全集成高保真扩音机综述

1、磴纟乂玄殳聲辽宁工业大学模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：全集成高保真扩音机院（系）：电气工程学院专业班级:学 号:学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2012.07.02 2012.07.15课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子信息工程学院教研室：电子信息教研室号 学目高 成 集 全课程设计论文任务用何蔻州利 前 帥Fnr向匕匕 生 一白 誦 曲駅号性 胡！划言 音 蚪 邵牛系是 、厂W3O瞄劄子常 胃 肌禅皿邮干通 呆 一 S5;” 一 副 知辎技并减， 嗓 必案r合席合明 陆 。方方综幼W说 种 标体种作理纸的 十 指哨各抽机图啜 讨 能种对方侏的必 假 V 性各。等昉面出 曲

2、55。 皿思咏二踊朋 7 一QKK明號梯伪八定卡 “=8切 XI创加 % A L - 要酩的涮讪 七 涪 梓 R20计思理及坊、名各 :或 功 ：殳开合低耳纭放 数部 出 抗应广甘高咯踪摆 参全 输 阻响要分，确的Ht城律 计用 定 载率计子等 本设组规 设采 额 负频设1境2成34的进度计划天 2 天 ()2天 ) 天 (2 天(21/( 一 O- O 图 ) 匕匕 厶冃 线 化性 卓L出统 co禺凋浚系 勢序申衍析 麼！I亦她分 砸紹櫃櫃参 蹴能笊惟制 系励的对控 握计违点站天 掌设环载P 1 解，个空 理机各在 #,扩态、，确咖 资真真图，说 阅保保框真计 查高高数仿设 ，成成函附印 务

3、集集递进打 任少少传廐 、 置定立制系写 布确建绘对撰 、 1 2 3 4 5 6指导教师评语及成绩日月 宀字年 辩时 答 指 :轨 时 成 平 总注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20%以百分制计算iiiI 5劈本科生课程设计（论文）摘要扩音机的作用是把来自话筒或前级放大器的微弱信号放大，从而推动负载工作。本文按设计指标设计的是前后级分体式扩音机，包括前置放大器、音调控制 器、功率放大器三部分电路，能使输入的话筒信号进行不失真的放大，其中功率 放大器是扩音机的核心部分。本文对各个部分电路进行了设计，对重要元器件的参 数进行了计算，然后用EWB仿真软件进行了仿真，仿真显示能达到技术指标

4、的 要求。在各种音响设备中，全集成电路高保真扩音机由于工作可靠，外围电路结 构简单，容易调试，内部设有各种保护设施，不易损坏的特点，不断地被从事电 子技术工程人员和无线电爱好者认可和接受。另外，由于体积小，价格便宜，在 学校、公司、技术企业，以及工厂，它都发挥了其他任何东西不可替代的作用。关键词：前置放大；音调控制；功率放大；扩音机5目录第1章全集成电路高保真扩音机设计方案论证 11.1全集成电路高保真扩音机的应用意义11.2全集成电路高保真扩音机设计的要求、技术指标及性能指标 11.3 设计方案论证 3.1.4总体设计方案框图及分析 4.第2章 全集成电路高保真扩音机各单元电路设计 62.1

5、前置放大电路设计 6.2.2音调和音量控制电路设计 6.2.3 功率放大器及扬声器电路设计 8.2.4电源电路设计9.第3章 全集成电路高保真扩音机整体电路设计 113.1整体电路图及工作原理 113.2电路参数计算113.3整机电路性能分析13第4章电路仿真144.1仿真软件EWB简介144.2仿真结果1.4第5章设计总结14参考文献15附录1.6.第1章 全集成电路高保真扩音机设计方案论证1.1全集成电路高保真扩音机的应用意义在电子技术领域里，随着科学技术的普及和文化水平的提高，高保真扩音机已 在许多场所直到普通家庭得到应用，集成电路大有取代分立元件的趋势。而全集 成电路高保真扩音机由于其

6、工作可靠，外围电路结构简单，容易调试，内部设有 各种保护设施，不易损坏的特点，而不断地被从事电子技术工程人员和无线电爱 好者认可和接受。另外，由于体积小，价格便宜，在学校、公司、技术企业，以 及工厂，它都发挥了其他任何东西不可替代的作用。1.2全集成电路高保真扩音机设计的要求、技术指标及性能指标设计要求：1. 分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标 及应用环境等，广开思路，构思总体方案，绘制结构框图。2. 确定合理的总体方案。对所设计的方案进行分析，以电路的先进性、 结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来 源，敲定可行方案。3. 设计各单元电路

