音频频谱显示器设计论文.doc

音频频谱显示器设计论文校名：贺州学院系别：物电系设计人：马林健 余富升 归发智时间：2011年4月1日内容摘要电子信息技术几乎主宰了整个电器行业的发展，随着电子技术的进步发展在功率放大器的设计上功能也不断更新。功率放大器在家电、数码产品中的应用也越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。音频功率放大器作为音响等电子设备的后级放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。同时音频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。 同样，视觉的享受也很重要，音频频谱显示器不但能够直观的显示信号输入的状况，而且在美学方面给予人好的视觉享受和，在某一方面来说频谱显示器赋予了音乐的动态美，让原本抽象的电信号，具体化，实质化。因此，设计一个好的音频频谱显示器，就需要更加的精细化，。以下是对音频频谱的一个较为精细的设计。关键词：音频频谱显示器、信号、功放、滤波、选频、放大 一、 设计任务设计并制作音频频谱柱状显示器电路。示意图如下： 二、作品要求（1）音乐输入：01.5Vrms；单声道。输入端采用莲花座和Q9座并联形式，莲花座用于音乐输入，Q9座用于测试。将柱状显示的LED集中布置于一个15cm10cm的面板上。音频功放可使用现成有源功放，功率大于1W。（2）制作5路带通滤波器，分别对应中心频率为：60Hz、250Hz、1kHz、4kHz、16k（1）Hz；滤波器Q值约为1.5。（3）条状显示采用10个发光二极管显示电压高低，110个发光二极管点亮的阈值电压分别为：60mV、80mV、110 mV、160 mV、220 mV、320 mV、440 mV、630 mV、890 mV、1.25V，可用运放或专用集成电路制做。例如LM3915条状指示集成电路。三、设计方案 （1）利用模拟电路的知识，显示与滤波部分用纯模拟电路。用电阻与电容的组合构成滤波电路，然后把所滤得的波经过三极管放大输送给显示电路，而显示电路则用三极管的开关作用控制灯的亮灭，稳压二极管提供一个压降差。功放电路用集成芯片TDA2030,来讲音源信号放大。电源部分用芯片LM317。（2） 显示部分与滤波部分用运放或专用集成电路制做。例如LM3915条 状指示集成电路。功放与电源部分和方案（一）的相同。四、 选择设计方案由于材料的原因，故在本设计中采用方案（一）。以下是对方案（一）的具体设计流程：1、频谱显示部分（A）频谱原理图： 工作原理：利用三极管9013的开关作用和稳压二极管DN4148的电压差，一个电压信号输进来，每0.4V导通一个稳压二极管。当二极管被导通时，电流从三极管的基极流进。这时三极管导通并且放大，把处于共阳端的发光二极管点亮。（B）频谱的PCB图： 由于五个频谱的显示原理是一样的，故把原理图导进PCB后再复制四份，把所得的五个图整合起来便得到上图，这样能提高工作效率。2、电源部分 （A）双电源原理图： 工作原理：先用变压器把交流220V点压经过变压器降压到12V，然后把得到的电压经过二极管DI4007整流、前级滤波、稳压三极管LM317稳压、后级滤波得到直流稳压电源。输出电压Vo表达式为：Vo=1.25(1+R2Rp)V。（Rp为电位器电压）（B）双电源PCB图：3、有源带通滤波部分（A）带通滤波原理图：工作原理：我们知道音乐信号中往往包含多个频段的信号，是一个复杂的合成信号，随着音乐的播放，各个频点的幅度在发生变化。要想知道某个时刻信号中所含某个频点的分量的多少，就需要从合成信号中将这个频率点的信号分离出来进行测量并显示。 这就需要一个滤波器来完成信号的提取，滤波器是一个能通过某些频率的信号，阻止（或衰减）其他频率信号的电路。最后用芯片LM358把所得的信号进行放大。（B）有源带通滤波器的PCB图：4、功放部分： （A）其原理图为：工作原理： 功放运用三个TDA2030还有一个运算放大器4558D共同组成的功放，它分有电源部分电源是用双电源供电，双电源供电可以更好了利用电源，功率也相应的比单电源大些，还有电源 运用了两个4700uf和两个104来滤波，这样就减少了在没有信号输入是的电流的干扰，效果更佳。（B）放大部分： 一 在放大部分有左右声道还有低音部分，左右声道分别运用两个TDA2030来放大的。TDA 2030 是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。 TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护。五、 元件清单（A） 双电源元件：位号名称规格数量R1、R2电阻2002R5电阻1k1R3、R4电位器2k2D9发光二极管LED1D1、D2、D3、D4二极管1N40014D5、D6、D7、D8二极管1N40074C7、C333电解电容2200uf2C8、C444电解电容470uf2C5、C6电解电容22uf2C3C4电解电容10uf2C1、C2、C111、C222瓷片电容1044J1、J2、J3、J4、J5、J6排针1（B）频谱元件清单名称型号数量备注电阻220欧、2.2K100稳压二极管IN472850三极管901350排针常规150（C）滤波元件清单名称型号数量备注运放LM3585电容常规15电阻常规20(D)功放清单名称型号数量备注运放TDA20303运放4558D2电阻常规若干电容常规若干六、论文总结 历时一个月的电子制作总算是到今天完成，从开始构思，到画板、排版、买元件、焊元件、调试都不是那么的容易。