音响放大器模电课程设计.doc

湖 南 工 学 院 模拟电子技术课程设计说明书 课程名称：简易信号发生器设计 系 部：电气与信息工程系 专 业：电子信息工程技术 班 级：电子0902 学号：09401140211 指导老师：龙卓敏 时间：2011-6-8 第一部分课程设计任务书 一、 设计目的1、了解集成功率放大器内部电路工作原理；2、掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法；3、掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术。二、设计技术与要求1、 设计要求（二）设计要求和技术指标1、技术指标额定功率P0.3W，负载阻抗为10，频率响应范围为50Hz-20KHz，输入阻抗大于20K，放大倍数20dB。2、 设计要求（1）设计话音放大与混合前置放大器、音调控制级、功率放大级；（2）选定元器件和参数，并设计好电路原理图；（3）在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调测；（4）测试输出功率；（5）测试输入阻抗；（6）撰写设计报告。3、设计扩展要求 （1）能驱动额定功率P8W的扬声器； （2）电路电压放大级输出阻抗低，能带500负载。三、设计提示1、音响放大器的设计框图如图4-1所示，2、音响放大器各级增益分配如图4-2所示3、设计用仪器设备：示波器、交流毫伏表、万用表、低频信号发生器、实验面包板或万能板、智能电工实验台4、设计用主要器件：电子混响延时模块一片、集成功放LM386（或LA4102）一片、四运放LM324一块（或741三块）、LA4102、高阻话筒20K一个、扬声器（8欧/4W）一个、电阻电容若干。5、参考书：调试总结电子线路设计、实验、测试四、 设计报告要求1、 选定设计方案；2、 拟出设计步骤，画出设计电路，分析计算主要元件参数值；3、 列出测试数据表格；4、 进行总结和分析，并写出设计性报告。五、 设计总结与思考1、总结话音放大器的设计和测试方法；2、总结设计话音放大器器所用的知识点；一、 话音放大器基本原理1. 功率放大器设计图1. 功率放大器电路 30倍2. 音调控制器设计音调控制器的电路如下图所示。其中，RP33称为音量控制电位器，其滑臂在最上端是，音响放大器输出最大功率。已知fLx=100Hz，fHx=10KHz，x=12dB。由此得到转折频率fL2=fLx2x/6=400Hz，则fL1=fL2/10=40Hz；fH1=fLx/2x/6=2.5kHz,则fH2=10fH1=25kHz。由式（5.5.5）得AVL=( RP31+ RP32)/ R3120dB.其中，R31、R32、RP31不能取得太大，否则运放漂移电流的影响不可忽略；点也不能太小，否则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一般取几千欧姆到几百千欧姆，取RP31=470k，R31=R32=47k，则 AVL=( RP31+ RP32)/ R31=11（20.8dB） 由C32=1/（2RP31 fL1）=0.008f,去标称值0.01f,即C31= C32=0.01f。由式（5.5.9）得R34= R31=R32=47k，则Ra=3R4=141k。 由式（5.5.15）得R33= Ra/10=14.1k,去标称值13k。 由式（5.5.15）得C33=1/（2RP33 fH2）=490pf,取标称值500pf。图2. 音调控制器电路3. 话音放大器与混合前置放大器设计图3所示电路由语音放大级与混合前置放大级电路组成。其中U1组成同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数AV1=1+ R12/ R11=7（17dB）混合前置放大器的电路由运放U2组成，是一个反相加法器电路，由式（5.5.1）得输出电压Vo2的表达式为Vo2=-(R22/ R11) Vo1 +(R22/ R23) V12取R23=R22=3R21=30K。图3. 语音放大与混合前置放大器电路方案一电路调试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。 主要技术指标的测量额定功率Po=Vo2/RL式中，RL为额定负载阻抗，Vo为RL两端最大不失真电压。测得（峰-峰值）Vo=6.11V，则Po=0.47W。频率响应调节RP3使输出电压约为最大输出带你呀的50%，使信号发生器的输出频率fi从20HZ至50KHZ变化。测出输出电压。表1. 频率响应记录输入Vipp =10mVfi/Hz55701005001k5k10k15k22kVopp348400416471492452440404348AV34.84041.647.149.245.244.040.434.820lgAV30.832.032.433.533.833.132.932.130.8通频带fL=55Hz fH=22kHz图4. 频率响应输入阻抗Ri=ViIi=ViVs-ViR其中取R=20K，实验测得Vi=1.32V，Vs=2.12，则Ri=25k。输入灵敏度实验测得输入灵敏度Vi=6mV。噪声电压实验测得噪声电压VN=80mV。整机效率=Po/Pc100%又Pc=IiVcc=0.119W=0.99W, 得=47%。实验分析与研究以及调试话音放大器与混合前置放大器调试的时候应该一级一级的进行。前两级为一般的同向反向放大器，调试相对简单。注意不要将电源接错，还有第一级同乡端接地的电阻要尽量大，才会得到较高的的输入阻抗。受增益带宽积得限制，每一级的的增益不能太大，否则波形容易产生失真。音调放大器第三级音调放大器调试相对一二级有点困难，主要是波形及放大倍数受RP1和RP2影响较大。对于前一级和后一级的要求也很高，需要找到合适的电容先将波形与放大倍数调得大体满足题目要求，然后开始细调这一级。功率放大级这一级主要注意将电源输入端接大电容与小电容并联接地，作为高低频滤波。如果有必要，可以在前三级的电源端也加上电容滤波。