音响放大器课程设计.doc

音频功率放大器设计 一、实验目的（1）要求了解集成功率放大器内部电器工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法；（2）要求掌握音响放大器的设计方法与小型电子线路系统的装调技术。二、设计任务（1）音响放大器设计：已知条件：电子混响延时模块1个，集成功率放大器LA4100 1只，话筒20k 1个，其输出信号为5mV，集成运算放大器（A747）2块，10/2W负载电阻一只，8/4W扬声器1只，磁带录音机一台，电源电压+Ucc=+6V。（2）主要技术指标：额定功率 Po=0.9W(20k；音调调节控制 1kHz处增益为0dB，100Hz和10kHz处有12dB的调节范围，AvL=AvH20dB。三、设计过程 根据设计任务所提供，首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数。已经给出了电子混响器电路模块，需要设计的电路为话筒放大器，混合前置放大器，音调控制器及功率放大器。由所要求的条件，输入信号为5mV时输出功率为0.9W，因此电路系统的总电压增益AV=/Ui=569（55.1db），又由于实际电路中有损耗，所以取AV=600（55.6db），各级增益分配如图1所示。功放增益AV4由集成运放决定，现取AV4=110（40.8db），音调控制级在f0=1khz时，增益应为1（0db）但实际电路有可能产生衰减，取AV3=0.8（-2db）。话放级与混响级采用运算放大器，这样会受到增益带宽积的限制，各级这样应不太大，现取AV1=6.28（16.7db），AV2=1（0db）。（1）话筒放大器与混合前置放大器的设计： A话筒放大器的设计如图2所示电路由话筒放大与混合前置放大两级电路组成。其中A1组成同相放大器，具有很高的阻抗，能与高阻话筒配接作为话筒放大器电路，其放大倍数AV1为 AV1=1+R12/R11=6.82（16.7db） 取R12=59K,R11=10 K四运放LM324的频带比较窄，因此要选择放大倍数比较小的增益，而此处AV1=6.82（16.7db）比较小可以达到fH=10 Khz的频响要求。B混合前置放大器的设计混合前置放大器的电路由运放A2组成，这是一个反相加法器电路，输出电压UO2的表达式UO2=-(R22/R21)UO1+(R22/R23)Ui2 根据图2的增益分配，混合级的输出电压UO234.1mV，而话筒放大器的输出UO1已经达到UO2的要求，即UO1=AV1Ui1=39MV，所以取R21=R22。录音机输出插孔的信号Ui2一般为100mv，一进远大于UO2的要求，所以对Ui2要进行适当的衰减，否则输出会产生失真。取R23=100K,R22=R21=39K,以使录音机输出经混合级也达到UO2的要求。（2）电子混响器的设计电子混响器的原理 图2，电子混响器组成框架图 电子混响的作用是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。在“卡拉OK”伴唱机中，都带有电子混响器。电子混响器的组成框图如图2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贮器。在外加时钟冲脉冲作用下，这些电子开关不断地接通和断开，对输入信号进行取样、保持并向后级传递，从而使BBD的输出信号相对于输入信号延迟了一段时间。BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延迟时间越长。BBD配有专用时钟电路，如MN3102时钟电路与MN3200系列的BBD器件配套。电子混响器的实验电路如图3所示，其中两级二阶（MFB）低通滤波器A1、A2滤去4kHZ（语音）以上的高频成分，反相器A3用于隔离混响器的输出与输入级间的相互影响。RP1控制混响器的输入电压，RP2控制mn3207的输出平衡以减小失真，RP3控制区延时时间，RP4控制混响器的输出电压。 图3，电子混响器实验电路由于电子混响器的复杂性，在此使用购买的电子混响模块。（3）音调控制器的设计音调控制器的电路图如图3所示。运算放大器选用单电源供电的四运放LM324，其中RP33称为音量控制电位器，其滑臂在最上端时，音响放大器输出最大功率。 图5,音调控制曲线 图6,音调控制音调控制器的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，控制曲线如图5中折线所示。