便于广大电子爱好者自己设计与制作等优点，而仍为社会所接受。本文就是基于这一点，介绍了一种模拟家庭音响电路的设计与制作技术，其中包括对功率放大电路、音调控制电路、话筒和前置放大电路、电子混响电路的设计，以及系统制作调试技术。对照传统的音响技术，本设计可分为三个部分。第一部分主要介绍了系统框架电路的形成以及对各级电压增益的分配。第二部分主要介绍了对单元电路的设计，从单元电路的功能和指标出发，对元器件的选择，电路形式的选择，电路原理，结论的推导，计算方法，元件值确定等都做了详尽的分析。第三部分主要介绍了制作电路的安装与调试技术。全文浅显易懂，对每个知识点都进行了较为透彻的分析，制作部分都选用的器件也是一些常用集成元件如LM3886、NE5532、LM324等，目的只在于设计者在通过亲临设计制作，感受和接受电子产品设计制作知识，增强成就感。功率放大部分采用的是性能较好的集成电路LM3886组成BTL的电路形式来实现功率放大。音调控制部分采用的是NE5532组成的反馈式音调控制电路，该电路调试方便，信噪比高。电子混响功能采用混响特性好、调节范围大、调整方便的模拟电子混响器实现，其主要电路由MN3102和BBD电路MN3200组成。混合前置和话筒放大部分由NE5532组成。 本文以模拟电子技术基础的工程设计方法，测试方法，实践技术为主线。强调理论与实践相结合，以电路的功能和指标为出发点设计本课题。 设计中，各部分电路的搞定，都是在对实施方案进行选择的基础上进行筛选后确定，因此，整机效果经测试和仿真能达到设计要求。第2章 系统框图的形成2.1性能指标（1）频率响应：；（2）；（3）音调控制特性处增益为,100HZ和10KHZ处有的调节范围；（4）在RL=8时，其额定输出功率不于30W。2.2系统分析从给定的性能指标体系看，要满足要求，应从以下方面考虑：第一：系统占据了整个音频范围，而人们在音响系统的频带范围内，对各频段的要求不同，因此，在系统设计时应对不同的频段作不同的考虑。第二：音调控制的几个主要频率点有不同的增益要求，因此，对这些频率点应针对增益的衰减情况有特定的处理方法。第三：从输出功率上看，虽说不太高，但从输入，输出信号的比差来看，电路的增益也不小，因此，在考虑电路增益时，应考虑将其分步实施问题。根据以上分析，拟系统信号传输框图如图2-1所示。 图2-1 系统信号传输框图信号放大级-担负信号的初步放大任务，以满足信号合成时的要求。不同场合对这一级有不同的要求音响电路中要求对语音信号实施有效的接入，要求具有较小的噪声系数。信号合成级-完成来自话筒的信号与其它信号的合成。音调处理级-使信号中各频率成分符合设计要求。功放级-由多级电路组成，其任务是为信号提供足够的能量以满足负载的需要。由于家用音响做为一种家庭自娱自乐的系统，对信号的合成方面应有这样两方面的考虑，一方面，家庭无乐队，因此，必须考虑音乐信号的接入，第二方面，要形成乐队效应，音乐厅效果，则需对音频信号进行重复利用，即对音频信号进行多次反射和延时，以产生一定的混响效果。因此可在图2-1的基础上得出系统原理框图如图2-2所示。 图2-2 系统电路组成框图2.3各级电压增益分配来自话筒输入信号较弱，根据题意，输出功率应不低于为30W。因此电路系统总电压增益为： （2-1）由于实际的电路会有损耗，考虑话筒信号能与CD机输出配合，取话筒放大器的放大倍数为78倍。则需近20dB的电路增益。在进行信号混合的同时，进行一定的信号增益。由于还需要对合成信号处理，不宜过高。所以取约十倍的增益。合成信号的音调处理，会产生增益损失，若按几个分贝考虑，则可得功率输出级应具有放大倍数，故经权衡，拟对各级电路的增益分配如图2-3所示。 图2-3 各级电压增益由图2-3中各级电路增益分配情况可得系统总增益为： （2-2）上述分配方案在实际设计过程中还可能有变动。第3章 功率输出级电路设计3.1功率放大器件的选择功率放大器的作用是给音响放大器的负载（扬声器）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尽可能地小，效率尽可能高。