基于multisim下的音响放大器设计与仿真

1、基于multisim下的音响放大器 设计与仿真作者: 日期:信息工程学院课程设计报告书题目：基于multisimlO下的音响放大器设计与仿真课程：电子线路课程设计专业：电气工程及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：2015年01月07日信息工程学院课程设计任务书号 学设计技术参数 12 3 4设 计 要 求参考资料VJ心姒 轟庆薛大 李佬李縫储陈 虫善咯华美光 梅宗玉介自华 孙梁张彭谢康 、 12 3 4 5 62013年1月7日信息工程学院课程设计成绩评定表学生姓名：学号：专业（班级）：课程设讣题U： 基于mullisimlO下的音响放大器设计与仿真成绩：指导教师：信息工程学院课程设计报

2、告书题目：基于multisimlO下的音响放人器设计与仿真课程：电子线路课程设计专业：电气工程及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：2015年01月07日信息工程学院课程设计任务书学号学生姓名专业（班级）设计题目基于multisimlO下的音响放大器设计与仿真设 计 技 术参 数1、放大器的失真度1%»2、放大器的功率2Wo3、放大器的频响为50Hz20kHZc4、音调控制特性为自选。设 计 要 求1、采用运算放大集成电路和功率放大集成电路设汁音频功率放大器。2、用multisim对设计电路进行仿真实验，并给出仿真结果及关键点的波形。3、了解方波信号的发生电路模块及仿真。4、了解

3、直流稳压源的基本组成原理及模块电路仿真。参 考 资 料1、孙梅生，李美莺，徐振英电子技术基础课程设计高等教育出版社2、梁宗善电子技术基础课程设计华中理工大学出版社3、张玉璞，李庆常电子技术课程设计北京理工大学出版社4、彭介华电子技术课程设计指导髙等教育岀版社5、谢自美电子线路设计实验-测试（第三版）华中科技大学出版社6、康华光，陈大钦.电子技术基础一模拟部分（第五版）2015年1月7日信息工程学院课程设计成绩评定表学生姓名：学号：专业（班级）：课程设讣题U： 基于mullisimlO下的音响放大器设计与仿真成绩：指导教师：摘要."在Multisim 10软件环境下，采用运算放大集成电

4、路模块和功率放大集成电路模块设计 音频功率放大器，并根据英结构模块提出设计思路及论证，再通过仿貞验证方案的正确性。 再根据貝交流电源联想提出由Multisim 10设计一种由运算放大器构成的精确可控矩形波信 号发生器，结合系统电路原理图重点阐述了各参数指标的实现与测试方法。最后，简单介绍 了直流稳压电源的构成及其简单仿貞设计。关键词：运算放大集成电路，模块，功率放大集成电路，矩形波，直流稳压源。AbstractIn the Multisim 10 software environment, using an operational amplifier integrated circuit mo

5、dule and apower amplifying integrated circuit module design of the audio power amplifier, and puts forward the design ideas and arguments according to its structure module, and then through the correctness of the simulation verification scheme. According to the AC power supply association proposed b

6、y Multisim 10 to design a composed of operational amplifier precisely controllable rectangular wave signal generator, combined with the circuit diagram of the system focuses on the realization and test method of each parameter index Finally, briefly introduces design consists of DC regulated power s

7、upply and a simple simulation.Key word: An operational amplifier integrated circuit, Modular, Power amplifier integrated circuit. Rectangular wave, DC voltage stabilized source。摘要-3-Abstract 4 1绪言-5-2音响放大器-6-2.1设计任务与要求-6-2丄1设计要求-7-2.1.2设计参数-7-2.2方案设计与论证-7-221 方案一-7-2.2.2 方案二-8-223用集成运算放大器放大信号的主要优点-9

8、 -2.3.单元电路设讣与参数讣算-10-231语音放大集成电路-10-2.3.2功率放大部分电路-11 -2.4总原理图-13-3可控矩形波信号发生器-15-4直流稳压电源-16-4.1直流稳压电源的基本组成-16-4.2仿真模型-16-421整流电路模型-16-4.2.2滤波电路模型-18 -423稳压电路模型-19-5总结-20 -致谢-21-参考文献-22 -进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从 作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式 电子设备。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输岀，也就