图中，f0=1kHZ中音频率，要求增益Av0=0dB； fL1低半频转折频率，一般为几十赫兹； fL2=10fL1中音频转折频率； fH1中音频率转折频率； fH2=10fH1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。所以音调控制器的电路由低通滤波器与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，外接发光二级管频段显示器后，可以看见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采用集成电路音调控制器。也有用运算放大器构成的音调控制器，如图6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。下面分析该电路的工作原理。设电容C1=C2C3,在中、低音频区，C3可视为开路，在中、高音频区，C1、C2可视为短路。 (a)低频提升 (a)低频衰减 图7，音调控制器的低频等效电路 当ff0时，音调控制器的低频等效电路如图7所示，其中(a)为RP1的滑臂在最左端，对应于低频提升最大的情况，(b)为RP1滑臂在最右端，对应于低频衰减最大的情况。分析表明，图(a)所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其传输函数的表达式为 (jw)=- （ 2 ）式中，1=1/RP1C2 或 fL1=1/2RP1C2 ( 3 ) 2(RP1+R2)/RP1R2C2 或 fL2=(RP1+R2)/2RP1R2C2 ( 4 )ffL1时，C2可视若无睹为开路，运算放大器的反向输入端入端视为虚地，R4的影响可以忽略，此时电压增益AvL为 AvL =(RP1+R2)/R1 ( 5 )f = fL1时，因为fL2=10fL1，由式（ 2 ）得 V1 = - 模 AV1 = (RP1+R2)/R1 = AvL/ ( 6 )此时，电压增益V1 相对于AvL 下降了3dB。 f = fL2 时，由式( 2 )得 V2 = - 模 V2 = =0.14 AvL ( 7 )此时电压增益相对AvL下降17dB。 fL1fLx f0时，音调控制器的高频等效电路如图8所示，由于此时C1、C2视为短路，R4与R1、R2组成星形连接，将其转换成三角形连接后的电路如图9所示，电阻的关系式为 Ra=R1+R4+(R1R4/R2) Rb=R4+R2+(R4R2/R1) ( 8 ) Rc=R2+R1+(R2R1/R4)若取R1=R2=R4,则式( 8 )为 Ra=Rb=Rc=3R1=3R2=3R4 ( 9 )图9的高频等到效电路如图10所示，其中(a)为RP2的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大的情况，(b)为RP2的滑臂在最右端时，对应于高频衰减最大的情况。分析表明，图(a)所示电路为一阶有源高通滤波器，其传输函数的表达式为 (j)=- ( 10 ) (a) 高频提升 (b) 高频衰减 图10，图9的高频等效电路式中，3=1/（Ra+R3）C3 或 fH1=1/2(Ra+R3)C3 ( 11 ) 4=1/R3C3 或 fH2=1/2R3C3 ( 12 )与分析低频等的方法相同，得到下列关系式：f fH2时，C3视为短路，此时电压增益为 AvH=(Ra+R3)/R3 ( 15 )fH1fHxfH2的范围内，电压增益提升的速率为20dB/10倍频，同理可以得出图(b)所示电路的相应表达式，其增益相对于中频为衰减量。音调控制器高频时的幅频持性如图5中右半部分的虚线所示。实际应用中，通常是给出低频区fLx和高频区fHx处的提升量或衰减量x(dB)，再根据下式求出转折频率fL2(fL1)和fH1(fH2)，即 fL2=fLx2x/6 ( 16 ) fH1=fHx/2x/6 ( 17 )由式(16)与(17)得到转折频率fL2=fLx2x/6=400HZ ，则fL1=fL2/10=40Hz，fH1=fHx/2x/6=2.5khz，则fH2=10fH1=25kHz由式（5） AvL =(RP1+R2)/R120db，现取RP31=470K,R31=R32=470K,则AvL =(RP31+R32)/R31=11(20.8dB)由式（3）得fL1=1/2RP31C32 则 C32=1/（2RP31fL1）=0.008F，取标称值0.01F，即C31=C32=0.01F。由式（9）得 Ra=Rb=Rc=3R1=3