模拟式卡拉OK机的设计毕业论文.doc

湖南铁路科技职业技术学院湖南铁路科技职业技术学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 课 题 模拟式卡拉OK机设计 设计设计( (论文论文) )任务与要求任务与要求: : 任务：1.电子延时混响器的电路设计 2.混响时间与频率响应间相互矛盾关系及处理办法 3.有源低通滤波器的设计，信噪比与滤波器性能的关系 4.音频功率放大器频率响应的实现措施 要求：设计制作一种使用模拟式延时混响的卡拉OK机，话筒输入灵敏度 优于0.5mv，最大混响时间大于50ms，连续可调。具有音乐和歌声混合 功能，混合比例可调，电子延时部分频率响应优于80hz4kc,音频功率 放大器部分频率响应优于80hz18kc,音频输出功率大于3W。 设计设计(论文论文)依据的原始资料：依据的原始资料： 【1】湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）工作规范（铁路科 职院【2007】26号文件） 设计设计( (论文论文) )文件的组成及要求：文件的组成及要求： 论文组成:摘要、目录、正文、总结、致谢、参考文献、指导教师 评阅表、评阅教师评阅表、答辩评阅表、专业答辩组提问情况、评定 书。 论文要求:观点明确、实事求是、思路清晰、条理清晰、条理清 晰，并在论中能准确的表达出自己的设计成果。 参考资料：参考资料： 1施颂生.无线电接收与音响技术M.湘潭大学信息工程学院,2004.3 2汤韬,彭妙颜等.家庭及歌舞厅卡拉OK(AV)系统M.广东科技出版 社,1993.12 3段九州.放大电路使用设计手册M.辽宁科学技术出版社,2002.5 4童诗白,华成英.模拟电子技术基础M.高等教育出版社,2000.3 5王荣岳.具有混响效果的卡拉OK的电路J,电子报.1990.第11期 6王有志.BBD器件的原理及应用J.电子报,1991.第4期 7卢结成,陈力生等.电子电路实验及应用课题设计M.中国科技大学出 版社,2002.7 8朱良贵.家庭卡拉OK混响与放声系统M.上海科技教育出版社, 1991.4 9刘琼发,王远冲,李冰清等.组合音响原理与电路分析M.广东科技 出版社,1996.1 10谢自美.电子线路设计、实验、测试M.华中科技大学出版 社,1992.12 任务下达时间: 2010年11月3日 毕业设计开始与完成任务日期: 2010年11月03号至2011年01月10号 系部专业教学指导委员会 该毕业设计（论文）选题符合本专业人才培养目标要求，同意下 达任务 系部主任审批意见 签字 年 月 日 摘要 本系统设计制作了一种模拟式延时混响的卡拉OK机，其混响时间连续可调，具 有音乐和歌声混合功能，混合比例可调。该系统分为前置放大电路、电子延时电 路、音调控制及音频功率放大等单元模块，电子延时部分频率响应优于80Hz 4KHz，音频功率放大器部分频率响应优于80Hz18KHz，音频输出功率大于3w。 关键词：混响时间；频率响应；输出功率； Abstract The system in this paper designs a analog time-delay reverberation karaoke machine , its reverberation time can be continuously regulated. This kind of machine has the function of mixing music with songs and the proportion of mixture can also be adjusted. In general, this system can be divided into several unit modules, such as the pre- amplification circuit, electronic