53扩音机的设计.doc

53扩音机的设计扩音机不仅仅是音响设备，这类放大器还广泛用于控制系统和测量系统中。本课题介绍了一种具有收音、拾音、话筒等输入的功率扩音机的设计。通过完成本课题，要求掌握音响电路的前置级，音调级，集成分立元件功放的设计与主要性能参数的测试方法，并掌握小型电子电路的装调技术。一、 扩音机电路的原理扩音机一般由下列三级组成：前置放大级，可兼作频率均衡级；音调控制级，作高低音调调节用；功率输出级，输出足够的功率以推动负载工作。功率放大极决定了整机的输出功率Po,非线性失真系数,以及-3dB带宽的下限频率.功放级可采用负反馈以改善其性能.负反馈弱,增益大,但对性能改善程度也差;负反馈强,则反之.通常根据输出功率增益的大小来决定负反馈的深度. 音调控制级决定了整机的音调控制功能，该级电压增益不是主要的,一般取中频增益Ao=1(也便于电路设计计算).但需要考虑电路中的损耗,实际略小. 前置放大级决定了整机的灵敏度.因此应有足够大的增益,并且能适应不同输入.整机参考图见图5-3-2 (一) 功率放大级 图5-3-2电路中的功放级为分立元件、准互补推挽式OTL电路,也可用3.8节集成功放电路代替.下面仅就分立元件功放电路做介绍.电路中T5和T7组成NPN复合管,由单电源VCC供电,输出通过耦合电容C5接到负载,C5起一个0.5VCC电源的作用,T4和R9、R10组成恒压偏置电路,为末级提供一定的直流偏置以消除交越失真,R13和R15为泄放电阻,R14为平衡电阻.推动级是由T3构成的共发射级放大器,其集电极直流负载电阻为R11+R12；C4、R12为自举电路,使T3集电极的交流负载为R15或R16.当然应有R15或R16 (R11+R12),以使本级能输出最大电压.输入级是由T1,T2组成的共发射极组态差动放大器.R8引入直流负反馈,以稳定输出端A点的直流电压.R8、R7、C3引入交流负反馈,以改善整个电路的性能,同时也决定了整个电路的电压增益.C*为密勒电容补偿,以清除高频自激.若已知负载RL,功率Po，-3dB带宽为fLfH ，则分立元件功放的设计计算为：1、 确定电源电压Vcc因为负载电压最大值为，则应有Vcc2ULM，应充分考虑到 T7和T8上的管压降及其射击电阻R16，R17上的压降，Vcc可取大些。2、 准互补推挽电路的计算负载电流最大值为ILM= ULM/RL，推挽管的平均电流Ic=0.319Icm，根据3.8节原理，可确定功放管。射击电阻R16，R17一般取（0.050.1）RL，输出耦合电容C5应满足fL的要求，即应有C51/2fLRL。R13,R15为泄放电阻,一般取R13=R15=(510)R17R14为使Ri5=Ri6,因此有R14=R13/R17Icm5=Icm6=(1.11.5) ILM/hfe7T5,T6的输出功率为Po56=0.5ULM Icm5由上式确定激励级T5，T6中功率三极管。3、推动级 由激励级可推出推动级ICQ3的大小，（R11+R12）为T3集电极的直流负载，因而有（R11+R12）=0.5Vcc/ICQ3 C4为自举电容4、输入级 输入级有T1，T2差分放大电路组成，电路设计可参考基本放大器及差分放大器设计的有关章节。 整个功放电路中的交流反馈为电压串联负反馈，反馈系数为F=R7/（R7+R8）设为深度负反馈，则闭环电压增益为（二）音调控制级音调控制级的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，控制曲线如图5-3-3所示。 fo=1KHZ 中音频率，要求增益Auo=0dB f1低音转折频率，一般为几十赫兹f2=10f1 中音频转折频率 由激励级可推出推动级ICQ3的大小，（R11+R12）为T3集电极的直流负载，因而有（R11+R12）=0.5Vcc/ICQ3 f3 中音频转折频率 f4=10f3高音频转折频率，一般为几十千赫兹由图可见，音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。所以音调控制级的电路由低通滤波器和高通滤波器共同组成。常见电路有专用集成电路，如五段音调均衡器LA3600，外接发光二极管频段显示器后，可以看到各个频段的增益提升与衰减变化。在高中档收录机，汽车音响等设备中广泛应用。也有用运算放大器构成的音调控制电路，如图5-3-4所示。这种电路调节方便，元器件较少，在一般收录机、音响放大器中应用较多。 设电容C7=C8C9，在中低音频区，C9可视为开路，在中高音频区，C7、C8可视为短路。当ffo时，音调控制级的高频等效电路如图5-3-6所示， 此时电容C7和C8可看成短路,Rw1因此也被短路,R8,R9和R10为星形连接，将其转换成三角形连接后的电路入图5-3-7所示。 