音响前置放大器.doc

2013届课程设计说明书模板 音响前置放大器 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 鞠纯 指导教师： 龙卓珉 职称 讲师 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子1102班 完成时间： 2013年6月10日 1 摘 要 本文介绍了前置放大的构成、功能、及工作原理。所用芯片是价格便宜的带有真差动输入的LM324四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。本音响的功能是将输入音频信号进行放大，是一种可普遍用于家庭音响系统、立体声唱机等电子系统中，便于携带，适用性强。关键词： 前置放大；LM324;立体声唱机 ABSTRACTThis paper introduce the structure ,function and working principle of the audio.The LM324 are low-cost,quad operational amplifiers withtrue differential inputs.They have several distinc advantages overstandardoperational amplifier types in single supply voltages as low as 3.0V or 32V with quiescent currents about one-fifth of thoseassociated with the MC1741. The sound is the function of the input audio signal amplification,is generally available for home audio system,stereo playerand other electronic system,convenient carrying,strong applicability.Key word preamplifier amplifiers;LM324;stereo player目 录1设计目的与要求11.1设计目的11.2设计要求及技术指标12电路的整体结构22.1音响模块图22.2各模块的功能作用22.3设计方案的选择33核心元器件简介43.1 LM324简介44电路原理说明64.1话音放大与混合前置放大65仿真分析与PCB图制作75.1仿真分析75.2 PCB图制作96组装与调试116.1电路元件组装116.2作品调试11参考文献12致谢13附录A 实物图14附录B 元器件清单图1551设计目的与要求1.1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1.2设计要求及技术指标1.2.1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。1.2.2、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；1.2.3主要技术指标 （1） 额定功率P=0.3W。（2） 负载阻抗RL=10。（3） 频率响应fL=50Hz，fH=20KHz。（4） 输入阻抗Ri20k。（5） 放大倍数20dB。2电路的整体结构2.1音响模块图音响放大器的作用是对于微弱信号进行电压放大和功率放大，推动负载工作，同时需要对音调和音量的调节。音响放大器由话筒、话音放大器、电子混响器、混合前置放大器、音调控制器、功率放大器这几个部分组成。其中话音放大器是不失真的放大话筒输出的声音信号，电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使人听起来具有一定的深度感和立体空间感，混合前置放大器是将话筒传输的声音信号与放音机输出的音乐信号相混合并放大，音调控制器是控制和调节音响放大器的幅频特性，功率放大器是给音响放大器的负载提供一定的输出功率。2.2各模块的功能作用话筒放大器：由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号，并保证其输入阻抗远大于话筒的输出阻抗。电子混响器：电子混响器的作用是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。在“卡拉OK”伴唱机中，都带有电子混响器。电子混响器的组成框图如下；其中BBD器件称为模拟延时集成电路，其内部由场效应管构成多级电子开关和高精度存储器，在外加时钟脉冲作用下，对输入信号进行取样，保持并向后级传递，从而使BBD的输出信号相对输入信号延时了一段时间。BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延时的时间就越长。混合前置放大器：混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混合后的声音信号进行混合放大。音响放大的性能主要由音调控制器与功率放大器决定。音调控制器：音调控制器的作用是控制调节音响放大器输出频率的高低。音调控制只对低音或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。所以音调控制器的电路由低通滤波器和高通滤波器共同组成。功率放大器：功率放大器的作用是给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能的高。由于集成功率放大器具有性能稳定、工作可靠及安装调试简单，故而被采用。2.3设计方案的选择2.3.1运放芯片的选择 1.采用uA741运算放大器设计电路，uA741通用高增益运算通用放大器，早些年最常用的运放之一，应用非常广泛，为双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压22V，差分电压30V，输入电压18V，允许功耗500mW。 2.采用LM324通用四运算放大器，双列直插8脚封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。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。