功放电路所用器件可用电子管，晶体管和集成电路。作为第一代功放的电子管。其主要优点是：动态范围大、线性好，用它组成的功放产生的音色圆润、甜美。尤其是信号自激超过一定范围时，电子管能使其变化趋于缓和，减少了对音质的影响。电子管的主要不足在于内阻过大导致阻尼系数小，影响瞬态特性，供电压过高，离不开变压器等导致功耗大，失真大，体积大等。因此目前的家用音响已不采用。晶体管放大器阻尼系数可做得很高，有良好的瞬态特性，在声音的节奏感、力度上要比胆机明快、爽朗、有力；而且采用无变压器输出，不仅节省成本，体积小，而且避免了由变压器所引起的失真。 集成功率放大器虽然电声指标（功率、频响、失真度、信噪比等）和音质皆不如分立元件组成的放大器，但它具有体积小、重量轻、成本低、外围元件少、安装调试简单、使用方便的优点；而且在性能上也优于分立元件，例如温度稳定性好，功耗小、失真小，特别是集成功率放大器内部还设置有过热、过电流、过电压等自动保护功能的电路对电路自行进行保护。由于集成功率放大器具有分立元件不具有的很多优点，近年来集成功率放大器件发展很快，使用相当广泛。3.2功放电路结构形式的确定 鉴于以上几种功率器件的比较结果。考虑到本设计的功率要求比较高，而在音质方面没有特殊要求。因此选择集成功率放大器LM3886作为功放级的放大元件。无变压器功率放大电路常用的输出形式有三种：即OTL（Output Transformerless）、OCL（Output Capacitorless）和BTL（Balance Transformer less）。OTL电路：它是一种无输出变压器式推挽功放电路，输出级与扬声器之间采用电容耦合，在收音机中常见。OCL电路：该电路是OTL电路的改进型，工作原理电路结构与OTL电路相同但它的输出极与扬声器之间采取直接耦合的方式，可进一步改善低频响应和失真度。 BTL电路：它是两对互补对称桥式电路组成，具有功率大、失真小，电源利用率高等优点。 由于本设计要求的功率比较高，为使在较低电源功率下得到较大功率，较佳的选择就是采用BTL电路形式。3.3 BTL电路的组成及工作原理大家知道OCL和OTL两种功放电路的效率很高，但是他们的缺点就是电源的利用率都不高，其主要原因是在输入正弦信号时，在每半个信号周期中，电路只有一个晶体管和一个电源在工作。为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用平衡式无输出变压器电路，又称为BTL电路。电路如图3-1所示。 图3-1 分离元件BTL电路工作原理 在输入信号Ui 正半周时，导通，截止，负载电流由经，流到虚地端。如图3-1中的实线所示。在输入信号Ui负半周时，载止，导通，负载电流由经，流到虚地端。如图3-1中虚线所示。可见：（1）该电路仍然为乙类推挽放大电路，利用对称互补的2个电路完成对输入信号的放大；其输出电压的幅值为： 。最大输出功率为： （3-1）（2）同OTL电路相比，同样是单电源供电，在，相同条件下，BTL电路输出功率为OTL电路输出功率的4倍，即BTL电路电源利用率高；（3）BTL电路在理想情况下，其效率仍近似为78%。3.4集成功率放大电路LM38863.4.1器件主要参数LM3886是美国国家半导体公司出的一款带过压、过高温保护的高保真大功率功放IC，其外围电路简单、制作方便。其相关资料如表3-1所示。表3-1 电参数参数条件典型值电源电压最大+-42V+-35V静音衰减8路开路或0V，静音8脚输出电流0.5mA，无静音115dB输出功率平均功率+-28V，RL=4+-28V，RL=8+-35V，RL=868W38W50W输出峰值功率135W总谐波失真60W RL=430W RL=8（20Hz20KHz)0.03%0.03%转换速率输入2V，上升时间2ns19V/us总静态电流50mA最大输出电流+-20V，ton=10ms11.5A信噪比60W,1KHz110dB增益带宽积+-30V,100KHz,Vi=50mV8MHz互调失真60Hz,7KHz,4:10.004%外型如图3-2所示， 各管脚功能为：1、5脚，正电源输入；4 脚，负电源输入；8 脚，静音控制；10 脚，同相输入；9 脚，反相输入；3 脚，输出；7 脚，接地端； 2、6、11脚悬空。 