音响放大器设计东南大学要点

1、limseer 电子实验报告东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电子电路实践第次实验实验名称：音响放大器设计院（系）：专业：姓 名：学 号：实验室：实验组别：同组人员： 实验时间：年逑定成绩：审阅教师：实验五音响放大器设计【实验内容】1.2.3.设计一个音响放大器,功能要求额定功率负载阻抗频率响应输入阻抗性能指标要求为：话筒扩音、音量控制、混音功能、音调可调（选作）话音输入灵敏度音调控制特性（扩展）基本要求功能要求额定功率负载阻抗频率响应输入阻抗话音输入灵敏度提高要求音调控制特性发挥部分0.5w（失真度 thdk 10%）10afm 50hzfh a 20khz20kq& 5mv1khz

2、处增益为 0db, 125hz和8khz处有 12db的调节范围话筒扩音、音量控制、混音功能 0.5w（失真度 thdk 10%） 10aflw 50hzfh 20khz20kq& 5mv1khz处增益为 0db, 125hz和8khz处有 12db的调节范围。可自行设计实现一些附加功能【实验目的】1 . 了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。2 .系统、综合地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识，在单元电路设计的基础上，利用multisim软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。3 .通过设计、调试等环节，增强独立分析与解决问题的能力。【报告要求】1. 实验要求：（1）根据

3、实验内容、技术指标及实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原 理，计算元件参数。话音放大器： , jetq1 , ,由于话筒的输出信号一般只有5mv左右，而输出阻抗可能高达到20k。所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号（最高频率达到 20khz）。其输入阻抗应远大于话筒的输出 阻抗。话筒接入后可能会啸叫，这一般是话筒外壳接地不善引起的。在话筒输入和地直接接一 47uf电容，啸叫基本消除。由于话筒的输出信号一般只有5mv左右，而输出阻抗达到 20k （也有低输出阻抗的话筒，如20q, 200a等），所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号（取频率lkhz）。其输入阻抗应远大于话筒

4、的输出阻抗。话筒放大器由如图所示电路组成，即由a1组成的同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话筒放大器电路。满足：uo= （1+r4r1） ui ,取 rf=100kr1=20 kq其放大倍数 av1为：av1=1+rf/r1=6电路中的电容均用来滤波。混合前置放大器的作用是将mp3输出的声音信号与话音信号混合放大，其电路如下图所示。rfrf、从图中可以看出，输出电压与输入电压之间的关系为：vo= 11+1v2 ，式中，vi1c4,所以在中、低音频区，c4可视为开路，而在中、高音频区，g、c3可视为短路。低音调节时，当 rp1滑到左端时，c2被短路，c3对低音信号容抗很大，可视

5、为开路； 低音信号经过r1、r3直接输入运放，输入量最大；而低音输出经过r2、rp1、r3负反馈输入运放，负反馈量最小，因而低音提升最大；当rp1滑到最右边时，与上述情形相反，因而低音衰减最大。不论 rp怎样滑动，因为c2、c3对高音信号可视为短路，对高音信号无任何 影响。高音调节时，当rp2滑到左端时，因c4对高音可视为短路，高音信号经rs c4输入运放，输入量最大；而高音输出则经过rp2, r5负反馈送入运放，负反馈量最小，因而高音提升最大；当rp2滑臂滑到最右端时， 则刚好相反，因而高音衰减最大。 不论rp2滑臂怎样滑 动，因为c4对中低音信号可视为是开路的，所以此时对中低音信号无任何影

6、响。功率放大器：功率放大器给音响放大器的负载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的大，输出信号的线性失真尽可能的小，效率尽可能的高。功率放大器的常用形式有 otl电路和ocl电路等。有用专用集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专用集成电路功率放大器。此处采用1d|ifocl功率放大器电路。功放的电压增益为：av = vo = porl = 1 r3 rp1vivr2若取 r2 = 1kq ,则 r3 + rpi = 19 kq .现取 r3 = 10 kq ,rpi = 100kq。如果功放级前级是音量控制电位器（设4.7 kq ）,则取r1 = 47kq以保证功放级