7、。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路， 逐个设计。4. 组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采 用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。技术指标：采用全部或部分分立元件设计一种全集成电路高保真扩音机。额定输出功率Po -5W。负载阻抗Rl =81。频率响应2020KHZ性能指标：1.输出功率输出功率是扩音机最根本的指标。输出功率又有额定输出功率、最大不失真 输出功率、使用功率和音乐功率之分本科生课程设计（论文）(1) 额定输出功率(RMS)是指扩音机能连续正常输出的功率，一般扩音机 上标注的功率为额定输出功率。使用扩音机时，一般不允许输出功率超过额定功 率

8、。(2) 最大不失真输出功率(PM)是指在不过载或谐波失真不超出某规定数值 的情况下，扩音机能输出的最大功率，它是衡量扩音机最大输出能力的指标。扩 音机如果没有一定的功率容量，就容易发生过载。(3) 使用功率是指扩音机和扬声器都在低失真状态下工作的平均使用功率。 以欣赏音乐为主的扩音机，使用功率时只使用到最大输出功率的十分之一左右。(4) 音乐功率是指扩音机的瞬间最大输出能力，分为音乐功率(MPO)和音乐峰 值功率(PMPO)，这时放大器已经达到饱和。2 频率特性频率特性又叫频率响应。它表示扩音机的增益与信号频率的关系，是扩音机 的一项重要指标。频率特性是用扩音机的高、低频的实际增益与中频增益

9、相比较 用分贝数来表示其均匀程度。由于实际声音的频率有高有低，各种语言和音乐信 号也不是单一频率的正弦信号，而是一种由许多不同频率的正弦信号，因此，要 求扩音机对这些不同频率的电信号要能做大小相同的放大，才能保证复杂信号经 过放大器后，不致出现失真。3 谐波失真谐波失真是非线性失真的一种它是由放大器放大信号时的非线性引起的。一个正弦波信号经放大器放大后，由于电子器件的非线性，输出信号的波形也会或 多或少地产生畸变，即总有一点失真。失真的后果是产生了新的谐波分量，使重 放出来的声音失去原来的音色。一个放大器，其元器件选得好、电路设计得当， 非线性失真就很小。4.信号噪声比(信噪比)当把一个输入信

10、号加给放大器输入端时， 输出端信号中即混有噪声信号。我 们把输出信号电压与输出的噪声电压之比叫信号噪声比，简称信噪比，用S/N表示，习惯上常用分贝(dB)表示。扩音机的信噪比越大，表明混在信号里的噪声 越小，放音质量越高。计算公式为：S/N=20lg (Uo/Un) dB式中 Uo扩音机额定输出电压Un在额定条件下扩音机输出的噪声信号1.3设计方案论证普通扩音机实际是一个典型的多级放大器其原理框图如图1.1所示ui图1.1普通扩音机电路总体框图而全集成电路高保真扩音机由前置放大、音调和音量控制、功率放大及电 源电路四部分组成。由于采用集成电路，电路简单。在电源电路中，整流电路 采用双绕组双电源

11、电路，并采用高频特性好的小电容C20、C21，这样可以使电源的高频特性更好；在前置放大及音调电路中，采用双电源供电的运放TL084， TL084的电源经R23、C18、R24、C19等构成的RC电路滤波，这样使电源的波 纹更小，这样可以降低噪声。音调电路为反馈式音调电路。电路的基本组成为反相放大器，其反馈网络 有两个：一个是 RW1、R8、R10、C6、C7构成的低音频段反馈量调整网络；另 一个是由RW2、R11、C8构成的高音频段反馈量调整网络。根据运放的虚短理论， 可以把两个网络看成是独立作用，互不干扰。通过这两种网络，可实现对高、 低音频段增益的调整。音调电路输出，通过音量电位器 W3分

12、压调节。调节W2可以改变分压输出 的信号电压，从而可以改变音量的大小。调节平衡电位器W4可以改变左右声道的附加衰减，从而调节左右声道信号的相对大小。平衡电位器可以使立体声 的声像基本位于在前方的中间范围。在功率放大电路中，为防止移位产生高频自激；防止输出端的电感性负载产生的冲激电压击穿TDA2030A内的功放输出管，在输出端设置了由R10和C8IXI 5劈本科生课程设计（论文）构成的RC网络。功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标， 要求效率高、失真小，输出功率大。要求最大不失真输出功率大于5瓦特，我选定为16瓦特，此时的输出电压为：Vo= JPo max X号=8v晶要是输入的

13、电压=1600为5mv的信号放大到8v，所需要的总放大倍数为 Av=V1 5mv;扩音机各级增益的放大倍数分配：前置级为80倍，音调控制级为1倍，功率放大级为20在各级电路中，又设计了负反馈电路，保证信号稳定输出。同时，为运算放 大器和功率放大器提供了合适的直流偏置电路，保证其能正常工作。1.4总体设计方案框图及分析-111I音调电路 (IClf W2,)图1.2扩音机整机电路框图电路分析说明整机电路:整机采用双电源供电输入的交流220V、50Hz电源经变压器T1降压和隔离后，输出双12V的电源。整流电路为典型的双绕组双电源电路。对于每一组电源（+15V电源或-15V 电源），都是全波整流电路