图3-2 外型 3.4.2 LM3886的典型应用LM3886的典型应用电路如图3-3所示。 图3-3 典型应用电路RB为平衡电阻，Rf1，Ri和组成反馈回路，既改善了电路的各种交流特性，又可以调节电路的增益大小。Rm，Cm是静音控制元件，当闭合时，Rm将8脚输出电流限制在0.5mA，电路正常工作，当断开时，8脚为0V，电路处于静音状态，Cm为静音通断提供时间常数。为电源退耦电容，可消除低频自激。Rsn，Csn防止放大器产生高频震荡。如果负载呈容性（如扬声器接线过长），则放大器在高频下会过载，并使方波响应出现振铃。为避免此现象在输出端串入L/R组成的并联回路，此时L呈现较大感抗，10欧姆电阻R将放大器与容性负载隔离开并降低L与容性负载所构成谐振回路Q值。低频下10欧姆阻R被L短路，放大器通过感抗很小的L直接驱动扬声器。 3.4.3 LM3886的BTL电路构成本设计采用LM3886的BTL应用电路3，原理上可采用如图3-4所示的形式。 图3-4 LM3886-BTL应用电路电路中由两块LM3886T接成BTL功率放大电路，输入信号分别加在两功放块的同相输入端和反相输入端，且两集成块的输出增益大小相等，相位相反，因此该电路的输出电压，输出功率为： （3-2）可见接成BTL电路形式后，输出功率比OTL形式要增加4倍，但由于实际电路中有损耗，因此真正获得输出功率只有OTL形式的23倍。3.4.4元件参数的确定由同相比列运算电路和反相比列运算电路的原理可得：U1的电压增益为 （3-3）U2的电压增益为 （3-4）且 ， （3-5）由BTL的工作原理可得： （3-6）经初步估算和参考LM3886典型应用电路的元件取值，可取本电路中： ， 因此可得：U1的电压增益为 U2的电压增益为可得整个电路的电压增益为 远大于本级要求。、为级间耦合电容，一般取10。其余元件的值可参见图3-3中的外围元件值。上述电路虽然从原理上能满足要求但由于输入信号同时加在两功放块的同相端和反相端，而集成电路的同相端和反相端的输入阻抗和特性都是不同的，这会使整个输入电路失去平衡，从而导致电路的开环失真增大。较佳的选择是在前级加上一级倒相电路，使得到两个大小相等，相位相反的信号，并加在两功放的同相端。这样可使它们的输入特性变得一致。3.4.5倒相电路形式的确定常用的倒相电路有如图3-5所示四种。 3-5 倒相电路的形式(1)C-E分割倒相式电路 如图3-5（1）所示，它利用VT1集电极与发射极输出信号反相的特点完成BTL电路的倒相作用。这时，E极输出阻抗小而C极输出阻抗大，因而，这种倒相电路的一致性较差。但由于后级采用了高输入阻抗的集成功率放大器，所以影响不是很大。 (2)差分放大倒相电路 如图3-5（2）所示，它利用差分放大器作BTL的倒相电路。这是一个单端输入、双端输出的差分电路。其双端输出信号反相，分别推动两路功放电路。这种电路倒相质量高，信号一致性好，电路增益较高，且噪声、相移、失真均较小。 (3)自倒相BTL电路 由于集成功放往往采用差分放大器作电路的输入级，因而，具有同相和反相两个输入端(一般使用同相输入端)。如图3-5（3）所示，把第一集成功放的同相输出信号，通过电位器Rp和R分压，由C耦合至第二集成功放的反相输入端，通过Rp控制输入信号的强弱，使两集成功放输出电压相等，从而构成了利用集成功放的自倒相BTL电路。这种电路结构简单，但噪声和失真稍大。（4）运放倒相电路如图3-5（4）所示，IC1为电压跟随器，IC2为反相器。信号同时加在两者上面，者可得到两大小相等，相位相反的信号。该电路具备上面各种倒相电路的优点，且外围元件简单，输出电阻小，可隔离前级电路对后级的影响等。因此我采用运放到相电路的形式，具体电路如图3-6所示。 图3-6中，电路采用运放NE55323构成倒相运放电路，为电压跟随器，为反相器，且两者的增益都为0，因此两运放的输出信号值大小相等，相位相反。