音响放大器的实验.doc

音响系统放大器设计一、 主要内容及要求设计一个音响系统放大器。具体要求如下： 负载阻抗 ； 额定功率 ； 带宽 ； 失真度 ； 音调控制 低音（100Hz）12dB; 高音（10kHz）12dB; 频率均衡特性符合RIAA标准； 输入灵敏度 话筒输入端5mV; 调谐器输入端100mV; 输入阻抗 Ri500k; 整机效率 50%； 三、进度安排9月28日：熟悉课题要求，到图书馆、上网查找相关资料；10月1 日：甄选资料的相关内容，初步确定设计方案；10月3 日：设计详细电路图并用Multisim软件绘制电路图；10月7 日：对电路图进行检查，撰写课程设计报告。设计一个音响系统放大器。具体要求如下： 负载阻抗 ； 额定功率 ； 带宽 ； 失真度 ； 音调控制 低音（100Hz）12dB; 高音（10kHz）12dB; 频率均衡特性符合RIAA标准； 输入灵敏度 话筒输入端5mV; 调谐器输入端100mV; 输入阻抗 Ri500k; 整机效率 50%； 二、方案设计与论证音响系统中的放大器决定了整个音响系统放音的音质、信噪比、频率响应以及音响输出功率的大小。高级音响中的放大器通常分为前置放大器和功率放大及电源等两大部分。前置放大器又可分为信号前置放大器和主控前置放大器。信号前置放大器的作用是均衡输入信号并改善其信噪比；主控前置放大器的功能是放大信号、控制并美化音质；功率放大器及电源部分的主要功能是提供整机电源及对前置放大器来的信号作功率放大以推动扬声器。其组成框图如图所示：均衡放大器话筒放大器音调控制放大器噪声滤波器功率放大器电源信号前置放大器主控前置放大器唱机话筒调谐器扬声器平衡调节音量调节三、单元电路设计与参数计算扩音机电路的工作原理与音频功率放大器的工作原理相似，具有放大音频信号并将其还原纯真声音信号的电子装置。扩音机电路是一个典型的多级放大器，其原理如下图（1）所示。 音调控制功率放大输入Vi输出V0 图（1）前置级主要完成对小信号的放大。一般要求输入阻抗要高，输出阻抗低，频带宽度要宽，噪声要小。音调控制级主要实现对输入信号高、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。首先根据技术指标要求，对整机电路作适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计计算。因为P0max=8W。所以此时的输出电压：V0= =8V。要使输入为5mv的信号放大到8v的输出，所需要的总放大倍数为1600倍，扩音机中各级增益的分配为：前置级电压放大倍数为80；音调控制级中频电压放大倍数为1；功率放大级电压放大倍数为20。1、 前置放大级由于信号源提供的信号非常微弱，因此在音调控制器前面要加一级前置放大级。该前置放大级的下限频率要小于音调控制器的低音转折频率，前置放大器的上限频率要大于音调控制器的高音转折频率。前置放大器采用集成运算放大器电路，具体电路结构如下图所示图 （2） 前置放大电路考虑对噪声、频率响应的要求，运算放大器选用LF353双运放，该运放是场效应管输入型高速低噪声集成器件，其输入阻抗极高。前置级由LF353组成两级放大器完成。第一级其的Av1=10,即1+R3/R2=10,取R2=10K,R3=100K。取Av2=10，同样R5=10K,R6=100K。电阻R1R4为放大器的偏置电阻，取R1=R4=100K。耦合电容C1C2取10uF,C4、C5取100uF，以保证扩音机的低频响应。2、 音调节控制器设计音调节控制器的功能是根据需要按一定的规律控制、调节音响放大器的频率响应，达到美化音色美的。一般音调控制器只对低音和高音信号的增益进行提升或衰减，二中阴线号的增益不变。音频控制器的电路结构有多种形式，常用的典型电路结构如下图所示图 （3） 音调控制器电路音调节控制器的设计主要是根据要求的不同的转折频率，选择电位器、电阻及电容值。 （1） 低频工作是原件 音调控制器工作的低音频时，由于电容C5C6=C7，故在低频时C5可看成开路，因调节控制电路此时可简化为图（4） 低频提升电路上图图（4）为电位器RW1中间抽头处在最左端，对应于低频提升最大的情况。 低频提升由图可求低频提升电路的频率响应函数为： A=V0/V1=-(R10+RW1)(1+Jw/wL2)/R8(1+Jw/wL1) 其中：wL1=1/C7RW1, wL2=(RW1+R10)/(C7RW1R10)当频率远小于低音转折频率时，C7近似开路，此时增益为：AL=(RW1+R10)/R8当频率升高时，C7的容抗减小，当频率远大于中音下限频率是，此时的增益为 A0=R10/R8在低音转折频率和中音下限频率的范围内，电压怎一衰减率为-6Db/倍频。电阻R8、R10、RW1的取值范围一般为几k到几百k之间。若电阻过大，运算放大器的漏电流的影响变大；若取值过小，流入运算放大器的电流将超过其最大输出能力。故取RW1=470K,R8=R9=R10=51K,电容C6=C7=0.01uF图 （5）低频衰减电路上图图（5）为电位器RW2中间抽头处在最右端，对应于低频衰减最大的情况。