如何消除干扰电源地端，信号源以及CH1和CH2地端位置不恰当都会造成不同程度的干扰，要根据实际电路找出最佳的接线位置，使波形达到最好的效果。插电路板的导线不能有太多的导线部分裸露在外面，这样也会造成一定的干扰。实验总结这个实验总共有四级电路，比前面做的都要复杂，对各方面的要求都很大。最大的难点就是调试，不能一开始就整机调试，必须得一级一级，一步一步的调否则很容易出现问题，很难一次就调试成功。在调试的过程中也碰到了很多问题，比如如何放置地线，如何防止失真，如何滤波等，碰到问题后，要联系模电知识分析，然后想各种办法来解决问题。在解决问题的同时，收获也特别多，对自己也有很大提高1.3提出解决问题的方案及选取方案一：用差分放大电路实现三角波到正弦波以及集成运放组成的电路实现函数发生器可行性分析：上面三种方案中，方案一与方案二中三角波正弦波部分原理虽然不一样，但是他们有共通的地方就是都要认为地搭建波形变换的电路图。而方案三采用集成芯片使得电路大大简化，但是由于实验室条件和成本的限制，我们首先抛弃的是第三种方案，因为它是牺牲了成本来换取的方便。其次是对方案一与方案二的比较，方案一中用的是电容和电阻运放和三极管等电器原件，方案二是用的二极管、电阻、三极管、运放等电器原件，所以从简单而且便于购买的前提出发我们选择方案一为我们最终的设计方案。七、调试与测试 实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。1、调试前的检查 在电子元器件安装完毕后，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。其检查内容包括：检查连线是否正确检查的方法通常有两种方法：（1） 按照电路图检查安装的线路。这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。（2） 按照实际线路来对照原理图电路进行查线。这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。检查元器件的安装情况检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。2 、调试方法与原则（1）通电观察把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。（2）静态调试交流和直流并存是电子电路工作的一个重要组成部分。一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。因此，电子电路的调试有静态和动态调试之分。静态调试过程：如，通过静态测试模拟电路的静态工作点，数字电路和各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。（3）动态调试调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号流向来检测各有关点的波形，参数和性能指标。发现故障应采取各种方法来排除。通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标是否满足设计要求，如必要再进一步对电路参数提出合理的修正。3、调试中注意的事项我们在调试时，为了保证效果，必须尽量减小测量误差，提高测量精度。调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。为此，需注意以下几点：（1） 正确使用测量仪器的接地端。（2） 测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为， 若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大误差。（3） 测量仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。（4） 要正确选择测量点，用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。（5） 调试过程中，不但要认真观察和测量，还要于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。（6） 调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查.4、电路测试: 在对电路调试完后我们将对电路进行测试，在测试中我们主要是看能否实现其功能；如果能说明成功，不能要重新检查电路是否有问题。 八、元件清单名称规格数量集成运放LM3242个电阻75K30k10k1个2个6个电容1uF10uF1个6个滑动变阻器10K2个电源9V1路话筒20K1个九、心得体会通过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。理论学得好，但如果只会纸上谈兵，一点用都没有。以后也很难找到工作。在这次设计中，我们开始没买到三极管的的放大倍数在30150倍之间的，因此我们第一次做好之后，就去调试，居然没点信号，这是我的三极管的放大倍数太小了啊。我们去买适合的放大倍数的三极管。第二次我们终于成功了，真的好高兴。制作好以后，虽然符合设计要求，但我们总觉得欠缺点什么。这次设计，让我感受最深是，当我们测量输出电压时，发现误差很大。连续测量了好几次，结果还是一样。当时我们就急了，到底是哪里出问题了呢？线路应该是接好了的，因为有电压输出。难道是参数计算出了问题吗？也不会。我们都给老师看过了的，确定无误才开始做的。有的组员当时提议重新接线，但大部分人反对。最后我们想，会不会是万用表有问题呢？因为这个万用表是一位同学自己做的。然后我们换用一标准数字万用表测量，结果在误差允许范围内。如果我们当时盲目的拆线重接，没有对电路进行调试、分析，排除电路故障，那么我们就要眼瞎忙一阵了，费时有费力。所以我们一定要具备一定的检查、排除电路故障的能力。，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个