两个信号输入端中Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。方案选取：uA741是通用放大器，性能不是很好，满足一般需求，而LM324四运放大器具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。本设计放大倍数不高，LM324能达到频响要求，故选用LM324四运放大器。3核心元器件简介3.1 LM324简介3.1.1 LM324的特点 （1）LM324的介绍LM324引脚图简介：LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，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。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见下图。（2）LM324的特点：1.短跑保护输出2.真差动输入级3.可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA5.每封装含四个运算放大器。6.具有内部补偿的功能。7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能 图1 LM324引脚图3.1.2 LM324的内部结构图 LM324系列采用两个内部补偿，二级运算放大器，每个运放的第一级由带输入缓冲晶体管Q21和Q17的差动输入器件Q20和Q18，以及差动到单端转换器Q3和Q4。第一级不仅完成第一级增益的功能，而且要完成电平移动和减小跨导的功能。由于跨导的减小，仅需使用一个较小的补偿电容（仅0.5pF），从而就可以减小芯片尺寸，跨导的减小可由将Q20和Q18的极电集分离而实现。该输入级的另一特征是，在单电源工作模式下，输入共 模范围包含负输入和地，无论是输入器件或者差动到单端变换器都不会饱和，第二级含标准电流源负载放大器级。 图2.LM324的内部结构图 3.1.3 LM324的外形及引脚排列 图3 LM324的引脚排列4电路原理说明 4.1话音放大与混合前置放大 4.1.1设计电路图 图4 话音放大与混合前置放大4.1.2电路参数分析 图4所示电路由话音放大与混合前置放大两级电路组成。其中A1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 .（1）由公式（1）可见，四运放LM324的频带虽然很窄（增益为1 时，带宽为1MHz），但这里放大倍数不高，故能达到频响要求。混合前置放大器的电路由运放 组成 ，这是一个反向加法器电路，输出电压表达式为.（2）由公式（2）可见，如果要进行卡拉OK演唱，可在话放输出端及录音机输出端接两个音量控制电位器分别控制声音和音乐的音量。5仿真分析与PCB图制作5.1仿真分析5.1.1话音放大与混合前置放大仿真图图6 前置放大的仿真图 从下图可以得出，在滑动变阻器为5k时，电压可以达到预先设置的120mv。 图7 滑动变阻器调至5k时的仿真图。由以下图可知，经话音放大和前置放大后的电压最大可达250mv，与预先设计的120mv高，电路参数选择是合理的，因为调节范围很灵活。图8 滑动变阻器调至最大值10k时的仿真结果。当改变电阻R11时，得到下图，电压增益不变图 9 改变R11的电阻值时的仿真图。5.2 PCB图制作5.2.1 PCB图制作流程5.2.2 PCB图图10 PCB图6组装与调试6.1电路元件组装音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。步骤：在打印好PCB板后，将其腐蚀彻底。安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。然后根据电路原理图，首先把每级电路组装好，再连接好各级电路。6.2作品调试实践证明，新安装的电路板往往难以达到预期的效果，这是因为我们在设计的时候不可能周全地考虑元件的误差、器件参数的分散性、寄生参数等各种各样的客观因素。此外，电路板的安装中仍存在有可能没有查出来的错误。通过电路板整体测试与调整，可发现和纠正设计方案中的不足，并查出电路安装中的错误然后采取措施加以改进和纠正，就可以使之达到预定的技术要求。电路安装完毕后，必须在不通电的情况下，对电路板进行认真细致的检查，以便纠正安装错误。检查应特别注意：1 . 元器件引脚之间有无短路，尤其在焊接时，要严格按照焊接规则焊接，否则容易短路。2. 电源的正负、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、地线是否接触良好。关于电源正、负极问题主要是在本次设计中的单电源供电的导线插在功放电路的插座上，在此应特别注意在测试极性的时候，应注意红、黑表笔不要弄反。红表笔接正极，黑表笔接负极。不但满足制图制板的要求，而且使其极性区分明显。3. 集成电路的型号及安插方向对不对，引脚连接处有无接触不良等。在安装的时候我们查阅相关资料，在网上找出各个引脚的标号及参数。新安装的电路板将输入端对地短路，用万用表测该级输出端对地的直流电压。话放级、混合级、音调级都是由运算放大器组成的，其静态输出直流电压均为VCC/2，功放级的输出(OTL电路)也为VCC/2，且输出电容CC两端充电电压也应为VCC/2。10参考文献1 杨志忠.数字电子技术.第三版. 北京：高等教育出版社，2 胡宴如模拟电子技术. 北京：高等教育出版社.3 谢自美.电子电路设计.实验.测试.武昌：华中理工大学出版社.致谢这次的课程设计我选的题目是音响前置放大器，首先我认为有必要认真学习模拟电子技术，能让我在做课程设计的时候复习和巩固模拟电子技术这门课程。对所学的知识有一个更加深刻的认识。我在这次的课程设计中，首先知道了音响放大器的构成以及其工作原理，并且深入理解了集成运算放大器的作用，以前只是在书本中学习，会做几道题，现在通过课程设计让我深刻认识到了“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的同时，明白了学习的东西要用于实际中。也明白老师为什么要求我们在课程设计中每人做一块板子和一份文档的原因。她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, 我对模拟电子技术基础这门课产生了浓厚的学习兴趣。但是，与此同时也发现自己有许多不足之处。第一：不能将所学的知识转化成实际的设计，