time-delay circuits, tonality control circuit as well as audio power amplifier, etc, in which the frequency response in the part of electronic time delay is higher than 80Hz to 4KHz, and in audio power amplifier is above 80Hz to 18KHz. The output power is superior to 3W. Keywords: reverberation time; frequency response; output power; 目 录 第1章 前言.1 1.1 卡拉OK的起源.1 1.2 卡拉OK的发展状况.1 第2章 系统设计.4 2.1 模拟式卡拉OK机的系统组成.4 2.2 方案选择.4 第3章 小信号音频放大电路的设计.5 3.1 前置放大级.5 3.2 混合放大级.5 第4章 电子混响器的设计.7 4.1 电子混响器的组成框图.7 4.2 有源低通滤波器的设计.7 4.2.1 滤波电路基本知识.7 4.2.2 有源低通滤波电路举例.8 4.2.3 设计实例.11 4.3 电子延时器的设计.11 4.3.1 BBD器件的原理.11 4.3.2 设计实例.14 第5章 音调控制电路的设计.18 5.1 音调控制电路的概述.18 5.2 方案选择.18 5.2.1 常见的音调控制电路.18 5.2.2 设计实例.19 第6章 音频功率放大电路的设计.20 6.1 音频功率放大电路的概述.20 6.2 方案优化.20 6.2.1 方案一.20 6.2.2 方案二.21 6.3 设计实例.22 第7章 电压放大倍数的分配及系统调试.23 7.1 电压放大倍数的分配.23 7.2 电路安装和调试.24 结 语.25 致 谢.26 参考文献.27 附录.28 第1章 前言 现在，卡拉OK机已不是什么新鲜东西，然而，对这样一种大众化的产品，我们 的了解却不是很多。为了更好地了解卡拉OK机，如它的起源、发展以及工作原理， 我们将设计制作一种模拟式延时混响的卡拉OK机。当然，我们首先介绍一些卡拉OK 的相关知识，让读者有个大概的了解，然后再转入设计正题1。 1.1 卡拉OK的起源 卡拉OK（KARAOKA）原意为“无人乐队” ，是在70年代中期由日本人发明的，大 家俗称卡拉OK伴音机。卡拉OK问世后，逐渐向世界各地扩散，并掀起阵阵热潮。在 国内，卡拉OK受到人们的普遍欢迎，卡拉OK歌舞厅、卡拉OK茶座等遍地开花，掀起 卡拉OK热潮。随之而来，伴随着卡拉OK热掀起，卡拉OK在其他的领域中的移植也形 成热点，例如在组合音响中增置卡拉OK功能，出现带有卡拉OK功能的组合音响，卡 拉OK激光唱片以及“卡拉OK”录像机等。而卡拉OK组合音响成为家喻户晓的一种娱 乐性音响设备。 1.2 卡拉OK的发展状况 卡拉OK的演唱形式各个国家存在很大差异。日本人喜欢用旋律突出的曲子一个 人慢慢地唱着取乐，而欧美人则往往选择节奏明快的曲子几个人合着拍子唱。在美 国酒吧如果有人像唱叙事诗那样慢悠悠地唱卡拉OK的话，大概会引来一片嘘声。大 多数看到的情况是他们选择尽可能上口的曲子，两三个人有时甚至多达十几个人一 起登台，打着拍子大声的唱。在这样的气氛中，既能自娱自乐又达到了互相沟通 1。 在我国，卡拉OK的兴起还是80年代中期的事，然而发展非常迅速。80年代末， 以激光电视唱片和唱机为主体的卡拉OK歌舞厅，由深圳等沿海开放城市向内陆大中 城市迅速发展。近两年，录像机以每年几十万、上百万台的销售量普及到家庭和单 位，国产的卡拉OK录像带已大量上市。现在国内已能生产PAL制激光电视唱机和PAL 制卡拉OK激光电视唱片，因而，卡拉OK三大音像源(录音带、录像带、激光电视唱 片)齐全，其内容也越来越适合国内群众演唱，卡拉OK热，方兴未艾。