音响放大器课程设计与制作-覃文博

课程设计任务书学生姓名：专业课：讲师：工作单位：信息工程学院主题：音频放大电路的设计仿真与实现初始条件：可选元件：集成功率放大器、几个电容、电阻和电位计；或者可选组件。可用仪器：示波器、万用表等。需要完成的主要任务：(1)设计任务根据技术指标和已知条件，对音频功率放大器进行了设计、仿真、装配和调试，并自制了DC稳定电源。(2)设计要求(1)设计一个具有小失真、麦克风放大、电子混响、混合前置放大、音调控制和功率放大的声音放大电路；输出功率约为1W，负载电阻为8。频率响应在20 20千赫范围内，输入阻抗大于20千赫。(2)选择电路方案，完成确定方案的电路设计。(3)利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数，掌握电路工作原理，仿真实现系统功能。(4)安装调试并按规范要求的格式完成课程设计报告。(5)选型：利用仿真软件的电路板设计功能进行电路板设计。时间表：1.上半年完成模拟设计和调试；制造真实的东西。2.下半周，硬件调试，编写和提交课程设计报告，验收和答辩。讲师签名：YY系主任(或负责老师)签字：月、年目录摘要3抽象31设计要求41.1设计任务41.2设计要求和技术指标41.3播放第4部分2设计总体规划52.1音频模块流程图52.2电路方案的比较和演示53核心组件介绍73.1集成功率放大器介绍3.2 lm 324简介84每个模块10的电路原理和总电路图4.1语音放大器104.2电子混响器114.3混合前置放大器124.4音调控制器134.5功率放大器174.6总电路图185音频放大器的技术规范和测试方法5.1额定功率195.2音调控制曲线195.3输入阻抗195.4噪声电压195.5整体效率20附件清单21总结(经验)22参考文献23摘要本文介绍了声学的结构、功能和工作原理。它是由TDA2030芯片组成的功率放大器电路。LM324四路放大器由前置放大器和音频放大器组成。它具有电源电压范围宽、静态功耗小、电源单一、价格低廉的优点。TDA2030是一款高保真功率放大器，输出功率高，最大功率可达35W左右，静态电流低，负载能力强，动态电流大，可驱动4-16扬声器。该电路简单，易于制造，性能可靠，并有内部保护电路。这种设计的功能是放大输入音频信号。它可以广泛用于电子系统，如家庭音响系统和立体声唱机。携带方便，适用性强。关键词：OTL输出功率1设计要求1.1设计任务使用单独的元件或集成电路来制作音频放大器可以放大麦克风信号或毫伏音频信号。1.2设计要求和技术指标1.技术指标如下：A.输出功率：0.5W；B.负载阻抗：4欧姆；C.频率响应：fl fh=50hz 20khzD.输入阻抗：20K欧姆；E.总电压增益：50dB；2.该电路需要一个独立的前置放大器(放大麦克风信号)；3.该电路需要一个独立的功率放大级。1.3扮演角色通过使用模拟延迟装置模拟声音的多次反射效果，在麦克风放大级和功率放大级之间实现电子混响！2.设计总体计划2.1音频模块流程图图2-1电路框图语音放大器：语音放大器的功能是放大音频信号而不失真。电子混响器：电子混响器通过电路模拟声音的多次反射产生混响效果，使声音具有一定的深度和空间感。混合前置放大器：混合前置放大器的功能是混合和放大电子混响后的音乐信号和声音信号。音频控制器：音频控制器主要用于控制和调节音频放大器的幅频特性。功率放大器：功率放大器的功能是向音频放大器的负载RL提供一定的输出功率。2.2电路方案的比较和演示2.2.1放大器电路的比较和演示1.设计电路采用uA741运算放大器，uA741通用高增益运算放大器是早期最常用的运算放大器之一，应用非常广泛，采用双列直插式8引脚或圆柱形8引脚封装。工作电压22V，差分电压30V，输入电压18V，允许功耗为500毫瓦。2.它采用LM324通用四运放，采用双列直插式8引脚封装。它包含四组形式完全相同的运算放大器。除了功率共享，四组运算放大器彼此独立。它有五个引出引脚，其中“-”和“-”是两个信号输入端，“V”和“V-”是正负电源端，“Vo”是输出端。两个信号输入端的Vi-(-)为反相输入端，表示运算放大器输出端Vo的信号与输入端的位相反；Vi()为非反相输入端，表示运算放大器输出端Vo的信号与输入端同相。方案选择：uA741为通用放大器，性能较差，满足一般要求，而LM324四模放大器具有电源电压范围宽、静态功耗小、单电源、价格低等优点。本设计的放大倍数不高，LM324能够满足频率响应要求，因此选择LM324四路放大器。2.2.2音频功率放大器电路的比较和演示1.LM386是一款音频集成功率放大器，具有功耗低、电压增益可调、电源电压范围大、外部元件少、总谐波失真小等优点。它广泛用于录音机和收音机。LM386电源电压4-12v，音频功率0.5w LM386音频放大器由NSC制造。它的电源电压范围很宽。最高可使用15V，静态电流为4mA。当电源电压为12V时，它可以在8欧姆负载下提供几百毫瓦的功率。其典型输入阻抗为50K。2.该功放电路由2。TDA2030芯片是一款高保真功率放大器，输出功率高，最大功率可达35W左右，静态电流低，负载能力强，动态电流大，可驱动4-16扬声器。该电路简单，易于制造，性能可靠，并有内部保护电路。方案选择：本主题要求音频放大器的输出功率高于5W，但LM386无法达到该功率，因此选择了TDA2030。频率响应fl FH=50hz 20khz。