分别加在后面两功放同相输入端，则它们的输出亦是反相的，且该电路还具备高输入阻抗，低输出阻抗的特点，故还能在前后级电路中起到阻抗匹配的作用，这些特点都可以大大改善功 3-6 由NE5532组成的倒相电路放的性能。3.4.6功放电路的确定由上述分析，本设计拟用功放部分的完整电路如图3-7所示。 3-7 功放电路由同相比列放大电路的计算公式（3-3）式可得该电路的增益仍为54dB，满足设计要求。第4章 音调控制电路的设计4.1选择电路形式及其工作原理4.1.1音调控制曲线音调控制器是控制、调节音响放大器输出频率高低的电路，其作用是为了满足听音者的听音爱好，通过对音频信号的某部分频率进行提升或衰减，使整个的声场更加符合听音者对听觉的要求。一般在音响系统中设有低音调节和高音调节两个旋扭，用来对音频信号中的低音或高音成分进行提升或衰减。其控制曲线如图4-1中折线所示。图中 中音频率，要求增益；低音转折频率，一般为几十赫兹；中音频转折频率；中音频转折频率；高音频转折频率，一般为几十千赫兹。 图4-1音调控制曲线 从图中可见，音调控制器只对低音频或高音频进行提升或衰减，中音频增益保持不变，音调控制器由低通滤波器和高通滤波器共同组成。音调控制电路种类很多，常用的音调控制电路有三种：一是衰减式RC音调调节电路，其调节范围较宽，但容易失真；另一种是反馈型电路，其调节范围小一些，但失真小；第三种是混合式音调控制电路，其电路复杂，多用与高级收音机中。根据设计指标要求，本设计采用集成运放NE5532构成反馈型音调控制电路。4.1.2 NE5532特性指标NE5532是一种内部补偿的双重低噪声的运算放大器，其具体指标参数为：转换频率为增益带宽积为10MHZ直流增益为倍最高工作电压为22V.NE5532内部由两只性能相同的运放构成，如图4-2所示。图4-2 NE5532内部结构图额定参数值如表4-1所示。表4-1 NE5532额定值3NE5532标志范围单位工作电压-22 +22V差模输入电压-13 +13V输入电压-22+22V工作温度范围 0 +70C这种集成运放的高速转换性能可以大大改善电路的瞬态性能,较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真的输出,使电路的整体指标大大提高，由于该运放有高精度，低噪声，高阻抗，高速，宽带宽等优良特性，因此下面的音调控制电路，话筒放大电路以及前置放大电路都采用该运放构成。4.1.3负反馈型音调控制电路构成及原理负反馈型音调控制原理如图4-3所示。4-3 负反馈型音调控制电路原理图和是由RC组成的网络，放大单元为集成运放NE5532。因为NE5532的开环增益很高，所以 （4-1）当信号频率改变时,、的比值随之改变，即放大器的增益在变，若改变、的电路结构，即使频率相同，增益也在改变，从而达到了通过改变电路结构来改变高低音电平控制的目的。假设、包含的、元件不同，可以组成如图4-4所示的四种不同形式的电路。 4-4 四种不同的电路形式图4-4（a）中：若取值较大，只在低频时起作用。则当信号频率在低频区， 时，则，所以，因此可以得到低音提升。图4-4（b）中：若较小，只在高频起作用。当信号频率在高频区，时，所以，因此可以得到高音提升。同理，图4-4（c）（d）分别可得到高、低音衰减。4.2 音调控制电路频率分析如果将图4-4四种形式的电路组合起来，即可得到反馈型音调控制电路，如图4-5所示。图4-5 反馈型音调控制电路设，在中、低音频区，可视开路，在高音频区，、可视为短路。（1）当 时信号工作在低频区，很小，、R3支路可视为开路。反馈网络主要由上半边起作用。又NE5532的开环增益很高，放大器的输入阻抗又很高，因此，因此R4的影响可以忽略。音调控制器低频等效电路如图4-6所示，其中图4-6（a）为的滑臂在最左端，对应于低音频提升最大的情况，图4-6（b）为滑臂在最右端，对应于低音频衰减最大情况。图4-6（a）实质上是一个一阶有源低通滤波器，其传递函数表达式为： (a)低音频提升 ( b)低音频衰减 图4-6音调控制器低频等效电路 （4-2）式中 或 （4-3） 或 （4-4）时，可视为开路，运放的反相输入端为虚地，因运放输入电流，影响可忽略，此时电压增益最大为： （4-5）由设计要求得=20dB(10倍)，即=10。