音响放大器设计

2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 1 设计实验课题 用运放与三极管构成的含音调控制电路的音响放大器 1 实验目的 1 1了解音响放大器的基本组成和工作原理及电路设计过程 1 2掌握电路设计仿真软件的使用 学习PCB版的设计 1 3掌握音调控制电路的计算与测试方法 1 4掌握功率放大器的主要指标与测试方法 2 主要性能指标要求及可供元器件目录2 1功率Po 0 3W r 3 负载阻抗RL 10 输入阻抗Ri 20k 2 2频率响应 fL 40hz fH 15Khz2 3音调控制特性 1khz Au 0dB 125hz与8khz 12dB 30hz与10khz AuL AuH 20dB 6 音响放大器设计 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 2 确定设计指标 拟定电路方案 设定器件参数 进行电路仿真 电路安装调试 设计实验结束 通过测试 通过仿真 修改电路 修改电路 否 否 否 否 图 1音响电路设计实验流程图 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 3 2 4设计实验可供元器件目录 集成运放UA741或LM324 集成功放LA4102或LM386 三极管 TIP41 TIP42 9012 9013 大功率电阻 10 2w高阻话筒1只20K 扬声器1只8 4W 3 音响放大器主要技术指标 整机电路设计与仿真3 1整机电路可分为话放级 混放级 音调级与功放级 根据各级的功能及性能指标要求分配电压增益如下 话筒放大Au1 10倍20dB 5mv 50mv 前置放大Au2 2倍6 02dB 100mv 音调级Au3 1倍0dB 100mv 功放级Au4 30倍29 5dB 3V Au 600 56dB 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 4 3 2音响放大器主要技术指标及测试方法 额定功率 音响输出失真度 设定值 如r 5 的最大功率 即 PO UO2 RL式中RL 额定负载阻抗 UO RL上的最大电压有效值 Vcc 2 2 UO 测量PO 采用1khz中频 两音调电位器置中间 逐步提高输入信号电压 记录最大不失真电压 音调控制特性 分别从音调控制级输入 输出信号 分别提升与衰减 高频与低频信号 分别音调控制特性数据 如表 1 并作音调控制特性曲线 频率响应 放大器的电压增益相对中频 1khz 的电压增益下降3dB时 uo 0 707uo 对应的高音 低音频频率 fh fL 记录频率特性测量数据如表 2 作出频率特性曲线 输入阻抗 分别测量话放级输入阻抗与电唱机输入阻抗 输入灵敏度 音响放大器输出额定功率时的输入电压有效值 测量 噪声电压 输入电压ui 0 输入端接地 时 测量输出电压uo 整机效率 Po Pc Po 输出额定功率 Pc 输出额定功率时的输入电源功率 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 5 3 音乐输出功率 MPO 不失真音乐输出功率 MusicPowerOutpur 的缩写 它是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率 也就是输出失真度不超过规定值的条件下 功放对音乐信号的瞬间最大输出功率 音乐输出功率为额定输出功率的2倍 4 峰值音乐输出功率 PMPO 失真它是最大音乐输出功率 是功放电路的另一个动态指标 若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率 通常峰值音乐输出功率大于音乐输出功率 音乐输出功率大于最大输出功率 最大输出功率大于额定输出功率 峰值音乐输出功率是额定输出功率的5 8倍 3 3音箱功率的两种标示方法 1 额定功率 RMS 正弦波均方根 标示法 美国联邦贸易委员会于1974年规定了功率的定标标准在20 20000Hz范围内谐波失真 1 时测得的有效功率 2 瞬间峰值功率 PMPO功率 在数值上瞬间峰值功率一般是额定功率的8倍左右 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 6 4 音调控制电路设计 4 1音调电路工作原理 低音频率 fL 1 2 RP1C1 令C1 C2 C3 在中低音频区f fo C3视为开路 当RP1调向输入端C1 低频增益提升 AuL R1 RP1 R1当RP1调向输出端C2 低频增益衰减 高音频率 fH 1 2 R4C3 在中高音频区f fo C1 C2可视为短路 当RP2调向输入端 高频增益提升 Auh 3R1 R4 R4当RP2调向输出端 高频增益衰减 4 2做音调控制特性测试 并作出音调控制特性曲线图 fL 1 2 3 14 5 10 8 105 32hz fH 1 2 3 14 2 10 9 5 103 16khz 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 7 4 音调控制电路设计 4 1音调电路工作原理 低音频率 fL 1 2 RP1C1 令C1 C2 C3 在中低音频区f fo C3视为开路 当RP1调向输入端C1 低频增益提升 AuL R1 RP1 R1当RP1调向输出端C2 低频增益衰减 高音频率 fH 1 2 R4C3 在中高音频区f fo C1 C2可视为短路 当RP2调向输入端 高频增益提升 Auh XC3 RP2 XC3当RP2调向输出端 高频增益衰减 4 2做音调控制特性测试 并作出音调控制特性曲线图 fL 1 2 3 14 5 10 8 105 32hz fH 1 2 3 14 1 10 9 2 104 15khz 图 1B音调控制电路 0 02u 20hzXC1 398K 1000p 20khzXC3 8k 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 8 根据音调控制数据表作出音调控制曲线如图 3音调控制曲线 音调控制电路的测试 保持输入信号ui 100mv不变 改变输入信号频率 分别调节低频与高频控制电位器 测量输出电压 计算电压增益 并记录在表 1中 0 Au dB f Hz 高音提升 高音衰减 低音提升 低音衰减 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 9 用TIp41换TIp42 其基极改接Q2C极电阻对应互换 5 2图 3运放驱动的OCL功放电路 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 10 5 3功放电路的调试 1 用功放电路调试中 如出现自激现象 可采用在运放的输入 输出间接电容消除 在运放线性应用实验中已经采用过此方法 2 在采用分离元件功放电路调试中注意 调整电位器 使UA 0V 调节消除交越失真的二极管串联电阻 电阻过大会使静态电流过大 同样可采用电容消除电路的自激 5 4功放电路的测量 分别测量功放的静态电压与电压增益Au 记录在表 2中 功率与效率的测量 测量方法 条件 取f 1khz 逐步提高ui 使输出有最大不失真电压uo 则有 Po uo2 RL 在测量出输入功率Pc Vcc I以后 计算效率为 Po Pc 将测量与计算数据记录在表 2中 注意 双电源的电源电压 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 11 音响幅频曲线 音响各级波幅曲线 fL 1 2 RP1C1 fH 1 2 R4C3 AuL R1 RP1 R1 Auh 3 R1 R4 R4 音调控制电路 音调幅频曲线 电压放大电路 运放驱动功放电路 Au RP1 RF R2 R2 图 4音响放大电路龙 UO UOL 4 9V IO 2mAIOm 360mA UO 4 9VUOL 7V uo1 ui 1 R2 R1 2RP1 2RP2 D2 D3消除交越失真3RP2调整静态电流 3RP2调整功放增益 高音调电位器 低音调电位器 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 12 调RP1使UA VCC 2 调RP2使输出无交越失真 RP2过大静态电流大 Rp1 Rp2 IO 20mAIOm 250mA UO 7VUOL 3 5V 2020 3 21 长江大学电工电子实验中心龙从玉 13 电压放大电路 电阻分压 电压基准Vcc 2 音调控制电路 运放驱动功放电路 静态电流IO 4mA 音调控制幅频曲线 音调居中 RP1 RP2 高音升低音升 低音升 低音降 低音调电位器 高音调电位器 UO UOL 3 5V IOm 300mA UO 3 5V