电阻的关系式为 Ra=R8+R9+(R8R9/R10)Rb=R9+R10+(R9R10/R8)Rc=R8+R10+(R8R10/R9)若取R8=R9=R10,则Ra=Rb=Rc=3R8因为Rc跨接在电路的输入端和输出端之间，对控制电路无影响，故可将它略去。当Rw2滑臂处于最左端时为高频提升最大，等效电路如图5-3-8（a）所示。因为当Rw2滑臂处于最左端或最右端时，Rw2对控制电路无影响，故等效电路中可略去。高频提升时，由图5-3-8（a）得其增益函数为：5-3-7式中，5-3-8与分析低频等效电路的方法相同（从略），得到下列关系式：ff4时，C9可视为短路，此时增益为：5-3-10假设技术指标中，给出中频增益Auo=1（0dB），在10kHz处有12dB的调节范围，即可算出f3=2.5kHz。由式5-3-8可得5-3-11可得：电阻R11，C9均看由公式推出当Rw2电位器滑臂滑向最右端，电路为高频衰减，等效电路如图5-3-8（b）所示，与高频提升高效电路相比较，由于Ra=Rb，其它元件值也相同，所以高频衰减的转折频率与高频提升的转折频率相同，而高频最大衰减为1/10（即-20dB）. （三）、前置放大级前置放大级需要有足够的放大倍数，还要求对不同的输入信号有不同的灵敏度。拾音 拾音通常是指用电唱机放唱片时，由电唱机中拾音器所输出的信号。录制在唱片上的音乐信号，由于技术和工艺上的原因，往往进行了一些预失真处理。一般是对信号中的低频部分作了一定的衰减，而对高频部分则作了一定的提升，如图5-3-9中的预失真处理曲线所示。因此将唱片重新放送出来时，就要对这种预失真进行相应的补偿，才能恢复音乐信号的原来面目。由于目前唱片的转速有四种，即78，45，和 转/分，而电唱机中所用拾音器又有电磁型和晶体型等几种，因此所要求的补偿是不一致的。对于转速为转/分，且拾音器为电磁型的而言，所要求补偿的为图5-3-9中实际补偿曲线所示。 设计电路时，实际补偿曲线常用四段折线来近似，如图5-3-9近似补偿曲线所示，近似补偿曲线有三个转折频率分别为51Hz,510Hz和2120Hz，斜线的斜率为20dB/ 十倍频，这种补偿电路称为频率均衡电路，简称EQ电路。一些高级的扩音机分别对不同转速的唱片采用不同的补偿电路，并用波段开关来分别选用，在此就不再介绍。话筒和收音 话筒是指直接由话筒将声音信号转换后输出的信号，收音是指收音机中检波后输出的电信号。对于这些信号，扩音机通常应当具有比较平坦的频率特性，以便高保真地放大。1 话筒输入（k与1相连）当开关置1时，即为话筒输入，该前置 级为一同相放大器，根据灵敏度的要求，可确定其放大倍数。5-3-12R18=R175-3-13隔直电容C11的容抗在下限频率上仍应远小于电阻R192 收音输入(k与2 相连)电路与话筒输入相同在话筒和收音输入的情况下，因为反馈网络为纯电阻性，若运放为理想器件，则放大器具有平坦的频率特性。3 拾音输入（k与3相连）若拾音输入时，由图5-3-9已知实际补偿特性曲线可用四段折线来近似，它的三个转折频率分别为f1=51Hz,f2=510Hz,f3=2120Hz,要实现这一具有两个极点和一个零点的特性，可以在运放的反馈电路中接入 C12,R21和C13,R22共四个元件，增益函数为：5-3-14式中 ，考虑到21,即 C13R22C12R21 , 并让 C13C12 ，R22R21 则2的表示式可简化为 中频（23）时的增益为5-3-15根据给定技术指标，很容易由5-3-14、5-3-15式确定各元件值。前置级输出信号由电位器取出信号送入音调级，该电位器起到调节整个扩音机音量的作用。三 设计任务1 基本题设计一扩音装置，要求达到以下技术指标：额定输出功率 P08W负载阻抗 RL=8（扬声器）上、下限频率 fL=60Hz fH=10kHz音调控制范围低音 100Hz12dB高音 10kHz 12dB失真度 3%输入灵敏度 时， V输出零点漂移 2.提高题项技术指标与基本题相同，话筒输入，灵敏度； 拾音输入，灵敏度 ； 收音输入，灵敏度。设计至少有五位电平显示，尽量采用集成器件完成，器件应具有一定的先进性，可通过查阅资料完成。失真度1%四安装调试步骤安装提示1 扩音机功率较大，不适宜在面包板上工作，因此可选择通用板进行焊接。注意功率放大管上应装散热器。2 在进行元件布局和走线时，应使连线尽可能短而直，否则不仅易产生自激，且难以清除。3 若运放用通用型741时，其静态电流按2 mA计算。4 为安全起见在电源电路中应接入保险丝。调试前提：保证所用元件值正确，器件完好，连接无误。无虚焊。采用逐级调试，分别调整，测量。最后进行整机试听。试听时，应能明显听出高，低音调的变化。音量大小可调节。敲击电路板应无声音间断和自激现象。五思考题