时，由式（4-2）得 （4-6）时，由式（4-2）得 （4-7）时，即信号接近中频时，相当于短路，反馈支路只有，此时电压增益最小为： （4-8）范围内，低音最大提升量为20dB。同理可得出图4-6(b)所示电路表达式，其增益相对于中频为衰减量。转折频率为： （4-9） （4-10）最大衰减量为： （4-11）音调控制器工作在低音频时，幅频特性如图4-1左半部虚线所示。（2） 当时，音调控制器高音频等效电路如图4-7(a)所示。在高音频段、可视为短路，与、 组成星形联接，为分析方便，将其转换成三角形联接后的等效电路如图4-7（b）所示。 (a)高音频等效电路 (b) 三角形联接后的等效电路图4-7 音调控制器高频等效电路电阻关系式为 （4-12）若取，则 （4-13）由于前级电路采用低输出电阻（500）的运算放大电路构成，因此输出信号通过反馈到输入端的信号被前级输出电阻所旁路，因此的影响可以忽略，视为开路。这时高频等效电路如图4-8所示，图4-8（a）为的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大的情况，图4-8（b）为滑臂在最右端时，对应于高频衰减最大的情况。 （a） （b） 图4-8 高频等效电路如图4-8（a）所示，该电路为一阶有源高通滤波器，其传递函数表达式为： （4-14） （4-15） 或 （4-16） 或 （4-17）同低频等效电路相同方法分析，可得到以下关系式：时，可视为短路，电压增益为 （4-18）由设计要求得=20dB(10倍)，即=10。时， （4-19）时，可视为开路， （4-20）时， （4-21）范围内,高音最大提升量为20dB。同样的方法可得滑动至最右端时有：转折频率为： （4-22） （4-23）最大衰减量为： （4-24）综上所述，音调控制器的电路是由一阶有源的低通滤波器与高通滤波器构成。根据上述推导计算可将图4-1重画为如图4-9所示。 图4-9 全频带高低音提升衰减曲线实际应用中，通常是给出低频区和高频区处的提升量或衰减量x(dB),再根据下式求出转折频率和1。即 （4-25） （4-26）通过以上分析可以看出：（1）控制低音，控制高音。（2）当从A向B滑动时，低音信号衰减逐渐加大，反馈逐渐加强，使低音从提升转向衰减，同样道理当从C向D滑动时高音信号衰减加大，反馈也增强，使高音信号从提升转向衰减，把、放在不同位置时，可得到高低音的不同提升或衰减。（3）音调控制电路中音增益= -1，不因，的改变而改变。（4）电路的最大提升量是依靠减少输入信号衰减和减弱负反馈量来达到的，因此电路的放大级必须有足够的开环增益，才能依靠强的负反馈获得较宽的调节量。（5）在已知、转折频率及要求的、处的提升或衰减量时，可根据与、与的关系求出、。4.3 电路参数计算及元件值确定4.3.1转折频率计算因为已知电路的转折频率和，设计要求在100Hz和10kHz处有12db的调节范围，所以知道和处的提升量，根据公式（4-25）、（4-26），可求出： =100=400Hz =/10=40Hz =10k/=2.5 kHz =10=25 kHz 4.3.2 元件数值确定在本设计中，考虑到为后级电路的工作需要，在输出端接入一电位器，便于对输出的调节，因此实际的音调控制电路如图4-10所示： 图4-10 音调控制电路由前面的增益分配可知，本级电路要求，、，不能取得太大，否则运放漂移电流的影响不可忽略，但也不能太小，否则流过它们的电流将超过运放的输出能力。一般取几千欧到几百千欧。现取、为100，=10，则可得：由公式可得： =取标称值，即=从公式（4-13）可得： =3=30 由公式 得 =3，取标称值3 由公式得 =2.12，取标称值2.2因为音频信号频率较低，采用阻容耦合存在衰减，为降低衰减，所以要求： （为低频截止频率） （4-27）取级间耦合与隔直电容=10。