9、是都需要有 一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的，都希望能够有较长的使用寿命。音 频放大器的目的是在产生声音的输岀元件上重建输入的音频信号，信号音疑和功率级都要理 想如实、有效且失真低。音频范用为约20HZ20kH乙因此放大器在此范用内必须有 良好的频率响应（驱动频带受限的扬声器时要小一些，如低音喇叭或髙音喇叭）。根据应用的 不同，功率大小差异很大，从耳机的亳瓦级到TV或PC音频的数瓦，再到"迷你”家庭立体 声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整 个电影院或礼堂的声音要求。音频放大器的一种简单模拟实现方案是采用线性模式的晶体 管，

10、得到与输入电压成比例的输出电压。正向电压增益通常很高（至少40dB）u如果反馈环 包含正向增益，则整个环增益也很高。因为高环路增益能改善性能，即能抑制由正向路径的 非线性引起的失貞，而且通过提髙电源抑制能力（PSR）来降低电源噪声，所以经常采用反馈。方波信号就是指电路系统中信号的质疑，如果在要求的时间内，信号能不失真地从源 端传送到接收端，我们就称该信号是方波信号。信号具有良好的方波信号是指当在需要的时 候，具有所必需达到的电压电平数值：差的方波信号不是由某一单一因素导致的，而是板级 设计中多种因素共同引起的，主要的方波信号问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。直流稳压电源就是能为负载提供稳圧直流

11、电源的电子装置。直流稳压电源的供电电源 大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保 持稳左。直流稳压电源随着电子设备向髙精度、髙稳定性和高可靠性的方向发展，对电子设 备的供电电源提岀了高的要求。其基本功能有：a、输出电压值能够在额左输岀电压值以下 任意设左和正常工作。b、输岀电流的稳流值能在额左输岀电流值以下任意设泄和正常工作。 c、直流稳压电源的稳压与稳流状态能够自动转换并有相应的状态指示。d、对于输岀的电 压值和电流值要求精确的显示和识别。e、对于输出电压值和电流值有精准要求的宜流稳压 电源，一般要用多圈电位器和电压电流微调电位器，或者直接数字输入。仁

12、要有完善的保 护电路。直流稳压电源在输出端发生短路及异常工作状态时不应损坏，在异常情况消除后能 立即正常工作。2音响放大器2.1设计任务与要求采用运算放大集成电路和功率放大集成电路设汁音频功率放大器2.1.1设计要求1）调研，査找并收集资料。2）总体设计，画出框图。3）单元电路设计。4）电气原理设计一绘制原理图。5）参数计算。6）用multisim对设讣电路进行仿真实验，并给出仿真结果及关键点的波形。7）撰写设计说明书。8）参考资料目录。2.1.2设计参数 放大器的失真度1%O 放大器的功率2W。 放大器的频响为50Hz20kHz。 音调控制特性为自选。2.2方案设计与论证2.2.1方案一完全

13、分立元件阻容耦合多级放大器设计:愉 入 信 號信 號 拴 取c>o>图2-1方案一结构框图图22方案一原理图简要原理分析：当输入信号处于正半周期时，VT3导通，VT2截1匕于是VT3以射极输出的形式将信 号传递给负载，同时向CO充电，因为CO电容量大，其上电压基本不变，维持在1/2VCC： 当输入信号处于负半周时，VT2导通，VT3截止，已充电的CO充当VT2的电源，同时放 电，VT2也以射极输出形式将信号传输给负载RL,这样在RL±得到了完整的输出波形。2.2.2方案二采用集成运算放大器设汁基本放大电路，用741进行放大，放大倍数为rs倍，然后用LM301AD放大再放大