7、的输入阻抗远大于前级的输出阻抗。若取静态电流io = 1ma,因静态时vo = 0,故可得vcc -vdr4rr12v -0.7vr4(设 rp2 = 0)则r4 = 11.3 kq 取标称值11 kq o其他元件参数的取值如图所示。（2）利用eda软件进行仿真，并优化设计（对仿真结果进行分析）话音放大器：ui=10mv, uo=59.9mvau=6分析：电压增益为 6,与理论是一致的。混音放大器:话放输入ui1 measurech1pk-pkjoomv3；nonech2pr-pl：ph-pktmfwiw61阳5型ui2话放车入ui1=100mvmp3 输入 ui2=100mv混合放大后输出u

8、o=307mvuo分析：通过观察输入和输出的峰峰值可知，满足vofrfrfvil +vi2、rr分析是一致的。音调控制器：当频率f=1k时:measurempoxqsuh】morechi pfc-pk loomvpm大 99 9mvch1 nowui=100mvuo=100mv分析：当频率为1k时，增益为0db,达到要求。当频率为125hz时:a:放大：ui=100mvb:衰减:uo=248mvuo=248mvui=100mv分析：放大时：au=20log (248/100) =8db,小于要求的12db,衰减时：au=20log (40/100) =-8db,大于要求的-12db ,这是由于

9、自己在音调电路中 的r1和r2选择太大导致的。ui=100mvuo=373mvb:裳减ui=100mvuo=27.2mv当频率为8k时:a:放大cm pk-pk w imvpk-pk27. mm chi mootch1_ none分析：放大时：au=20log (373/100) =11.4db,基本达到要求的12db 衰减时：au=20log (27.2/100 ) =-11.3,基本达到要求的-12db功率放大器：ui=100mv分析：au=52,通过调节电位器 rp1可以实现增益的调节uo=5.2v（3）实际搭试所设计电路，使之达到设计要求（实物图要有图片）话放电路o混-* ，：电路;二

10、首j调等制，动敖电路分析电路性能（4）按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试，记录测试波形及数据,指标。额定功率：最大不失真电压ui （峰峰值）=30mvuo （峰峰值）分析：额定功率 计合理。=13.2v,有效值为4.67vpo=vo2/rl=4.672/10=2.2w,这显然大于要求的0.5w,说明设d频率响应:注：由于验收那天扫频仪的探头不知所踪，故只能用示波器测量频率响应，方法为先测量中频区的输出电压，接着在不改变输入电压的情况下，调节频率，使得输出电压为中频区的 0.707倍，这样便可测得上限频率和下限频率。中频区（取频率f=1k）:uo （峰峰值）=2.64v下限截止频率：保持输入

11、ui=5mv,降低输入的频率，使得输出uo=0.707*2.64=2.12vuo （峰峰值）=2.12v此时的频率即为下限频率：fl=10hz,小于要求的50hz,说明设计合理。上限截止频率：保持率入ui=5mv,提升输入的频率，使得输出uo=0.707*2.64=2.12v注：输入的波形忘记显示，望老师见谅uo （峰峰值）=2.12v此时的频率即为上限截止频率：fh=25k,大于要求的20k,说明设计合理。输入阻抗：在电源输出串接一 50k的电阻作为 rs测彳# us=7.5mv,ui=5mv,则输入阻抗为100kq , 远远大于要求的20kq ,说明设计合理。输入灵敏度：测量方法：将音调控

12、制器的两个电位器调节到中间位置，音量控制电位器调到最大值，使vi从零开始逐渐增大，直到 v。达到额定功率值时所对应的输入电压值即为 输入灵敏度。ui (uo （峰峰值）=13.2v分析：输入灵敏度为 4mv （峰峰值），小于题目的要求。故设计合理。噪声电压音响放大器的输入为零时，输出负载r.上的电压称为噪声电压测量方法：将音调控制器的两个电位器调节到中间位置， 音量控制电位器调到最大 值，输入端对地短路，用示波器观测输出负载r端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。通过交流毫伏表测得有效值为9mv,整机效率：在输出额定功率的情况下，将电流表串入vcc支路中，测得总电流i=0.5a,又vcc=7