具有卡拉OK 功能的音像设备随之走俏，已有音像设备的家庭、单位和公共娱乐场所。对卡拉 OK功能的需求正在增加。随着数字电子技术和计算机技术的发展，人们发展出了 体积更小容量更大操作更方便的卡拉OK机。以下是三种新型的卡拉OK机： (1)DV卡拉OK机 其特点是把影视画面和伴唱的声音变成数字信号经过大幅度的信息压缩存入 CD大小的影碟当中，不但声像具佳，而且一张可以播放74分钟。机器占地面积更 小，软件价格底，选曲比LD快，因此一投放市场就受到用户的欢迎。 (2)电脑卡拉OK机 随着计算机技术和LSI技术的进步，电脑作曲和电子音乐蓬勃发展起来，这都 为电脑卡拉OK的实现提供了可能。电脑卡拉OK是把电脑作出的图象和用电子乐器 演奏的卡拉OK曲子，存入大规模半导体存储器之中。在播放时通过计算机取出图 象和音乐数据，恢复电视上的图象和伴奏的乐曲。现在已经有一种叫做TV-OK的和 电视机组合在一起的卡拉OK电视在我国开始销售。使卡拉OK机与电视机得到很好 的结合。 (3)通讯卡拉OK机 通讯卡拉OK机是计算机音乐的远距离应用。在本部设置的计算机发出的音乐 数据在ISDN线路或普通的模拟线路进行传输，被用户端设置的卡拉OK机接受，通 过内部的控制器再变成MIDI数据，用MIDI音源演奏出来。 近年来，由于具有卡拉OK功能的CD-G播放器和Video CD(数字视频CD)机等的市 场的不断壮大，卡拉OK专用的大规模集成电路的销售市场也在急速增长。目前的卡 拉OK通常具有三大功能：一是混响功能，二是歌声消除功能，三是变调控制功能。 本设计主要考虑的是混响功能，其混响部分主要由延时电路组成，延时有模拟延时 和数字延时，一般说来，后者的效果比前者更好。这是因为模拟式卡拉OK机用BBD 作延时混响电路，会带来信噪比低、失真大、通频带窄、动态范围小等缺点，而数 字式卡拉OK机克服了上述这些缺点，以噪声低、频率响应好、动态范围宽等优点来 获得令人满意的回声、余音和混响效果。但这里只讨论模拟延时2 。 本系统采用了模块化的设计思路，参照了一些公司的卡拉OK机设计方案。全文 共分7章，第1章为前言，第2章是系统设计，简要地阐述了其系统组成，其后的3至6 章将分别对各模块单元进行设计，即小信号音频放大电路、电子混响器、音调控制 电路及音频功率放大电路等几大单元模块。第7章对各级电压放大倍数进行了分配， 并介绍了系统的调试过程。结束语部分是本人的一些心得体会，并在附录提供了详 细的电路总图。 第2章 系统设计 2.1 模拟式卡拉OK机的系统组成 模拟式卡拉OK机的系统组成框图如2.1.1所示。 话音信号放大适当比例后，其 输出信号分成两路：一路直接送入混合放大级，该路信号叫做直达信号；另一路经 电子混响器延时后也进入混合放大器，再加上另一路音乐信号，此三路信号叠加在 一起，混合放大后送入音调控制电路，再经音频功率放大，在扬声器输出动听的混 响声。 图2.1.1 模拟式卡拉OK机的系统组成 由图2.1.1可看出，该系统分成话音放大、混合放大、电子混响器、音调控制和 音频功率放大等若干单元电路，之后我们便只需对各单元电路进行设计即可。 2.2 方案选择 在本次设计中所涉及到的放大电路既可用分立元件实现，也可用集成运放。考 虑到设计的方便性以及集成运放性能的优越性，均采用集成运放来实现。 第3章 小信号音频放大电路的设计 3.1 前置放大级 由于从话筒输出的信号比较弱,不便于信号处理,故需经过前置放大级的放大后 才有利于后级的信号处理。放大电路既可用同相输入比例运算放大电路，也可用反 相输入比例运算放大电路，此部分电路设计将采用后者，所用的集成运放 为，用双电源供电，接线如图3.1.1所示3。741A 图3.1.1 前置放大级 由图可知 (3-1) i f o V R R V 1 设计要求歌声和音乐混合比例连续可调，故需如图3.1.1那样，接滑动变阻 器，通过调节滑动变阻器可达到此目的。 