模电课设1W扩音器.doc

1W扩音机设计与调试1W扩音机设计与调试一、绪论本实验课题介绍了一种具有收音、拾音等输入的功率扩音机的设计，用电子元件通过一定的组合，把微信号放大。扩音器的原理是把电讯号转换为声音讯号。性能优质的音频放大器则有优质的音频信号和较大的功率，使其有足够的功率去推动扬声器系统发声。因此研究和设计功率放大器对其动作原音频技术的发展和应用有着重要的意义。通过完成本课题，要求掌握音响电路的前置级，音级集成分立元件功放的设计与主要性能参数的测试方法，并掌握扩音机调试方法。1.课题意义随着生活水平的提高，人们对声音欣赏的要求越来越高，音频功放作为承担声音重放任务的设备，正日益受到人们的重视。因此，研究与找寻一种短周期、高效率、低成本且方便快捷的音响功放设计和调试的手段就显得尤为重要。2.课题目的（1） 通过设计和实践，培养学生综合运用所学的理论知识、实践操作及独立解决实际问题的能力；（2） 增强专业意识，培养良好的职业道德和职业习惯；（3） 进一步巩固和掌握课堂中学到的电子线路的工作原理、分析方法和设计方法；（4） 熟练使用电子仪器、仪表；（5） 熟练使用电子焊接工具；（6） 能完成电路的静态工作点调整和动态调整，以达到所设计1W扩音机具有音调控制，实现信号的放大；（7） 能分析电路故障及排除。3.本课题应解决的主要问题（1）各级电路形式及选用器件；（2）音调控制电路。4.电路设计指标要求（1）额定输出功率P。1W；（2）负载阻抗RL=4；（3）频率响应：在无高低音提升或衰减时f=50Hz20kHz（3dB）；（4）音调控制范围：低音100 Hz12 dB；高音：10kHz12 dB；（5）失真度10%；（6) 输入灵敏度Ui10mV。二、主要内容1.确定电路组成方案图1扩音机结构框图本设计包括：前置输入级、音调控制级、功放输出级；如图1，前置级主要是同信号源阻抗匹配，并有一定的电压增益，要求输入阻抗低，输出阻抗高。音调控制电路主要实现高、低音的提升与衰减。功放级将电压信号进行功率放大，保证扬声器得到一定的不失真功率输出。2.电路设计原理（1）各级电压增差分配各级电压增差分配根据额定的输出功率Po和PL求出输出电压Vo=2 (V）；整机中频电压增益Av=VoVi=2V10mv=200。前置级时输出的噪声电压影响最大，一般增益不宜太高，Av1通常可取5-10倍，取Av1 =5。根据音调电路对中频电压增益的要求，所以Av2=1。功率放大器的增益应根据电路的总增益来确定：AV1AV2AV3=AV，AV3=40。（2）确定电路形式及选用器件集成模拟运算放大器在模拟电路中应用广泛，本设计电路主要选用适用的LM324集成运放构成前置级，音调控制级另外选用专用的集成功率放大器既保证功率输出又能得到高保真度，使设计简单。 输入级输入阻抗要适合信号源的要求。输出要同次级相匹配，噪声系数要求小，选用同相放大器作为前级的电压放大，采用跟随器为引导，以适合信号源收音及拾音输入的要求。同相放大器：因为=5 ，而通常为几十-一百K取51K， ，求得=10 K。同相端到地的电阻=51K，以减小运算误差。输入级电路如下图2：图2扩音机输入级结构图 音调控制级本设计的音调控制电路选用反馈型电路。虽然调节范围较小，但其失真小。电路图如下图3，调节W1、W2即可控制高音、低音的提升和衰减。图3音调控制电路结构图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，音调控制曲线如图4所示：图4音调控制曲线 功率放大器设计采用TBA820功放集成电路，该电路由差分输入级、中间推动级、互补推挽功率放大输出级，恒流源偏置电路等组成，集成电路具有工作电压范围宽（Vcc=3-16V）静态电流小，外接元件少，电源滤波抑制比高的特点。TBA820M是单片集成的音频放大器,8引线双列直插式塑料封装。电源电压范围：3V-16V；主要特点是：最低工作电源电压为3V，低静态电流，无交叉失真，低功率消耗。在9V时的输出功率为1.2W 。TBA820各管脚功能，如图5（a）。功放输出典型电路如下图5（b）。图5（a）图5（b）功放输出3.使用的元器件（1）三个级所采用的集成运放前置级： LM324集成运放采用14脚双列直插塑料封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运算放大器相互独立。