13、.5v。p故=o =2.2/(0.5*7.5)=58.6%.vcc i 谐波失真度：由于实验器材限制，故此项没有测，望老师见谅。音调控制特性（扩展）：注：由于当时验收通过后，心情过于激动，导致部分音调波形未采 用双踪显示，但已事先跟老师说明，望老师见谅。说明：音调所有的输入均为 100mv （峰峰值）1、当频率为1khz时：uo=107mv分析：au=20log （107/100） =0.58db,略大于要求的 0db,但基本达到要求。2、当频率为125hz时：uo=258mvb：衰减时uo=48mv分析：放大时：au=20log (258/100) =8.23db,小于要求的12db,衰减时

14、:au=20log (48/100) =-6.4db,大于要求的-12db ,正如仿真所说的,这是由 于自己在音调电路中的r1和r2选择太大导致的。3、当频率f=8k时a:放大时uo=374mvb:衰减时：wv- -uo=36mv分析：放大时：au=20log (374/100) =11.45db,略小于要求的 12db,衰减 时：au=20log (36/100) =-8.87db,大于要求的-12db,放大区与仿真结果一致， 但衰减区与仿真存在一定误差。综上：音调控制器实现了对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变，但是对于低频或高频增益的提升或衰减的范围与要求的正负12d

15、b存在一定误差，尤其是低频段，说明了自己在参数选择上仍存在不足。综合分析：此次实验基本达到了实验要求:额定功率负载阻抗0.5w（失真度 thdk 10%） 10a频率响应flw 50hzfh 20khz输入阻抗20kq话音输入灵敏度 5mv仅在音调调节部分略有不足5）整机信号试听效果： 话音扩音： 声音清晰，音量大小也可以调节 mp3 音乐试听： 各种音乐播放效果都相当不错，且实现了音量和音调的可调。 混音功能： 混音的效果很好， 音乐播放时对着话筒讲话声音可以听见的同时又不会完全盖过音乐，两个信号大小调节较好，又很清晰。 音调控制（提高） ： 对于高音部分， 调节时， 可以清楚地听见声音变得

16、更加尖锐， 而对于低音部分， 则效果不是特别明显， 这从音调部分测得的数据也可知这是因为高频部分的增益调节范围明显大于低频区的调节范围。（ 6）实验经过与体会1 、设计过程：设计过程遇到的困难主要来自于音调和功放两部分， 一开始想尝试自己设计电路， 音调控制器本质就是低通滤波器和高通滤波器的结合， 但无奈自己始终无法设计出来， 只好通过上网搜寻才得到了相关的电路图。 但是事先由于有经过自己的思考， 这使得自己在理解该电路图时能事半功倍。而对于功放电路， 原本想采用教材提供的电路， 但是该电路较为简单， 应该很多细节没有充分到，如消振，以及对电路的保护等。故最终选择采用老师去年提供的功放电路图。

17、2、调试过程：a、由于事先对于电路有了很好的规划，将整个面包板分成三层（可结合前面拍的实物图） ：第一层为话放电路和混放电路；第二层为音调控制器;第三层为功放电路。整个布局应该说是相当合理的。 这也使得自己一开始搭出电路后， mp3 试听时基本没有噪音。但由于当时没有话筒，只得等到第二天才能检测话放效果和混音效果b、 一开始把话筒接在输入端时， 居然什么声音都听不到， 包括 mp3 的音乐也听不到，但是原因始终找不到，原来话筒是坏的，这是在自己更换了话筒后才发现，但此时却发现有啸音，这可能是由于自己虽然布局合理，但是由于自己在布线上，长短不一，有的地方突起明显，存在分布电容，导致自激产生。于是乎，只得改变部分连线，使之更为合理，终于有所改善。但是仍存在明显的噪音。且mp3 的音效也大不如前，经过分析可能是由于周围的示波器探头以及函数信号发生器的探头放在面包旁边形成了干扰， 故将这些线全部移开，果然此时不论是mp3 的音质还是话音扩音以及混音效果都十分明显。3、体会：此次实验是继上一个实验信号分解、产生与合成的又一个综合性实验。 它考察了我们对运放的使用，同时对于滤波电路也进行了考察，最重要的是对于三极管的使用，以及功率电路的考察。 该实验又一次让我们体会到了模块化的思想的重要性，与之前的电路不同的是， 此时音响放大电路对于布局和布线的要求更加严格，这也是为什么很多人一旦