3 R 3.2 混合放大级 混合放大级是实现话音信号、模拟延时后的信号以及音乐信号的混合放大，此 部分电路采用反相输入加法器来实现，集成运放采用，如图3.2.2所示4。其741A 混合比例是通过上图3.1.1所接的滑动变阻器来实现。 3 R 混合放大电路输出与输入电压的关系为： (3-2) )(V 3 3 2 2 1 1 o V R R V R R V R R fff 图3.2.2 混合放大电路 式中，为话音信号放大后的输出电压；为音乐信号放大后的输出电压， 1 V 2 V 为话音信号模拟延时后的输出电压。 3 V 第4章 电子混响器的设计 4.1 电子混响器的组成框图 电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有 一定的深度感和空间立体感。电子混响器组成框图如图4.1.1所示5。图中，BBD称 为模拟延时器，其内部有由场效管构成的多级电子开关和高精度存储器。在外加时 钟脉冲作用下，这些电子开关不断地接通和断开，对输入信号进行取样、保持并向 后级传递，从而使BBD的输出信号相对于输入延迟了一段时间。BBD的级数越多，时 钟脉冲的频率越低，延迟时间越长。BBD配有专用的时钟电路，如MN3102时钟电路与 MN3200系列的BBD配套。 图4.1.1 电子混响器组成框图 4.2 有源低通滤波器的设计 4.2.1 滤波电路基本知识 对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能使特定频率范围的 信号顺利通过，而阻止其它频率的信号通过。滤波器分为无源滤波器和有源滤波 器，若滤波电路由无源元件(电阻、电容、电感)组成，则称为无源滤波电路。若滤 波电路不仅由无源元件，还由有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)组成，则 称为有源滤波电路。 由于无源滤波电路的频率特性受负载的影响，可在无源滤波电路和负载之间加 一个高输入电阻低输出电阻的隔离电路，最简单的方法是加一个电压跟随器如图 4.2.2所示，这样就构成了有源滤波器。 图4.2.2 有源滤波器 4.2.2 有源低通滤波电路举例 (1)简单二阶同相输入电路 由于一阶电路过渡带较窄，幅频特性的最大衰减斜率仅为-20DB/十倍频，增加 RC环节，可加大衰减斜率，故实际中常用二阶电路。图4.2.3为简单二阶低通滤波电 路。 图4.2.3 简单二阶低通滤波电路 其传递函数 (4-1) )( )( )( )( )1 ( )( )( )1 ()( 1 2 1 2 sU sU sU sU R R sU sU R R sA i M M p i P U 当时，CCC 21 SRCsU sU M P 1 1 )( )( ) 1 /( 1 ) 1 /( 1 )( )( SC R SC R SC R SC sU sU i M 代入式(4-1)，整理可得 (4-2) 2 1 2 )(31 1 )1 ()( SRCSRCR R sAU 用j取代S，且令，得出电压放大倍数表达式为 RC fo 2 1 (4-3) oo U f f j f f R R A 3)(1 1 2 1 2 令式(4-3)分母的模等于，可解出通带截止频率2 (4-5) oP ff37. 0 幅频特性如图4.2.4所示。 图4.2.4 简单二阶低通滤波电路的幅频特性 虽然衰减斜率达到-40DB/十倍频，但是远离，若使附近的电压放大 P f o f o ff 倍数数值增大，则可使接近，滤波特性趋于理想。从反馈知识可知，引入正反 P f o f 馈，可增大放大倍数。 (2)无限增益多路反馈二阶电路 为了改善附近的频率特性，可采用多路反馈的方法，如图4.2.5所示。由于图 0 f 4.2.5所示电路中的运放可看成理想运放，即可认为其增益无穷大，故称该电路为无 限增益多路反馈滤波电路。 