扩音器实验总结.docx

实验七：扩音机电路电子电路实验报告张帆：2009211127班23号北京邮电大学电子电路实验报告实验七：扩音机电路的设计与实现 院 系：信息与通信工程学院 班 级：2009211127 姓 名：张帆 班内序号：23 学 号：09210746指导教师：任老师实验七 扩音机电路的设计与实现摘要：扩音设备的作用是把从话筒、录放卡座、CD机送出的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号，主要采用运算放大器和集成音频功率放大电路来构成扩音机电路。本实验有前置放大器、音调控制器和功率输出级三部分，通过元器件在面包板上模拟实际电路，最后进行测试，使扩音机电路满足输出功率，负载阻抗，频率相应等多方面的要求。关键词：原理图、测试、放大、音频调节实验任务要求：1、基本要求：A） 参考图一框图设计实现一个对话筒输出信号具有放大能力的扩音电路，设计指标一集给定条件为：（1） 最大输出功率不小于2W（2） 负载阻抗为8欧姆（3） 具有音调控制功能，即用两个电位器分别调节高音和低音。当输入信号为1kH时，输出为0dB；当输入信号为100Hz正弦时，调节低音电位器可以使输出功率变化正负12dB；当输入信号为10KHz正弦时，调节高音电位器也可以使输出功率变化正负12dB。（4） 输出功率的大小连续可调，即用电位器可调节音量的大小。（5） 频率响应：当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位置时，3dB的频率范围是80Hz6KHz，即BW=6KHz。（6） 输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mV，直流输出电压不超过50mV，静态电源电流不超过100mA。B） 设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图。2、提高要求：提出其他扩音机设计方案设计思路和总体结构框图设计思路：前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声要小，音调控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。设计时首先根据技术指标的要求，确定各级增益的分配，然后对各级电路进行具体的设计。因为P0max=2W，输出电压U=4V，要使输入为5mv的信号放大到输出的4V，所需的总放大倍数为800。扩音机中各级增益的分配为：前级的电压放大倍数为100；音调控制中频电压放大倍数为1；功率放大级的电压放大倍数为8。总体框图:话筒输入功率放大音调控制前置放大分块电路和总体电路的设计1. 前置放大电路：由于话筒提供的信号非常弱，一般在音调控制器前面加一个前置放大器。考虑到设计电路对频率相应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器LF353。LF353是一种双路运算放大器，属于高输入阻抗低噪声的集成器件。其输入阻抗达到10的4次方M欧姆，输入偏置电流极为50*10-12A，单位增益频率为4MHz，转换速率为13V/us。前置放大电路由LF353组成的两级放大电路。第一级放大电路的Au1=11，即：1+R5/R6=11,取R5=100K欧，R6=10K欧。取Au2=11，同样R8=100K欧，R9=10K欧。耦合电容C1与C3，C5取10uf，C4取100uf，以保证扩音电路的低频响应。其他元器件的参数选择为C2=100pf，R4=R7=100k欧，R10=22k欧。前置放大电路2. 音频控制器设计：音调控制器的功能是：根据需要按一定的规律控制、调节音调音响放大器的频率响应，更好的满足人耳眼的听觉特性。一般的音调控制器只对低音和高音的增益进行控制或衰减，而中音信号的增益不变。音调控制器的关键是电阻电容网络的选频作用。输入信号是分成两个支路送到放大器的输入端的。