开关型混音器.doc

开关型混音器一、系统设计任务与要求1.1设计任务设计并制作一个开关混音器1.2设计要求混音器是指在音响电路中，将几路来源不同的音频信号经过适当电路混合后，共同进入放大器的一种电路。1.3设计思路 本次采用的设计方案由3路前置电路，振荡电路，开关电路，混音输出电路组成。三路音频信号经三路前置电路的放大，输入到开关电路，开关电路主要由CD4066和CD4017构成，CD4017是十进制计数芯片，在此只用其中三路输出，其中CD4066是4路模拟开关，由CD4017输出的脉冲控制开关的导通从而控制三路音频信号的轮流传输到混音输出模块，当开关的频率达到Khz以上，人耳分辨不出来，就相当于三路信号同时输出，这就是混音器的原理。振荡电路由CD4017构成，CD4017是多路非门芯片，CD4017、振荡电阻和电容构成振荡电路，为CD4066提供计数脉冲。混音输出电路主要由OP07构成，其作用主要是对音频进行功率进行放大，从而达到输出的要求。系统框图如图1所示：振荡电路开关电路1前置电路1 开关电路2前置电路2混音输出前置电路3 开关混音器系统框图 图一二、方案设计与论证 1、前置电路方案一： 主要由三极管9013和运放UA741构成，其中9013采用射极输出。方案二： 采用三极管9013，共发射极输出，9013的放大倍数能达到60100，满足要求。 9013封装如图二（a）,UA741封装如图二（b）。 a b 图二 方案选择:三极管用于放大时易受温度影响，小信号放大要求输入电阻足够大，输出电阻足够小。但三极管输入电阻不够大,负载能力不够强。而方案一，用射极输出器电路，输入电阻高，输出电阻低，射极输出器的输入电阻高达几十千欧到几百千欧，意味着射极输出器可减小信号源索取的信号电流，输入电压越接近信号源电压 ；输出电阻低。意味着射极输出器带负载能力强，即可减小负载变动对电压放大倍数的影响。UA741稳定性好，不易受干扰，理想输出电阻为零。用9013和UA741组合，能达到电路要求。2、 开关电路 方案一： 开关电路主要由CD4067和CD4017构成，CD4017是十进制计数芯片，CD4067是数字控制模拟开关，具有低导通阻抗，低截至漏电流和内部地址译码的特征。另外，在整个输入信号范围里导通电阻保持相对稳定。 CD4067是16通道开关。有四个二进制输入端A0A3和控制端C，输入的任意一个组合可选择一路开关。C=1时，关闭所有通道。CD6067封装图和逻辑图如图三。 a封装图 b逻辑图 图三方案二： 开关电路主要由CD4066和CD4017构成，CD4017是十进制计数芯片， CD4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输，具有比较低的导通阻抗。另外，导通阻抗在整个输入信号范围里基本不变。CD4066由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号，开关中的p和n器件在控制信号作用下同时开关。这种结构消除了开关晶体管与阈值电压随输入信号的变化，因此在整个工作信号范围里导通阻抗比较低。与单通道开关相比具有输入信号峰值电压范围等于电源电压以及在输入信号范围里导通阻抗比较稳定等优点。CD4066封装如图三（a）、CD4017封装如图四（b）： a b 图四 方案比较与选择：由于本次设计要求三路输入，且双向模拟开关容易控制，电路简单，因此采用方案二。3振荡电路 方案一： NE555是555系列的计时IC中的一种型号，它的计时精确度高，价格低廉，温度稳定度佳 。只需简单的电阻器、电容就可构成单稳电路。 方案二：用两个CMOS与非门电路及一个电阻和一个电容组成一个双稳态型多谢振荡器，产生矩形脉冲，用作时基电路。方案比较与选择：在这里选用方案二，CMOS与非门电路可用CD4017代替。4、 混音输出 实际上是将混合后的音频进行功率放大，UA741频带宽，采用UA741就可满足要求。三、单元电路设计与参数计算1 前置电路 图五 正常工作时，信号经过T1和U的放大输出。T1采用射极输出，射极输出主要的特点是：电压放大倍数，输出电压与输入电压同相，输入电阻高，输出电阻低，射极输出器的输入电阻高达几十千欧到几百千欧，意味着射极输出器可减小信号源索取的信号电流，输入电压越接近信号源电压 ；输出电阻低。意味着射极输出器带负载能力强，即可减小负载变动对电压放大倍数的影响。图中运放采用UA741，其放大倍数，由于最大输出电压为，将U3=6V、R7=10K、带入上式得,又因为R4最大值为47K，所以Ue最大值，如果输入电压大于最大输入电压，输出信号便会失真。但考虑到后极功率放大，实际输入电压不可能有这么大。图五中，C2、C3是耦合电容，由于电容有隔直作用，因此两级放大电路的直流通路互不导通。另外，为保证低频响应，要求其容抗远小于放大器的输入电阻。在此C2=C3=10u可满足条件。C1、C7是滤波电容，作用是滤除电源中的交流部分。2振荡电路 振荡电路主要CD4069、电阻、电容构成环形振荡器。参数计算如下： 式中R为可调电容，C=10uf。 注：但R不能取太小，如果取太小，振荡器将不能振荡。3开关电路 图六开关电路主要由CD4066和CD4017构成，CD4017是十进制计数芯片，CD4066由四个相互独立的双向开关。由CD4017输出的脉冲控制开关的导通从而控制三路音频信号的轮流传输到混音输出模块，当开关的频率达到Khz以上，人耳分辨不出来，就相当于三路信号同时输出，这就是混音器的原理。所以只需将计数脉冲接CD4017的时钟输入端，CD4017为十进制计数/时序分配器，用于产生CD4066模拟开关切换的控制信号。CD4017具有自动启动功能，即在电路进入无效状态时，在计数脉冲作用下，最多经过两个时钟周期就能回到正常循环中，因此本控制信号的CD4017未设置复位电路。C0为进位端，当计数满10个脉冲时输出一个正脉冲。CD4017有CL和EN两个计数输入端，CL端为脉冲上升沿触发端，若计数脉冲从EN端输入，则CL端应接高电平，否则禁止输入计数脉冲。在此只有三路信号，只需要001，010，100三个状态。可将CL端接到7引脚，可满足要求。R22、R26、R28为隔离电阻取10K即可。4混音输出 图七 上图中C5、C6为耦合电容，C8为滤波电容，可以滤除电源中的交流成分。图中运放采用UA741，其放大倍数 ，由于最大输出电压为，将U3=6V、R8=10K、取R8=47K，带入上式得输入电压Uo最大值。四、总原理图及元器件清单1 总原理图 图八2 元件清单元件数量CD40691CD40171CD40661OP074电阻100k144.7k410k1222k1精密可调电阻4 瓷片电容4700u10.01u1电解电容10u1247u4100u40.1u40.01u3三极管90133IC座8脚414脚216脚1排针1排松香1盒转印纸1张5、 安装与调试六、性能测试与分析七、结论与心得通过这次课程设计，我学到了不少东西，让所学知识得到了融合，让自己的设计水平有了一定的提高。其中这次课程设计对我触动最深的，也就是让我最为忧虑的，那就是工程实践经验，这应该是一种长期培养的工程素质，还有对器件参数值的敏感度，迅速查阅资料的能力等，这一切需要付出许多心血和时间来锻炼。另外，这次设计让