在图4.2.5电路中，当f=0时，C1和C2均开路，故通带放大倍数 (4-6) 1 R R A f UP 图4.2.5 无限增益多路反馈二阶低通滤波电路 M点的电流方程为 (4-7)()()()( 21 sIsIsIsI cf (4-8) 1 2 0 1 )( )()()()()( SCsU R sU R sUsU R sUsU M M f MMi 其中， (4-)( 1 )( 22 0 sU CSR sU M 9) 解式(4-8)和(4-9)组成的联立方程，得到传递函数 (4-10) f f f UP U RRCCS RRR RRSC sA sA 221 2 21 22 ) 111 (1 )( )( 可得截止频率 (4-11) f P RRCC f 221 2 1 从式(4-11)的分母可看出，的系数均大于零，由罗斯准则知，滤波器总是稳S 定的。 4.2.3 设计实例 (1)方案优化 由以上滤波器的性能分析可知，无限增益多路反馈二阶低通滤波电路具有很好 的滤波特性且总是稳定性的 ，故本设计可采用该滤波电路。 (2)参数设计 要求电子延时部分的频率响应优于80hz-4khz，低频特性主要由耦合电容和旁路 电容决定，而这些电容所在回路的等效电阻一般很大，很容易满足低频部分的设计 要求，所以只需重点考虑高频部分。故可设计低通滤波器的截止频率为4KHz。无限 增益多路反馈二阶低通滤波电路的截止频率 (4-12) f P RRCC f 221 2 1 取，,则FC033 . 0 1 pFC2200 2 kRf12 (4-13) 1790 )10 . 4 (122200033 . 0 4 1 4 1 2322 21 2 2 kpFFfRCC R Pf 取,由于MN3207的输入信号幅度最大值为360mV，超过此值将产生失kR7 . 1 2 真，故通带放大倍数不宜过大，令其放大倍数为三倍，由式，可得： 1 R R A f UP (4-14) k k A R R UP f 4 3 12 1 4.3 电子延时器的设计 4.3.1 BBD器件的原理 BBD是Bucket Brigade Device 的缩写，称斗链式电荷耦合型音频延时线，简称 斗链器件。由于它具有价格低廉、电路简单及效果显著等特点，现代电子模拟延迟 线多数都采用 BBD器件，并且越来越多的应用在录音机、电子乐器及其它音响系统 中7。 (1)BBD的基本结构及功能 其基本结构如图4.3.6，等效电路如图4.3.7。 图4.3.6 BBD基本结构图 图4.3.7 BBD等效电路图 BBD内部集成了由场效应管(MOSFET)组成的一系列高速电子开关和与之一一对应 的 MOS电容，这些电子开关在外加时钟脉冲(由时钟发生器产生)的统一控制下，交 替的接通与断开。时钟脉冲以二相方式连接(两个反相的时钟脉冲)，即CP1控制一系 列奇数电子开关，CP2控制一系列偶数电子开关。在时钟脉冲的正半周时对输入信号 采样并保持，在负半周时将保持的信号(电荷)瞬时传递给下一个MOS电容，随着正、 负时钟脉冲的不断交变，信号电荷逐级向后存储和转移，最后，在输出端出现已被 延迟的输入信号，可见，BBD的基本功能是电荷存储和转移。它不同于其它半导体器 件，不是以电流或电压作为信号，而是以电荷作为信号。而电荷存储是由一系列的 高精度MOS电容作为存储器，电荷转移则由一系列的高速开关逐级传递。因此，BBD 也可视为一个模拟移位寄存器。 (2)BBD的延时原理 信号延迟的过程（即电荷的转移过程）如图4.3.8。 设在BBD的信号输入端加入如图4.3.8(b)的输入电压。 在时间t1时，CP1为正，见图4.3.8(a)，奇数MOSFET管均导通，相当于图4.3.8 中的1、3、5等开关闭合，输入信号电压U1经开关1对C1瞬时充电，即将与输入电压 U1成正比的电荷Q1存储在C1中（实际上由于MOS管漏极向源极的反馈效应的影响，有 一定的传输损失，以下相同） ，如图4.3.8(c)。 