课程设计（论文）--音响放大器报告.doc

目录： 一、音响放大器的基本组成一、音响放大器的基本组成.1 1 1、话音放大器.1 2、混合前置放大器.2 3、音调控制器.2 4、功率放大器.4 二、音响放大器的设计二、音响放大器的设计.5 5 1、电路原理图设计.5 2、对元件进行封装.5 3、生成网表.6 4、元件清单.6 5 、PCB 布线版图.6 6、制作电路板.7 三、音响放大器主要技术指标及测试方法三、音响放大器主要技术指标及测试方法.1010 1、额定功率.10 2、音调控制特性.11 3、频率响应.11 4、输入灵敏度.11 5、噪声电压.12 6、整机效率.12 四、电路安装与调试技术四、电路安装与调试技术.1212 1. 合理布局，分级装调 .12 2. 电路调试技术 .12 五、总结分析设计中出现的问题五、总结分析设计中出现的问题.1313 六、心得体六、心得体会会.1414 七、参考文献七、参考文献.1515 1 一、音响放大器的基本组成一、音响放大器的基本组成 1 1、话音放大器、话音放大器 由于话筒的输出信号一般只有 5mV 左右，而输出阻抗达到 20k(亦有低输 出阻抗的话筒如 20，200 等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音 信号(最高频率达到 10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。 图 1.1 话音放大器 图 1.2 混合前置放大器 2 2、混合前置放大器、混合前置放大器 混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混响后的声 音信号混合放大 。 3 3、音调控制器、音调控制器 音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保 持 0dB 不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。 图 1.3 音调控制器 v1 v2 R1 R2 RF vo vi R1 RP1 R2 C1 C2 R4 C3 R3 RP2 C5 vo C4 2 （1）当 ff0 时 当 RP1 的滑臂在最左端低频时，对应于提升最大的情况，如图（a） 当 RP1 滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况 ，如图（b） 。 图 1.4 当 ff0 时音调控制器分析 分析表明，图(a)所示电路为一阶有源高通滤波器，其增益函数的表达式为： 式中， 当 ffH1（3）时，C3 视为开路，此时电压增益 AV0=-1(0dB) 。 当 f=fH1 时,因 fH2=10fH1 由 得 此时电压增益 AV3 相对于 AV0 提升了 3dB。 在 f=fH2 时, 此时电压增益 AV4 相对于 AV0 提升了 17dB。 同理可以得出图(b)所示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。 4 4、功率放大器、功率放大器 功率放大器(简称功放)的作用是给音响放大器的负载 RL(扬声器)提供一定 的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失 真尽可能地小，效率尽可能高。 vi C3 R3 Ra Rb vo vo Rb vi Ra R3 C3 2/1 /1 33aH133a3 CRRfCRR或 33H2334 21 /1CRfCR或 4 3 a b i o /j1 /j1 )j ( R R V V A V0V3 2AA V0V4 2 10 AA ui R1 C1 3 2 4 LM386 C2 7 EC 6 10F 1 8 R2 5 C3 R3 C4 RL 4 3 a b i o /j1 /j1 )j ( R R V V A 4 图 1.6 功率放大器电路 （1）5 脚输出:R3、C3 构成串联补偿网络与呈感性的负载（扬声器）相并, 最 终使等效负载近似呈纯阻, 以防止高频自激和过压现象。 （2）7 脚旁路: 外接 C2 去耦电容, 用以提高纹波抑制能力, 消除低频自激。 （3）1、8 脚电压增益设定: 其间接 R2、10 F 串联支路, R2 用以调整电压 增益。当 R2=1.24 k 时,Auf=50。 二、二、音响放大器的设计音响放大器的设计 1 1、电路原理图设计、电路原理图设计 此电路是音响放大器电路，电路原理图如下： 图 2-1 电路原理图 在电脑上安装好 protel99se 软件，进入界面，在 file 菜单栏中悬着 new，新建一个文件 document，再在 document 里新建一个后缀名为.sch 的文件， 在该文件中绘制出如上电路图。 2 2、对元件进行封装、对元件进行封装 本次设计中的封装，插座用 SIP2，电阻用 AXIAL0.4，电容用 RB.2/.4，无 5 极性电容用 RAD0.2，电阻用 AXIAL0.4，电位器用 VR4，LM324 用 DIP14，LM386 用 DIP8。 