但是从其中学到了很多的东西，比如说对Protel99se的操作更加的熟练，对模拟电路有了一定的了解等等。虽然说在某些程度上有一些要求尚未达到，但是我们相信随着学习的深入，我们能达到更加高的要求。七、参考文献：1、电路第五版 高等教育出版社2、模拟电子技术基础黄丽亚 杨恒新 编著 机械工业出版社附录：1、LM317的参数资料：lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。 LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。 稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo1.25（1R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。 首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值范围只能是028.6。 其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时（如图所示），没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。 在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。 几种封装的引脚识别图: 引脚识别要解决317稳压块最小稳定工作电流的问题，可以通过设定R1和R2阻值的大小，而使317稳压块空载时输出的电流大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。此时，只要保证Vo/（R1R2）1.5mA，就可以保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。上式中的1.5mA为317稳压块的最小稳定工作电流。当然，只要能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作，Vo/（R1R2）的值也可以设定为大于1.5mA的任意值。 经计算可知R1的最大取值为R10.83K。又因为R2/R1的最大值为28.6。所以R2的最大取值为R223.74K。在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证R10.83K，R223.74K两个不等式同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。 当然在317稳压块的输出端并联泄流电阻R（如图所示），也可以为317稳压块提供最小稳定工作电流。但是，由于并联的泄流电阻不能随输出电压的变化而变化，如果要保证317稳压块在输出电压为1.25V时，其输出电流大于其最小稳定工作电流，则在317稳压块的输出电压为37V时，流过泄流电阻的电流就太大了，这样不仅浪费了电能，而且增加了317稳压块的负担，不是一种妥当的办法。 LM317绝对最大额定值绝对最大额定值（Ta=25C,除非另有说明） 参数符号额定值单位lnput-OutputVoltageDifferenceVI-VO40VLeadTemperatureTLEAD230CPowerDissipationPDInternallimited-OperatingTemperatureRangeTOPR0+125CStorageTemperatureRangeTSTG-65+150C2、2SC9013参数资料：9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN型小功率三极管。也可用作开关三极管。 9013的引脚图参数参数： 结构 NPN 集电极-发射极电压 25V 集电极-基极电压 45V 发射极-基极电压 5V 集电极电流Ic Max 0.5A 耗散功率 0.625W 工作温度 -55 +150 特征频率 150MHz 放大倍数 D64-91 E78-122 F96-135 G122-166 H144-220 I190-300 从左往右依次为发射极、基极、集电极主要用途 放大电路 3、LM358中文资料LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益 模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 特性(Features)： 内部频率补偿。 直流电压增益高(约100dB) 。 单位增益频带宽(约1MHz) 。 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5一15V) 。 低功耗电流，适合于电池供电。 低输入偏流。 低输入失调电压和失调电流。 共模输入电压范围宽，包括接地。 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 。 参数输入偏置电流45 nA输入失调电流5