14、。Ci6、C17为滤波电容。TL084是采用双电源供电的运 放，用于前置放大及音调电路。TL084的电源经R23、Ci8、R24、C19等构成的RC 电路滤波，这样使电源的波纹更小，可以降低噪声。小电容 C20、C21可以使电源 的高频特性更好。信号流程：本机电路的左右声道的电路完全相同，这里以 L声道为例进行分析。从插座 输入的信号经C1隔直后，经前置放大、音调电路后，输出至音量电位器。经平 衡电位器后，由隔直电容耦合进入IC2构成的双电源功率放大电路。功放输出经 喇叭输出接座输出至喇叭。功放输出同时通过发光二极管指示输出电压的大小。 根据信号流程，利用信号注入法可以方便的判定故障的范围。X

15、I本科生课程设计（论文）第2章 全集成电路高保真扩音机各单元电路设计2.1前置放大电路设计011 uFR71 kOhm图2.1前置放大电路设计由于信号源输入电压比较微弱，所以要首先加前置放大器。该部分采用LF353 集成8引脚双运放，该运放是场效应管输入型高速低噪声集成器件，其输入阻抗 极高，采用双电源供电。为了满足音调控制器的要求，其下限频率小于音调控制 器的转折频率，上限频率要大于音调控制器的高音转折频率。2.2音调和音量控制电路设计音调控制器的的功能是根据需要按一定的规律控制，调节音响放大器的频率 响应，达到美化声色的目的，设计主要是根据要求的不同的转折频率， 选择电位器、 电阻及电容值

16、。#本科生课程设计(论文)R QRW1R1 O(1)低频工作时原件音调控制器工作在低音频时，由于电容C5C6=C7,故在低频时C5可#看成开路，因调节控制电路此时可简化为图2.3为电位器RW1中间抽头处在最左端，对应于低频提升最大的情况。可求低频提升电路的频率响应函数为：A=V0/V 仁-(R12+RW1)(1+JW/WL2)/R11(1+JW/WL1)其中：WL1=1/C7RW1,WL2=(RW1+R12)/(C7RW1R12)当频率远小于低音转折频率时，C7近似开路，此时增益为：AL=(RW1+R12)/R11当频率升高时，C7的容抗减小，当频率远大于中音下限频率是，此时的增益为：A0=R

17、12/R11若电阻过大，运算放大器的漏电流的影响变大；若取值过小，流入运算放大 器的电流将超过其最大输出能力。R111 kOnmRP11 k OhmR12 1 k Ohtn-C61 uF卄图2.4低频衰减电路上图2.4为电位器RW2中间抽头处在最右端，对应于低频衰减最大的情况。(2)高频工作时元件与低频时同理，调节Rp2产生高音提升和衰减的效果。若将音调控制电路的 咼低音提升和衰减曲线画在一起可得到如下特性曲线。I 5劈本科生课程设计（论文）图2.5音调控制器幅频特性曲线2.3功率放大器及扬声器电路设计音调电路输出，通过音量电位器 Wi分压调节。调节W2可以改变分压输出的 信号电压，从而可以改

18、变音量的大小。 W3为平衡电位器。调节 W3可以改变左右 声道的附加衰减，从而调节左右声道信号的相对大小。平衡电位器可以使立体声 的声像基本位于在前方的中间范围。 C5为隔直电容。IC2TDA2030A可看作为双 电源功率运算放大器。本电路接成同相放大器。反馈网络由R8、R9、C6构成。C6为隔直电容。对于同相输入的直流信号，相当于构成跟随。直流放大倍数为1, 因此输出的直流工作点相当稳定。对于交流信号，C6相当于短路，由此可见，本级的电压增益为：（R8+R9） /R9。R7为IC2同相输入端的直流偏置电阻。输出端 的Rio和C8构成的RC网络有如下作用：（A）、移位防止高频自激;（B）、防止

19、输出端的电感性负载（喇叭本身在某些频段呈感性）产生的冲激电 压击穿TDA2030A内的功放输出管。电源端电容C22、C23是用于滤除高频，有利 于改善功率放大的高频响应。XV本科生课程设计（论文）C340.15 uF220 UF祝f1 00 kOhmCf0.33 uFTL cuv T 51 PFCd560 11FCc470 uFRI8 k Ohm图2.6功率放大器及扬声器电路设计2.4电源电路设计输入的交流220V、50Hz电源经变压器T1降压和隔离后，输出双12V的电源。整流电路为典型的双绕组双电源电路。对于每一组电源都是全波整流电路。Cl6、Cl7为滤波电容。17第3章 全集成电路高保真扩