元件库中无法找到所需元件是，应当学会自己测量并绘制封装。例如：在 Protel 的元件库中是没有我们需要的插口的封装的，因此，该元件的封装需要 自己测量然后根据测量结果进行绘制，测量应当精准。 绘制好后，应该给该元件命名，在原理图中的插口封装即为自己所绘制的 元件封装。 3 3、生成网表、生成网表 在菜单栏上选择 design 设计中的生成网表，即可得到关于该原理图的网表。 生成 PCB 板时需要导入网表。 4 4、元件清单、元件清单 在菜单栏中选择 reports 选项中的 bill of material，设置列出清单的各 个要求，一般按照默认的进行，即可得到元件清单。 5 5 、PCBPCB 布线版图布线版图 在菜单栏的 file 中新建一个 PCB 向导，按照需要选择需要的尺寸，再在该 PCB 文件的 design 中选择导入网表，选择之前生成的网表，检查无错误即可导 入。 为了使自动布线后的版图更合理，我先对导入的元件进行手动布局。布局 完后，选择自动布线命令，就可以对 PCB 板进行自动布线，然后根据自动布线 结果进行手动布线。 布线后的版图如下所示： 6 图 2-2 布线版图 6 6、制作电路板、制作电路板 1、打印 PCB。将绘制好的 PCB 用转印纸打印出来。 2、裁剪覆铜板。 3、预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印 PCB 时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没 有明显污渍。 4、转印 PCB。把印有 PCB 的一面贴在覆铜板上，对齐好后使用电熨斗进行转印 即可。 5、腐蚀电路板。先检查一下 PCB 是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可 以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等电路板上暴露的铜膜完全被腐蚀 掉时，将电路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块电路板就腐蚀好了。 6、电路板预处理。用细砂纸把覆在电路板上的墨粉打磨掉，用清水把电路板清 洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，只需薄薄的一层，不光防止线 路被氧化，同时松香也是很好的助焊剂。 7、电路板钻孔。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针。 8、焊接电子元件。焊接完板上的电子元件。 7 电路板实物图如下： 图 2-3 钻孔后的电路板实物图 图 2-4 焊接后电路板实物正面图 1 8 图 2-5 焊接后电路板实物正面图 2 图 2-6 焊接后电路板实物背面图 1 9 图 2-7 焊接后电路板实物背面图 2 三、音响放大器主要技术指标及测试方法三、音响放大器主要技术指标及测试方法 1 1、额定功率、额定功率 音响放大器输出失真度小于某一数值(如5%)时的最大功率称为额定功率。 其表达式为 ： 式中，RL 为额定负载阻抗；Vo(有效值)为RL 两端的最大不失真电压。Vo 常用 来选定电源电压VCC 。 （ ） 测量Po 的条件如下： 信号发生器的输出信号(音响放大器的输入信号)的频率 fi=1kHz，电压 Vi=5mV，音调控制器的两个电位器 RP1、RP2 置于中间位置，音量控制电位器置 于最大值，用双踪示波器观测vi 及vo 的波形，失真度测量仪监测vo 的波形失 真。 注意：在最大输出电压测量完成后应迅速减小Vi，否则会因测量时间太久而损坏功率放大 器。 L 2 oo RVP occ 22VV 10 2 2、音调控制特性、音调控制特性 输入信号 vi (=100mV)从音调控制级输入端的耦合电容加入，输出信号 v0 从输出端的耦合电容引出。先测 1kHz 处的电压增益 Av0(Av0=0dB)，再分别测 低频特性和高频特性。 同样，测高频特性是将 RP2 的滑臂分别置于最左端和最右端，频率从 1kHz 至 50kHz 变化，记下对应的电压增益。 最后绘制音调控制特性曲线，并标注与 fL1、fx、fL2、f0(1kHz)、 fH1、fHx、fH2 等频率对应的电压增益。 3 3、频率响应、频率响应 放大器的电压增益相对于中音频 fo(1kHz)的电压增益下降 3dB 时对应低音 频截止频率 fL 和高音频截止频率 fH，称 fL fH 为放大器的频率响应。 测量条件同上，调节 RP3 使输出电压约为最大输出电压的 50%。 图 2-8 频率响应曲线 测量步骤是： 音响放大器的输入端接 vi (等于 5mV)，RP1 和 RP2 置于最左端，使信号发 生器的输出频率 fi 从 20Hz 至 50kHz 变化(保持 vi=5mV 不变)，测出负载电阻 RL 上对应的输出电压 Vo，用半对数坐标纸绘出频率响应曲线，并在曲线上标注 fL 与 fH 值。 4 4、输入灵敏度、输入灵敏度 使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压(有效值)称为输入灵敏度 Vs。 