一条是经R11、RP1、C6、R13到输入端，并经过C7、R12到输出端形成负反馈。另一条是经过RP2、R14、C8到输入端，这两条支路的电容容值相差很大，C6、C7容量大，对低频信号影响大，C8容量小对高频信号起作用。fo=1KHz ，中频增益Auo=0dB;低频转折频率fL1中低频转折频率fL2=10 fL1，；中高频转折频率f H1； 高频转折频率fH2=10 fH1； 要求fo=1KHz，fL=100Hz ，fH =10KHz，在100Hz，10KHz处有12dB调节范围，AuL=AuH=+20dB,所以 fL2=fL*4=400Hz fL1= fL2/10=400/10=40 Hz f H1=fH/4=10000/4=2.5K Hz fH2= 10 f H1=2.5*10KHz=25kHz AuL=(RP1+R9)/R8=10，若选择 Rp1=510k,R8=R9=51 K, 则有AuL=(RP1+R9)/R8=11，满足 AuL=10的要求。 由fL1=1/(2*Rp1*C7) ，得C6=C7=1/(2*Rp1*fL1)=0.008Uf,取 C6=C7=0.01Uf；根据Ra=3R8=3R9=3R11,有Ra=3*51=153 k；由AuH=(Ra+R10)=10，可以确定 R10=Ra/9=153/9=17 k,取R10=18 k；由fH2=1/(2R10C8)，得C8=1/(2R10fH1)=1/(2*15*1000*25*1000)F=354Pf 取C8=330pF,电位器RP1=RP2=510k，满足RP1、RP2的阻值均远大于R11、R12、R13、R14的要求。由此可得设计结果为：C6=C7=0.01Uf，RP1=RP2=510k，R11=R8=R9=51 K，R10=18 k， C8=330p音频控制电路中频段：C6、C7视为短路，C8视为开路，其等效电路的放大倍数为-R12/R11=-1；中频等效电路低频段：C8视为开路，RP1调节时，在两种极限情况下的等效电路，信号频率越低，则随着容抗的增大增益越大，随着RP1的滑动端从左端移到右端，增益也将由小变大，也就是说调节RP1能改变低音的放大倍数，产生提升和衰减的效果；低频提升电路 低频衰减电路高频段：C6、C7视为短路，调节RP2可使高音的放大倍数得到提升和衰减。RP1做低音控制，RP2做高音控制。RP1旋到A点时低音提升，旋到B点时低音衰减。RP2旋到C点式高音提升，旋到D点时高音衰减。为了使电路获得满意的性能，下面条件必须具备：(1)信号源内阻（前级的输出阻抗）不大；(2)用来实现音调控制级的放大电路本身有足够的开环增益；(3)C6、C7的容量要适当，其容抗跟有关电阻相比在低频时足够大，在中、高频时有足够小；C8的容抗在低、中频时足够大，在高频时足够小；(4)RP1、RP2的阻值均远大于R11、R12、R13、R14。音调控制电路的高低音提升和衰减曲线画在一起可得到如下特性曲线。3. 功率输出级的设置：功率输出级电路结构有许多种形式，这里选用TDA2030A型单片集成功率放大电路，其主要特点是：a) 上升随率高、瞬态互调失真小；b) 输出功率比较大，单片的TDA2030A的输出功率可达18W；c) 外围电路简单，使用方便；d) 采用5脚单列直插的封装形式，体积小；e) 内含各种保护电路，工作安全可靠。功率输出级电路4. 系统总体电路：已经完成的基本功能及测试数据1、最大输出功率不小于2W，实际测量为3.6w2、负载阻抗为8欧姆3、具有音调控制功能，即用两个电位器分别调节高音和低音。当输入信号为10kHz时，输出为0dB；当输入信号为100Hz正弦时，调节低音电位器可以使输出功率变化+12dB；当输入信号为10KHz正弦时，调节高音电位器也可以使输出功率变化+12dB。4、 输出功率的大小连续可调，即用电位器可调节音量的大小。5、 频率响应：当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位置时，-3dB的频率范围是150Hz10KHz。