（2） 高频工作是元件音调控制器在高频端工作是，电容C6、C7近似短路，此时音频控制器电路可简化成下图所示图 （6）音调控制器高频段工作简化电路由于R8、R9、R10为星形连接，为便于分析，可将它们转换成三角形连接，转换后的电路图如下所示图 （7）音调控制器高频端等效电路因为R8=R9=R10,所以Ra=Rb=Rc=3R8。由于Rc跨接在电路的输入端和输出端之间，对控制电路无影响，故可将它忽略不记。当RW2中间抽头处于最左端时，此时高频提升最大，等效电路如下所示图 （8） 高频提升电路高频提升由上图可知：该电路是一典型的高通滤波器，其增益函数为： A=V0/V1=-Rb(1+Jw/wh1)/R8(1+Jw/wh2)其中wh1=1/(Ra+R11), Wh2=1/(R11C5)按照低频端的分析方法，可得出高频提升电路的一写特性并且去C5=330pF，R11=11K，RW2=470K。当RW2中间抽头处于最右端时，此时高频衰减最大，等效电路图如下所示图 （9）高频衰减电路3、 功率输出级设计功率放大的主要作用是向负载提供功率。要求输出功率尽可能大，转换功率尽可能高，非线性失真尽可能小。功率输出级电路结构有许多种形式，选分立元件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可,下面是用D2006构成的OTL功率放大电路，电路图如下所示：图 （10）功率放大电路图确定电源电压Vcc为了使功率放大器达到输出功率8W的要求，同时又保证电路安全可靠的工作，电路的最大输出功率应比实际设计指标大些，一般取Pom=（1.52.0）Po。根据：Pom=所以 Uom=考虑到输出功率管T2、T4的饱和压降和发射极电阻R8、R9的压降，电源电压常取 Vcc=（1.21.5）Uom将已知参数带入上式，电源电压选取：V。四、总原理图及元器件清单1总原理图图 （11）扩音机总电路图2元件清单元件序号型号数量备注1LF3532放大器2UA7412放大器31扬声器42二极管54晶体管6若干个电阻7若干个电容五、安装与调试、性能测试与分析整机调试：将三级电路连接起来，接收音机检波后的信号或连接一话筒，调节音量控制电位器Rw4，应能改变音量的大小。调节高、低音控制电位器应能明显听出高、低音调的变化。敲击电路板应无声音间断和自激现象六、结论与心得 由于考试和课程设计的时间冲突，所以时间有点赶。复习的同时查一些资料，通过理论知识的学习，结合到实验中来，更加深刻认识到电子方面知识的可适用性。通过这次课程设计，我对电子技术基础这门学科有了进一步的认识和感知。以前只是单纯注重理论知识的积累，忽略了它的实践意义。这次的课程设计，不仅使我温习了书本上的理论知识，而且使我学会了如何把它应用到具体实践当中，做到了理论与实践相结合。课程设计完成之后，我进行了再思考，并重新将自己的设计审视了几遍，同时也和做同样设计的几个同学交流了一下。在进行交流中，我又有些新的感悟。一开始进行设计的时候，由于我自身的知识储备不高，基本上都是参照相关资料进行。这样做一方面可以让我熟悉软件的操作环境，了解设计方法和步骤，更加深刻理解基本概念。另一方面等到自己设计的时候，可以在原有基础上完全按照自己的思路独立进行，而且在解决遇到的问题时会更加引发自己的思考，虽说不上创新，但可能会有新意产生。在这方面我自感做的不是很好，这就要求自己在今后的学习中要不断的扩充知识，同时还要加强自身探索能力的培养。这正是以后最需要改进的地方。这一点，我想同样适用于其它各门功课。如果没有探索性，我们就会拘泥于现有的东西，永远不会推动科技的发展。在这个设计过程中，探索性主要可以体现在下面几个方面。一个是绘图所用的软件，很多人推荐我们使用Protel、Multisim、EWB等，因为这几个软件有它们很大的优势，在学习使用过程中我也深有体会，特别是Multisim，功能很强大，基本上能满足我在设计中的任何要求。但是我们同样可以自己摸索，用其他差不多或者更好的软件。还有设计时所采用的公式，每本资料基本都有较为成熟的公式让我们参考。但它们不一定就是最好的，我们也可以到图书馆到网上去查阅更多的资料，找出其它公式，公式是否为最好无关紧要，能满足设计指标就好。第三点，在整个设计过程中都会有很多的计算，如果靠笔算会很麻烦也不能保证准确性。这个时候我们就可以把以前学的本领用出来了。Matlab也是很好的工具，利用它们编写一些小工具进行计算，大大方便了我们的设计，减少了设计中的机械性。没有探索就没有创新，没有创新很可能就会被淘汰，在今后的学习和设计中，我也会更加注重这方面的锻炼和培养，希望会有所进步。我的设计缺少系统性，在整个设计过程中探索性也不够。这里面原因是很多的。主要是因为首次做课设，具体环节还不太明了，其次就是我的知识储备还远远达不到标准，今后还需要多学习多交流多研究，我相信自己会有更大的进步。并且，在小实习的这些日子里，培养了我们独立思考、勇于克服困难、团队协作的精神，大家互帮互助在其中得到了很大的加强。我们不再是单体的，而是一个整体，团结的整体，老师的教学让我们学到很多，而我们自己从实践中也摸索着学到了