然而，由单个电源供电的音频功率放大器已经达到了要求的目标。此外，组成单声道音频放大电路的元件少，设备调整方便，性能指标好。BTL电路具有上述功能，但制造复杂，不利于维护。3核心组件介绍3.1集成功率放大器介绍TDA 2030A是一款性能卓越的功率放大集成电路。其主要特点是上升率高，瞬态互调失真小。它的其他特点是高输出功率和完美的保护性能。根据现有数据，在各国生产的单片集成电路中，最大输出功率不超过20W，而TDA 2030的输出功率可达18W。如果BTL电路由两个电路组成，输出功率可以增加到35W。TDA2030集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的功率集成电路中，其引脚属于最少的一类，总共只有5个端子，其外形就像塑料封装的大功率管，使用起来非常方便。而且其价格低廉、性能良好，在20世纪80年代被广泛用于收录机、有源扬声器，为广大音频爱好者所熟知和喜爱。图3-1 TDA230A引脚图TDA2030引脚功能：1.脚是正常相位输入端子2.脚是反向输入3.脚是负电源输入端4.脚是动力输出端。5.脚是正电源输入端表3-1 TDA 2的主要性能参数耐热性3摄氏度/瓦3.2 lm 324的介绍LM324引脚图介绍：LM324系列设备是便宜的磁带。四个具有真差分输入的运算放大器。对于单电源应用，与标准运算放大器相比，它们具有一些显著优势。这四个放大器可以在低至3.0伏或高至32伏的电源下工作，静态电流是MC1741静态电流的五分之一。共模输入范围包括一个负电源，在许多应用中无需外部偏置元件。每组运算放大器可以由图1所示的符号表示。它有五个引脚，其中 和-是两个信号输入端， V 和 V-是正负电源端， Vo 是输出端。在两个信号输入端中，Vi-(-)是反相输入端，这表示运算放大器输出端Vo的信号与输入端的位相反；Vi()为非反相输入端，表示运算放大器输出端Vo的信号与输入端同相。实物如图3-2所示，LM324的引脚排列如图3-1所示。图3-2 lm 324物理图LM324的特点：1.冲刺保护输出2.真差分输入级3.单电源供电：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA5.每个封装包含四个运算放大器。6.它具有内部补偿的功能。7.共模范围扩展到负电源8.行业标准引脚排列9.输入端具有静电保护功能图3-3引脚排列图LM324的内部结构如图3-4所示：偏置电路对由四个放大器共享典型示意图(显示为电路的四分之一)输出图3-4内部结构3-4 LM324LM324系列使用两个内部补偿、两级运算放大器。每个运算放大器的第一级由具有输入缓冲晶体管Q21和Q17的差分输入器件Q20和Q18以及差分至单端转换器Q3和Q4组成。第一级不仅执行第一级的增益功能，还执行电平移动和跨导降低功能。由于跨导的减小，只需要使用一个小的补偿电容(仅0.5pF)，因此可以减小芯片尺寸，并且跨导的减小可以通过分离Q20和Q18的极性电流组来实现。输入级的另一个特点是，在单电源工作模式下，输入共模范围包括负输入和地，无论是输入器件还是差分至单端转换器都无法做到这一点。饱和时，第二级包含标准电流源负载放大级。4各模块的电路原理和总电路图4.1语音放大器因为麦克风的输出信号通常只有大约5mV，并且麦克风具有低输出阻抗，例如(20欧姆、200欧姆等)。)即使输出阻抗达到20 khz，麦克风放大器的功能也是放大声音信号而不失真(最高频率达到10KHz)。输入阻抗应该比麦克风的输出阻抗大得多。图4-1语音放大器放大系数：160/20=8倍在电路图中，A1构成了一个具有很高输出阻抗的同向放大器，它可以与高阻抗麦克风匹配作为一个语音放大器电路。其放大系数Av=1 R12/R11=8.5倍(18.5分贝)，与仿真结果相似。虽然四个运算放大器LM324的频带很窄(增益为1时，带宽为1兆赫兹)，但这里的放大系数不高，可以满足fH=10kHzd的频率响应要求。4.2电子混响器电子混响器通过电路模拟声音的多次反射产生混响效果，使声音具有一定的深度和空间立体感。卡拉ok伴奏机均配有电子混响器，如下图所示，其中集成电路BBD称为模拟延迟器，其内部配有由场效应晶体管和高精度存储器组成的多级电子开关。在外部时钟脉冲的作用下，这些电子开关连续地接通和断开，采样、保持输入信号并将其传送到下一级，从而相对于输入信号将BBD的输出信号延迟一段时间。BBD级数越高，时钟脉冲的频率越高，延迟时间越长。BBD引脚1 2 3 4 5 6 7 8MN3207的电压为0.0 3.2 0.0 5.6 6.0 3.2 2.6 2.6MN3102的电压为6.03.20.03.23.23.23.22.82.6图4-2电子混响器4.3混合前置放大器混合前置放大器的功能是混合和放大音乐信号和电子混合后向声音信号。其电路如下图所示。这是一个反相加法器电路，输出和输入电压之间的关系为V0=-(射频/R1)*V1(射频/R2)*V2其中，V1是麦克风放大器的输出电压，V2是声音播放器的输出电压。图4-3混合前置放大器上述电路由运算放大器A2组成，它是一个反向加法器电路。4.4音频控制器4.4.1音调调节器的基本知识音调也被称为声音的高度。音调主要由声音的频率决定，也与声音的强度有关。对于特定强度的纯音，音高随频率而起伏。对于某一频率和低频的纯音，音调随着声强的增加而降低，而高频纯音的音调随着声强的增加而增加。调音器主要用于控制和调节声音放大器的幅度和频率特