测量条件与额定功率的测量相同，测量方法是，使 Vi 从零开始逐渐增大， 直到 Vo 达到额定功率值时所对应的电压值，此时对应的 Vi 值即为输入灵敏度。 20 17 3 0 3 17 20 fLx fL1 fL2 f0 (1kHz) fHx fH2 fH1 f/Hz 20dB/10 倍频 AV /dB 11 5 5、噪声电压、噪声电压 音响放大器的输入为零时，输出负载 RL 上的电压称为噪声电压 VN。 测量条件同上，测量方法是，使输入端对地短路，音量电位器为最大值， 用示波器观测输出负载 RL 两端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。 6 6、整机效率、整机效率 其表达式为 式中，Po 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。 四、四、电路安装与调试技术电路安装与调试技术 1.1. 合理布局，分级装调合理布局，分级装调 音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一 般按照电路的顺序一级一级地布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量 接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。 安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电 解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装，也可 以从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试， 直到整机安装与调试完成。 2.2. 电路调试技术电路调试技术 电路的调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性 能指标测试。 （1）分级调试又分为静态调试与动态调试。 静态调试 静态调试时，将输入端对地短路，用万用表测该级输出端对地的直流电压。 话放级、混合级、音调级都是由运算放大器组成的，其静态输出直流电压均为 VCC/2，功放级的输出(OTL 电路)也为VCC/2，且输出电容 CC 两端充电电压也应 为VCC/2。 %100/ Co PP 12 动态调试 动态调试是指输入端接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，并测 量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元 器件数值是否合乎要求，否则是不会出现很大偏差的。 （2）级联调试 单级电路调试时的技术指标较容易达到，但进行级联时，由于级间相互影 响，可能使单级的技术指标发生很大变化，甚至两级不能进行级联。产生的主 要原因： 布线不太合理，形成级间交叉耦合，应考虑重新布线； 级联后各级电流都要流经电源内阻，内阻压降对某一级可能形成正反馈，应 接 RC 去耦滤波电路。R一般取几十欧姆，C一般用几百微法大电容与 0.1F 小 电容相并联。 由于功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。集成块内部 电路多极点引起的正反馈易产生高频自激，常见高频自激现象如图 2-9 所示。 图 2-9 高频自激现象 常见的低频自激现象是电源电流表有规则地左右摆动，或输出波形上下抖 动。 产生的主要原因是输出信号通过电源及地线产生了正反馈。可以通过接入 RC 去耦滤波电路消除。 五、总结分析设计中出现的问题五、总结分析设计中出现的问题 1、原理图中开始设计的两个运放在仿真元件库中找不到，检查之后发现 protel 是的补丁未安装，安装完毕后能够通过 find 工具查找 LM324 及 LM386。 2、要得到 PCB 板就要对各个原器件进行封装，一个原器件可以有不同的封装号， 一个封装号也可以封装不同的原器件。如果不对原器件进行封装，生成 PCB 板 时会出现找不到原器件等一连串错误。当原器件封装后，生成 PCB 板时出现找 不到节点的错误，这是因为封装器件的管脚标号和原理图中对应原器件的管脚 标号不同，此时只需要在 PCB 元件库中改变对应元件的管脚标号即可，也可以 13 改 sim.lib 里面对应元件的管脚标号。 3、在找不到元件封装的时候，应该学会自己动手绘制元件封装，动手绘制的时 候应该准确测量实物的大小以及引脚的位置，以免出现元件引脚与 PCB 板孔径 不匹配的问题。 4、绘制原理图时，要细心连接好每一个器件，节点既不能多更不能少。 5、布线时应按照电路的功能一级一级地布线，输出级应远离输入级，连线间尽 量短，以减少可能出现的自激。 6、由于电源线和地线的电流较大应使用粗线。 7、在使用钻机钻孔时，电路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢。 8、在钻