第5章 话筒放大器和混合前置放大器设计5.1 话筒放大器的设计由于话筒的输出信号很小，而输出阻抗达到20，也有低输出的话筒（如20，200等），所以话筒放大器的作用是不失真的放大声音信号（最高频率达到20kHz）。其输入阻抗远大于话筒的输出阻抗。为实现阻抗匹配，可采用具有高输入阻抗的同相比列放大器。具体电路如图5-1所示。 图5-1 话筒放大器电路话筒放大电路是一个同相比列放大电路，在运放构成的比列放大电路中，不能让电路中的反馈电阻过大，过大时将增大噪声，影响放大器的性能，但也不能太小，太小时，使得运放的两输入端的等效阻抗不等而影响运放性能，所以反向输入端的等效电阻应与同相输入端的等效电阻相等。因此有以下关系式为： 且 =/ （5-1）根据系统增益分配要求得该级电压增益为7.5倍，取。由公式（5-1）得： 取标称值68= 取标称值 10为隔直电容，一般取值为1。为耦合电容，由公式（4-27）计算可取=10。5.2 混合前置放大器的设计 混合前置放大器的作用主要有两方面。一方面将来自话筒放大的信号，音响播放机信号完成平衡汇集。另一方面还必须将合成后的信号提升到功放所需信号幅度。因此可采用一个由运放构成的反相求和电路。 综上分析，拟选电路形式如图5-2所示。 图5-2 混合前置放大器电路由反相求和电路的特性可知： ， =/ （5-2）式中 话筒放大器输出电压； CD机输出电压。由前面的增益分配，可得前置放大级的输出电压300mV，而话筒放大器的输出电压为37.5mv，而录音机的输出电压一般为100mV，因此应将提升较大的倍数，而提升较小的倍数，这样使之输出达到平衡，否则会产生失真。、的取值不能太大，当取值过大时，补偿电压过大，频率特性变乱，噪声增加。、的取值也不能太小，当取值太小时，将得不到必要增益，还会增加失真。、的取值一般为几千欧至几十千欧。经初步估算可取。则可得： 由于实际电路中有损耗，因此实际得到的输出电压应小于该值。但仍可以满足设计要求。=/=（39/10/5.1）=3.1 取标称值3。、和是去耦电容，避免耦合干扰，一般取10。为使声音和音乐可调可控，在话音放大输出端和音乐输入端接入10电位器和，分别控制声音和音乐的音量。第6章 电子混响电路的设计6.1电路构成及工作原理在不同的场所对混响效果的要求是不同的。有时，我们要求混响时间短一些，以免影响语音的清晰度。但有时我们却希望有适当长的混响时间，例如在收听大型交响乐时，利用混响造成一定的气势。混响器可以改变厅堂的混响时间，对较“干”的信号进行再加工，以增加空间感，提高音响系统的丰满度。使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。 常用的混响器有机械式（如弹簧混响器、钢板混响器、箔式混响器等）混响器、磁混响器和模拟电子混响器、数字混响器等四种。混响板和弹簧式混响器是利用振动的传播来获得混响的；磁带式混响器实际上是一台特殊的录音机，通过改变放音磁头的距离或改变录音机的带速均可改变混响时间；电子混响器是产生一系列时间延迟而输出电平不同的信号，然后将其叠加而产生混响效果；数字式混响器，其延迟电路采用了数字延迟器。后两者具有频率范围宽，混响特性好，信噪比高，调节范围大，调整方便等优点，因此被广泛应用于电子扩声系统中。本设计采用模拟电子混响器来实现电子混响功能。模拟电子混响器是由延时器与衰减网络构成的，输入信号经延时秒输出后又经衰减网络送至延时器输入端，如此循环往复。由于反馈系数G1，电路工作稳定，经过n时间后，输出端将出现一系列逐步衰变的混响特性。 图6-1 电子混响器组成框图电子混响器的组成如图6-1所示，其中BBD器件称为模拟延时集成电路，内部由场效应管构成多级电子开关和高精度存储器。在外加时钟脉冲（由时钟发生器产生）作用下，这些电子开关不断地接通和断开，和对信号进行取样、保持并向后级传递，从而使BBD信号对于输入信号延迟了一段时间。BBD器件的基本结构如图6-2（a）所示，等效电路如图6-2（b）所示。 6-2 BBD结构及等效电路图在图6-2中，CP1控制一系列的奇数电子开关，CP2控制一系列偶数开关。