6、 输入端短路时，噪声输出电压的有效值为2.5 mV，直流输出电压为33mV，静态电源电流为50mA。7、 用PROTEL软件绘制完整的电路原理图。 测试方法1、测量功率是，通过示波器，读出输出端的电压最大值Umax，然后用(Umax*Umax)/(2*8)得到功率值。2、音调调节时，通过调节电位器，并观察示波器，达到要求时，停止调节。3、通过调节信号发生器的频率，然后观察示波器，当达到-3db时，记录此时信号发生器的频率。4、用交流毫伏表测量电压有效值。故障及问题分析测试前的电路检验： 电路是否正确，对照实验原理图仔细检查。 测量仪器是否有问题，仪器显示是否正确。 电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确检查直流极性是否正确，信号线是否连接正确。并且用电压表测试保证直流电源输出符合要求。 检查元器件引脚之间有无短路，连接处有无接触不良，二极管、集成电路和电解电容极性等是否连接有误。测试出现的故障： 整个电路比较复杂，连接电路时出现的问题比较多，需要一点一点仔细的检查，反复的测试才能得到需要的实验结果。元件的收集摆放耗时较长，由于本身电路的复杂性，电路需要的元件非常多，并且交错复杂，一个不细心，就可能连错。 由于元件的不规范即部分元件存在问题，使得整个电路达不到要求，所以我使用万用表将元件一个个取下重测其数值，不合格的更换新的。 功率放大电路中，增益达不到要求的数值，调节电位器值的大小，并不断修正各元件的参数，最终得到比较理想的实验结果。 TDA2030A元件的发热量非常大，所以电路不能一直处于工作状态，需要不断的休息,并且必须要加散热器。 电路的电流有些过大，功率电阻的发热量过大，电路接通很短的时间，功率电阻的温度就急剧上升，最后通过修正电容电阻值，仔细检查电路的短路现象，最后使电流变小，功率输出达到要求。 实验过程中，在第一次插电一个小时后，第二次接电便出现电解电容C11烧坏，在不清楚问题的所在的情况下，对电路进行重新检验，均未发现有什么问题存在，最后通过计算分析，只能是由于芯片TDA2030A在第一次时接电时间过长，导致芯片内部短路所致，更换芯片后，电路没有问题。 实验过程中，出现过烧坏器件的情况，导致需要更换器件并做相关检查。实验总结及结论扩音器这个实验电路复杂，由于放大倍数很大，所以接电后较危险，会出现各种烧坏电路元件的问题。最初选择这个实验时，就是想挑战一下自己，在后来的实验中，虽然花费了较多的时间，但是在做成功之后的成就感以及在这个过程中的收获也很大。在实验过程中，我有以下几点认识和收获：1.对于实验原理一定要认真研究，各个器件的特性和用法、连线方式在实验前一定要充分了解，否则在连接电路时会手忙脚乱，接错很多接口。2.由于扩音器这个电路元件过多，连线复杂，所以在真正接线前一定要合理规划面包板，对各个元件的分布有个大致的规划。在真正布线时，要做到整齐，美观，防止自激现象的产生。3.在本次实验中，我再次熟悉了各种实验仪器的使用，例如函数信号发生器，示波器等。4.通过用实验前对protel dxp的使用，我熟悉了又一种电路仿真软件，并且对后面的布线有很大的帮助。另外，在本次试验中，我锻炼了自己独立思考的能力，在做实验的过程中，会遇到各种想象不到的问题，虽然自己的接线盒书上完全一致，但是在接上电源后，却发现仍然有元件被烧坏，所以只能看着电路图一步一步进行分析，如果电流过大可能是哪里的原因，最后分析只能是因为芯片TDA2030A内部短路造成的电流过大，烧坏电解电容。所以只有大胆猜想，严谨计算，分析电路的各个部分，才能找到问题所在，实现电路的功能。虽然这次实验让我花费了大量的时间，但是也让我的实验能力和分析问题的能力以及理论知识水平都得到了进一步的提高，所以还是收获颇丰。l PROTEL绘制原理图：l PROTEL绘制的PCB图：所用元器件和测试仪器清单测试仪表:n 示波器n 万用表n 信号发生器n 毫伏电压表n 直流稳压电源元器件：l LF3532个l 1N40012个l 电位器500K2个l 电位器10K1个l 驻极体话筒1个l 功放TDA2030