它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端口中，Vi-（-）为反相输入端，表示输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。其外形符号如图6（a）所示，引脚排列如图6（b）所示。 图6（a）LM324的外形符号 图6（b）LM324的引脚排列由于第一级和第二级的运放都用LM324，第二级用了4、5、6、7、11脚，则第一级只能采用前面三个运放的任意一个。（2）器件导线、焊锡若干；1个集成运放LM324和1个集成运放TBA820M，以及2 个插槽；1个三极管；2个电位器150K 和1个电位器50K；电容、电阻若干。工具：电烙铁（支架）、尖嘴钳、镊子及其他工具。使用的主要仪器和仪表：万用表、直流稳压电源、示波器、函数信号发生器、交流毫伏表等。三、结论1、数据分析（1）音量电位器W3置于最大位置 条件：扩音机的输出在额定输出功率以内，并保证输出波形不产生失真。 输入信号频率为1KHZ的正弦波。表1 放大参数表、前置级音调控制级功率放大级整机Vi110mvVi260mvVi356mvVi10mvVo160mvVo256mvVo31.93vVo1.93vAV16AV20.93AV334.5AV193（2）实测值和理论估计值比较及分析 通过计算理论估算值得出前置级的放大倍数约为5倍，实测值6倍，是正常的，因为第一级的增益可以在5-10倍之间。可能是电路的导线和引线使得负载升高了且Avo1=Vi1/Vo1，在Vi1不变的情况下Vo1升高了所以Avo1升高了。第二级音调控制级的放大倍数约为1倍，但是实际测得该放大倍数是0.93倍，可能是第二级中的204电位器没有调整到合适的阻值。而对于第三级增益理论是40倍，实际值为34.5被可能是负载4欧姆负载能力比较低，使得Vo3变低了所以增益也相应的减少了，理论上应该放大200倍而实际只能放大193倍。（3）测量各项指标在输出端加接额定负载（4功率电阻），逐渐增大输入信号，用示波器观察输入、输出信号，当输出波形刚好不出现失真时，用交流毫伏表测输入和输出电压。此时输入电压最大就是最大输入灵敏度Vimax(Vimax100mV);输出电压就是最大不失真输出电压Vomax。同时可得最大输出功率Po。由此可测得各项指标如下： 最大不失真输出电压Vomax = 2.10V； 输入灵敏度Vimax = 12mv； 最大输出功率Po =Vo2max/RL = 1.10W。2、实验心得这次课程设计让我受益匪浅。通过这次课程设计使我懂得了只有把所学的理 论知识与实践相结合起来，才能真正提高自己的思考能力和动手能力，只有这样 才能增加对专业知识的吸收和巩固。在做课程设计之前，我想这个设计不会太难，但是当自己真正开始做的时候，就感到有一定的难度了。首先是排板问题，虽然是照着书本的电路图焊接，但是真正动手就会发现不知道如何下手，看着整个电路图会有一种茫然的感觉，好在自己把电路图分解开来，认真布局，事先想好器件摆放位置，减少跳线使用，一块一块的焊，然后再把各部分连接起来，节省了工作量和精力。其次是检查电路，一块电路板焊好后，肯定会存在一些问题的，不能马上测试，而需要花费很多精力来检查电路。在检查中，我借助万用表来检查，照着书本的电路图一个焊点一个焊点的检查，检查完后才开始测试电路。最后在测试中，虽然经过检查但是依然不能马上实现要求的功能。在测试电路板的时候，不是波形一直出不来，就是出来的波形失真严重。后来我反复检查电路板，认真比对每一个焊点，经过无数次的检查、修改和测试，终于实现老师要求的功能。这次的模拟电路课程设计终于顺利地完成了，我做的电路板基本上达到了老 师的要求。总之，这次模拟电路课程设计既好玩又有趣，不仅使我初步掌握了科学研究的步骤与方法，还巩固了我的专业知识，练习了我的实际操作能力，锻炼了我分析解决问题的能力，为今后的社会工作打下了坚实的基础。参考文献1 童诗白,模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2模拟电路课程设计讲义,福州大学阳光学院电