在第一时钟脉冲有效时对输入信号取样保持，在第二时钟脉冲有效时将保持的信号（电荷）瞬时传递给下一个MOS电容。随着两时钟脉冲的不断交替，信号电荷逐级向后存储和转移。最后，在输出端出现已被延迟的输入信号。可见BBD的基本功能是电荷存储和转移。电荷存储是由一系列高精度MOS电容作为存储器，电荷转移则由一系列的高速开关逐级传递。因此，BBD可视为一个模拟移位寄存器，且BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延迟时间越长。BBD配有专用的时钟电路，如MN3102时钟电路与MN3200系列的BBD器件配套。在图6-1中，第一级有源低通滤波器用于滤除主声道中的高、中频成分，以确保延迟信号的失真最小和噪声最低。第二级有源低通滤波器可滤除延迟信号中的时钟脉冲残余成分和其他高次谐波成分。缓冲器用于隔离输入端和输出端的影响，且将一部分输出信号反馈回输入端，再进行延时，以形成一串逐渐衰减的延迟声，从而达到模拟回音的效果。根据图6-1所示的电路组成框图，本设计采用的电子混响电路如图6-3所示。其中MN3207为BBD延时器件，MN3102为与之配套的时钟发生电路。两级二阶低通滤波器A3、A4滤去4KHZ（语音）以上的高频成分，反相器A5用于隔离混响器的输出与输入级间的相互影响。控制混响器的输入电压，控制MN3207的输出平衡以减少失真，控制延时时间，控制混响器的输出电压。 图6-3 电子混响器电路LM324，MN3201与MN3102引脚图如图6-4所示，其中图6-4（a）为LM324的引脚功能图，图6-4（b）为MN3102的引脚功能图，图6-4（c）为MN3207的引脚功能图。图6-4LM324、MN3102与MN3207引脚功能图LM324采用14脚双列直插塑料封装，其引脚排列如图6-4(a)所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器有5个引出脚。MN3102是驱动低电压BBD所必须的低输出阻抗CMOS两相时钟发生电路，内部包含BBD所需VGG的产生电路。MN3102外接R、C元件可自行振荡，亦可用外时钟输入以输出所需的时钟脉冲，输出脉冲的频率是振荡(或输入)脉冲频率的1/2。 其特点：可直接驱动相当于4096段的低电压BBD ；可自行振荡，亦可用外时钟输入来进行工作 ；两相时钟(占空比=1/2) ；内含低电压BBD工作所需的VGG电压发生电路 ；单一电源(410V) 。MN3102作为低电压BBD用CMOS时钟发生/驱动电路，与比例3207等低电压BBD器件配套。 MN3207是1024段低电压工作的低噪声BDD，适于音频范围使用。调整时钟频率可以改变延迟时间。工作电压为+5V，可提供最大为51.2ms的模拟信号的延迟量。6.2外围元件值的确定图中A3，A4为无限增益多路反馈二低阶低通滤波器，该电路有倒相作用，且有外围元件少，输出电阻低等优点。该电路元件和系数的关系为： （6-1）为通带截止角频率，且=，Q为品质因数，为通带电压放大倍数。由题意得，=-6，由二阶低通滤波器的传递函数得Q=2。将这三个值代入方程（6-1）后还有五个未知数，故可先确定两个元件的值，再由方程解出另外三个值。因为电容系列值较少，故先取=0.033F，=2200pF，则可解得：2k,12k，1.7k。同理可求出周围的元件参数值如图6-3所示。图中为反相器，由题意得该电路电压增益为零，故可取： ，为级间耦合电容，取。MN3207和MN3102的外围元件值可参见图3-6所示典型应用元件参数值1 图7-2 调试结果第8章 结束语经过一学期的学习和研究，我圆满完成了本次毕业设计，尽管设计过程中也遇了很多困难，但我凭着勤奋踏实的学习态度和科学的学习方法，较好的完成了本次设计。本设计的各项指标都完全能满足普通家庭的需求，并且电路中采用的都是一些当下性价比较高的集成元件，如LM324、NE5532、LM3886等。并且还可根据用户的需求，在不改变电路形式的前提下，将一些集成元件替换成性能更好的元件，如NE5532可替换为OP275，LM38