在时间时，由于CP1变为负，开关1断开，而CP2的脉冲极性为正，受该相时钟 1 t 控制的一系列MOSFET管导通，即图4.3.8中的2、4等开关闭合，存储在C1中的电荷Q1 经开关2瞬时对C2充电，即将电荷Q1转移至C2上，如图4.3.8(d)。 在时，CP1又变为正，开关1等奇数开关又闭合，与输入电压U2成正比的电荷 2 t Q2 又被存储在C1中，与此同时，因开关3也闭合，原存储在C2的电荷Q1将转移至C3上， 如图4.3.8(e)。 图4.3.8 BBD信号延迟过程 在时，CP1转为负，奇数开关均断开，此时CP2变为正，偶数开关均闭合，存 2 t 储在C3的电荷Q1又转移至C4上，与此同时，C1上的电荷Q2转移至C2上，如图 4.3.8(f)。 在时，CP1再次变为正，奇数开关均再闭合，与输入电压U3成正比的电荷Q3被 3 t 存储在C1中，与此同时，C2上的电荷Q2转移至C3上，C4的电荷Q1转移至C5上，如图 4.3.8(g)，以下类推。这样，随着时钟正、负的交替变化，与各时间的输入电压成 正比的信号电荷被逐级地向输出端转移，即输入信号经BBD处理后被延迟了，达到了 延时目的。 转移时间（即延迟时间）由所采用的BBD级数和时钟脉冲的频率决定。 (4-15)式 CP CP f N t N t N 22 2 2 中和分别为时钟脉冲的频率和周期，t为时钟脉冲的宽度，N为BBD的斗链级 CP f CP t 数。 4.3.2 设计实例 (1)器件选择 近年来，BBD器件种类日益增多，性能不断提高。如松下MN3000系列、MN3200系 列和MN3300系列等等。除此之外，还有TDA1097、TDA1022和RD5106等。 由于本次设计要求最大混响时间大于50ms，查阅相关手册知，可选择MN3207， 其对应的专用时钟发生器为MN3102。 (2)MN3207和MN3102的结构图 图4.3.9 MN3207管脚排列图 图4.3.10 MN3102内部框图 图4.3.9是MN3207管脚排列图，由于内部为N沟道场效应晶体管，因此，漏极电 源输入为正电源，典型值取+5V。栅极电源由时钟驱动器， DD U GG U 15 14 DD GG U U 约+4.7V（注意，该端需外加滤波电容） 。图4.3.10是与MN3200系列BBD配套的专用时 钟驱动器MN3102内部框图和管脚排列图，内部主要由四部分组成，即电源产生 GG U 器，由8脚输出供BBD；7、6、5脚内部电路与外接阻容元件构成无稳态振荡器 GG U （振荡频率由外接RC值设定） ；经内部分频电路分频，送至时钟驱动器；由2、421 脚输出不断交替变化的两个反相时钟脉冲，去控制BBD正常工作。 (3)参数设计 由于要求频率响应优于80hz4khz，低频特性由耦合电容和旁路电容决定，其 电容所在回路的等效电阻一般比较大，很容易满足80hz的设计指标。考虑高频特性 时，由奈奎斯特定理，采样频率（也即时钟频率）必须满足： CP f （为输入信号频率）khzkhzff inCP 8422 in f 又知MN3102内部存在1/2分频器，则振荡电路的频率 CPOSC ff2khzkhz1682 振荡频率 () (4-16) RC fOSC 2 1 CPOSC ff2 由式(4-16)知，采样频率与延迟时间存在如下关系： (4-17)ms kf N CP 64 82 1024 2 满足最大混响时间优于50ms。当芯片选定后，级数也就确定了，此时与 成反比，延时时间越长，采样频率越低，而当采样频率低于两倍输入信号频率 CP f 时，则输出信号会失真，这样与是一对矛盾。而要使延时时间达到规定的技术 CP f 指标，又要使采样频率达到要求，需权衡两者，合理选择其参数。 若取,则 pFC200 (4-18) k khzpFCf R OSC 50 162002 1 2 1 为了使延时时间可调，如图4.3.11所示，接一个30k的固定电阻和一个22k的可 变电阻。由式(4-17)求得，则；由式(4-18)khzfkhz OSC 2616khzfkhz CP 138 有。