20、音机整体电路设计3.1整体电路图工作原理：整体电路图详见图3.1所示。将三级电路连接起来，在前置放大器端加入输入信号，在功放端加入喇叭或音响，组成整体电路如下：GO1 uFR61 k OhmRW1RIDR/1 k Ohm /5D%1 k Ohmhm1 uFR11 I k Ohm1 k iiTDT L；N口RW2R/1 k Ohm /5D%IH S paakarGND图3.1全集成高保真扩音机总体电路设计I 5劈本科生课程设计（论文）工作原理：输入信号先经 C1隔直后，再经前置放大，将输入信号放大，放 大后的信号进入音调电路，对高低音段进行调节。输出至音量电位器。经平衡电位器后，由隔直电容耦合进

21、入IC2构成的双电源功率放大电路。功放输出经喇叭 输出接座输出至喇叭。功放输出同时通过发光二极管指示输出电压的大小 3.2电路参数计算最大输出功率的测试如图接线。音量电位器适中，调节输入信号幅度，直至示波器的输出波形刚刚出现畸变为止。再将输入信号降低 1dB，读出V2的电压Vmax。用下列公式可算出最大输出功率 Pmax。计算公式为：Pmax=（Vmax） 2/ Rl3）电压增益的计算各级增益的计算：前置放大级：（R2+R3） /R2；音调和音量控制级：（RW1+R5）/R4（ Rwi为Wi的电阻值）；功率放大级：（R8+R9）/R9；总的增益为各级增益之积 3.3整机电路性能分析本次设计的全

22、集成电路高保真扩音机主要由前置放大电路、音调控制电路、 控制电路、功率放大电路、扬声器电路和电源电路四部分构成。扩音机工作时， 输入选择电路主要对收音调谐器、录音座、CD唱机和AV辅助输入等信号源的信 号进行选择切换控制，得出所需的信号输入，输入后的信号经均衡放大电路进行 频率特性的校正和放大，使输入信号的频率特性变得较为平坦，同时使各种信号 源输入的信号电平基本趋于一致，避免了在转换不同的信号源时声音响度出现较 大的变化。音量控制的目的主要是在音量较小时提升高、低频信号成分，以补偿 人耳听觉的不足，在低响度时得到较丰满的声音信号。而音调控制电路主要是调 节电路的频率特性，适当提升或降低声音中

23、的高低频成分。经前置放大器放大处 理后的信号被送入功率放大器进行功率放大，以推动扬声器重放出声音。功率放 大器中加入保护电路是为了保护扬声器免受电路冲击电流的干扰或在电路出现故 障时烧毁扬声器，电源电路的设置是为集成运放电路元件提供合适的电压。XIXI 5劈本科生课程设计（论文）第4章电路仿真4.1仿真软件EWB简介Electronics Workbench （简称为EWB）是基于PC的电子设计软件，由加拿 大In teractive Image tech nologies Ltd公司研发。其一体化设计环境可将原理图编 辑、SPICE仿真和波形分析、仿真电路的在线修改、选用虚拟仪器、借助14种

24、工具分析输出结果等操作在一个集成系统内完成9。4.2仿真结果仿真输出波形如图15所示，其中输入正弦波幅度 A=1V输出波形中，红线为信号输入端的波形，蓝线为输出端的波形。当可变电阻 R6的滑动触点移动到最左端时，低音提升量最大；当移动到最右端时，低音衰减 量最大；当可变电阻R9的滑动触点移动到最左端时，高音提升量最大；当移动到 最右端时，高音衰减量最大。从中可看出电压仿真结果能够满足设计要求。图15仿真输出波形第4章设计总结这次课程设计使我将所学的知识应用在具体实践中，而不只是单 纯的学习其理论知识，还做到了理论与实际相结合！一开始进行设计的时候，由于我自身的知识储备不高，尤其在 设计电路原

25、理图时，我感觉到自己的知识确实不够用，真正体会到了 “书到用时 方恨晚”的道理，于是就从图书馆借了一些参考资料，进行研究，参 照书上的电路图慢慢摸索，在大概领会其要领后设计了一份电路图。设计完后我有仔细看了几遍电路图，发现还有很多方面自己还没 有考虑到，例如各个元器件值如何选取。在进行仿真调试时，我熟悉 了软件的操作（特别是EWB的熟练操作），了解了一些设计方法和步骤, 更加深刻理解了一些基本概念。在解决遇到的问题时会更加引发自己 的思考，同时仿真软件也方便了验证自己的设想。在实验过程中，我们 遇到了许多问题，比如；调试的不成功，焊接的不完美等，但我认真克服，向老师 同学请教，深入研究，最终完成了任务。能够完满