msms6439 图4.3.11 电子混响器 图中两级二阶低通滤波器、滤除4KHz（语音）以上的高频成分，反相器A 1 A 2 A 用于隔离混响器与输入级间的相互影响。（100K）电位器调节混响器的输入电 31 RP 压，（47K）电位器调节MN3207的平衡输出以减小失真，（47K）电位器调节 2 RP 3 RP 时钟频率，22K电位器控制混响器的输出电压。 第5章 音调控制电路的设计 5.1 音调控制电路的概述 音调控制电路一般包括高低音电位调节器，通过调节电位器，对声音的某部分 频率信号进行提升或衰减，使之符合用户听觉的要求。其音调控制器的调节曲线如 图5.1.1所示，由图可知，低音频区和高音频区各包括两个转折频率，分别为 和,在中频区放大倍数为18。 22,LL 21,HH 图5.1.1 音调控制电路的调节曲线 5.2 方案选择 5.2.1 常见的音调控制电路 根据音调控制电路在电路中的位置，有插入衰减式、负反馈式和插入衰减负反 馈混合式三种，其典型电路如图5.1.2（a） ，(b)，(c)所示。 图5.1.2 (a) 插入衰减式音调控制电路 图5.1.2(b) 负反馈音调控制电路 图5.1.2(c) 插入衰减负反馈音调控制电路 5.2.2 设计实例 本次设计将采用插入衰减负反馈音调控制电路，如图5.1.2 (c)所示，在满足图 中参数的条件下，其频率响应范围为20hz20khz，满足人耳的听觉要求，故本次设 计可直接应用该电路。其中，、分别为低音、高音电位调节器。 1 W 2 W 第6章 音频功率放大电路的设计 6.1 音频功率放大电路的概述 在实用电路中往往要求放大电路的末级(即输出级)输出一定的功率,以驱动负 载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。从能 量控制和转换角度看，功率放大电路与其它放大电路在本质没有区别；只是功放既 不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定 的情况下，输出尽可能大的功率。因此，从功放电路的组成和分析方法，到元器件 的选择，都与小信号放大电路有着明显的区别。 6.2 方案优化 6.2.1 方案一 常见的音频功率放大电路有OCL（无输出电容的功率放大电路） 、OTL（无输出 变压器的功率放大电路）和BTL（桥式推挽功率放大电路） ，其典型电路图如6.2.1 所示。 图6.2.1(a)OCL电路 (b)OTL电路 (c)BTL电路 6.2.2 方案二 OCL、OTL和BTL电路中的晶体管均工作在乙类状态，他们各有优缺点，且均有 集成电路，使用时应根据需要合理选择。考虑到使用的方便性及集成运放性能的优 越性，本设计使用集成运放构成的音频功率放大器。常见的集成功放有 LM386，TDA2003 ，TDA2030，TDA1521等等，查阅相关手册知，TDA2030可满足设计 要求且使用较为简便，其典型的功率放大电路(单电源供电)如图6.2.2所示： 图6.2.2 音频功率放大电路典型应用图 其中,放大倍数为 ,带宽B由电容决定,两者的关系为 2 1 R R AV 8 C (6-1) 18 2 1 RC B 6.3 设计实例 查阅相关手册知，TDA2030的极限参数：单电源供电时，VVCC36 max ，带宽由电容C 决定，低频特性由耦合电容决定,很容易满足80HZ的设VVCC12 min 8 计要求.而其高频部分要求上限频率大于18KHz，最大输出功率大于3W，则由式(6-1) 有: (取C =50pF) (6-2)pF kKHzBR C 9 . 58 150182 1 2 1 1 8 8 放大倍数,最大输出功率,则 32 7 . 4 150 2 1 R R AV L CES cc m R U V P 2 0 2/ ) 2 ( (取 (6-3) CESLomCC URPV28)4 L R 考虑到大功率管为2-3V，为了留有一定的余量,取，则有 CES UVUCES3 +2=15.8V (6-4)438 CC V3 取，满足。VVCC20 maxminCCCCCC VVV 第7章 电压放大倍数的分配及系统调试 7.1 电压放大倍数的分配 由于要求卡拉OK机的输入优于0.5mv，输出功率大于3W，则由公式， L o o R V P 2 输出电压 V0= (7-1)VRP Lo 46. 343 可见系统的总电压放大倍数6920 5 . 0 46 . 3 mv v V V A i O V 由于音调控制电路在中频区放大倍数为1,而在高、低频区会产生衰减, 因此设 计时，要留一定的余量。故取AV4=0.8。其各放大级的参数见附录。 设各级电压放大倍数分配如图7.1.1所示： 图7.1.1 电压放大倍数分配 总电压放大倍数为： AV=AV1AV2AV3AV4=8050.8532=108806920 (7-2) 7.2 电路安装和调试 (1)合理布局，分级装调 卡拉OK机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，功放级要远离输入级，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。 安装前先检查元器件的质量，安装时注意功放块、运算放大器、电解电容等主 要器件的引脚和极性，不可接错。从输入级开始向后级安装，也可以从功放级开始 向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调 试完毕10。 (2)整机功能试听 调试完毕可用扬声器代替负载电阻RL进行功能试听11： 话音扩音 将话筒接话音放大器的输入端。应注意，扬声器输出的方向与话筒输入的方向 相反，否则会产生自激啸叫。讲话时，扬声器传出的声音应清晰，改变音量电位 器，可控制声音大小。 电子混响效果 用手轻拍话筒一次，扬声器发出多次重复的声音，微调时钟频率，可以改变混 响延时时间，以改善混响效果。 结语 模拟式卡拉OK机的设计已完成，它运用到了好几门的专业知识，综合性较 强，难度也就较大了，其涉及到的课程有模拟电路和音频技术，但主要还是模电知 识。当然，设计中也碰到了一些比较生疏的东西，如BBD延时器，对它接触较少， 有关它的理论基础及所用到的芯片MN3207和MN3102的用途及用法都需查阅了不少 资料才掌握。 之前曾做过一些课程设计，对模块化的设计理念已相当熟练。在理论设计中， 我采用了模块化的设计方法，将该系统分成若干模块话音放大，混合放大，电 子混响器，音调控制及音频功率放大。其中电子混响器的设计相对较复杂，涉及到 一些细节方面的东西，如为了减小失真，MN3207采用平衡输出；为了使混响器的 输出电压可调要采用电位器控制等等。这些并不是一蹴而就的，而是查阅了不少资 料慢慢学会的。尽管是些细节方面的东西，但恰恰是这些东西使我学会了更加敏锐 地分析问题和解决问题。 本次毕业设计使我受益匪浅，一方面，更进一步地掌握了模块化的设计思路； 另一方面，学会了一些电路调试方法，培养了自己的观察能力和动手能力，为以后 的工作实践奠定了一定的基础。 致谢 经过这个月的努力，我的设计和论文终于完成了，在此我向所有给予我帮助和 关怀的同学和老师致以最真诚的谢意。 我的毕业设计能顺利完成，要特别感谢徐美清老师，感谢她一直以来以来给予 我的指导和帮助。由于本人研究的水平和时间的限制，初期遇到了很多困难。徐老 师在百忙之中多次对我提出具有方向性和指导性的意见，并在后期亲自对我的论文 进行修改，给我提出许多宝贵意见，使我的论文终于得以完成。她在繁忙的工作中 督促我们的学习，及时帮我解决设计与学习中的困难，对我的谆谆教诲将使我受益 终生。在她严格要求下我们的每一步工作，使我不敢对设计或者论文有一丝的马 虎，这一点也让我受益菲浅。 感谢那些我在大学学习期间的所有老师，是他们传授了我宝贵知