14、100倍图2-3方案二结构框图简要原理分析：根据实验要求,最后输岀功率为大于2W, Po=Uo2/RL.RL=8Q,又Po22W,所以得Uo>4V,而最大不失真电压为LM301AD输出的最大不失貞电压Uom=Vcc/2、伤，而 我们设计的直流电压源输出电压为12v,所以Uom=12/2V2=4.24v, 4.24>4,所以能达到 要求。设汁要求输入vi二10mV,也就是要求放大倍数大于400倍，但是所选芯片的最大放大 倍数为100倍，远不能实现，所以在之前要用741进行放大。2.2.3用集成运算放大器放大信号的主要优点a、电路设讣简化，组装高度方便，只需适当选配外接元件，便可实现输

15、入、输岀的各 种放大关系。b、由于运放的开环增益都很高，用其构成的放大电路一般工作在深度负反馈的闭环状 态，则性能稳泄，非线性失真小。c、运放的输入享受搞高，失调和漂移都很小，故很适合于各种微弱的信号放大。又因 其具有很高的共模抑制比，对温度的变化、电源的波动以及其他外界干扰都有很强的抑制能力。d、由运放构成的放大单元功耗低、体积小、寿命长，使整机使用的元器件数大大减少,成本降低，工作可靠性大为提髙。2.3.单元电路设计与参数计算2.3.1语音放大集成电路图2-5仿真图为:畑 Oscilloscopo-XSCl-558.365 mV -558.355 mV 0.000 V<Cha叩el

16、AScale |S V/DlV 丫 position oAC | 0 DC GTimebaseScale I 10 ms/DlVX position (0Y/T Add | B/d | a/B |Channel Br-TriggerScale? |S V/DlVEdge丫 position oLevelac | o J dc* -J rTypeSinq | Nor | Auto | NoneSave Ext. Triaacr由于话筒提供的信号非常弱，要在音调控制级前加一个前置放大器。考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流.电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器ua741a前宜放大电路

17、是由ua741放大器组成的一级放大电路，放大倍数，即1+R2/R1,取R2=100KQ电位器,R1二2KQ所用电源Vcc=+12V, Vee=-12Vo经过前级运放的放大，放大倍数由R2可调。2.3.2功率放大部分电路图26仿真图为:最后输出功率为大于2W, Po=Uo2/RL.RL=8Q,又Po22W,所以得Uo$4V,而最大不 失真电压为LM301AD输岀的最大不失真电压Uom=Vcc/2V2,而我们设计的直流电压源输 出电压为12v,所以Uom=12/2V2=4.24v, 4.24>4,所以能达到要求。设计要求输入 vi=10mV,也就是要求放大倍数大于400倍，但是我们所选的芯片

18、的最大放大倍数为100倍, 远不能实现，所以在之前要用741进行放大。输入为Ui=10mv.进过741之后放大倍数须大 于2倍，则输出为Uol>20mvo然后经过LM301AD放大100倍后输出电压为Uo>4v,但是最 大不失真电压为Uom=12/2 V2 =4.24v,所以总放大倍数最大为不大于424倍。2.4总原理图图27仿真图为:TimebaseChannel AChannel BTriggerScale 110 ms/DivScale |5kV/DivScale5 V/DivEdge J" FC 河 B | E址 |X position |oY position

19、|0«2Y position |oLevel|o| Vy/F Add 1 b/a| a/bac| o Jdc" gAC | 0 DC* -J CType Sing | Nor. | Auto |None亘ReverseChannel ATime9S0.063 ms9-90.063 ms0.000 sChanneLB -76.738 V -76.738 V0.000 VTmebaseChannel AChannel BTriggerScale |i0msQivScale 15 V/DivScale |500 V/DivEdge |七 |R"X positioni (

20、0-Y position iYposition |o.SLevel|o| VF77T Add| b/a| a/b|ac| 0 BQ Cac| o dc 1 aType Sing. | Nor. | Auto |hloneExt. TriggerSaveT2-T13可控矩形波信号发生器矩形波振荡电路（又称多谐振荡器）由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。滞回比较 器起开关作用，RC电路的作用是产生暂态过程。RC回路既是延迟环节，亦是反馈网络， 通过RC充、放电过程实现输岀状态的自动转换。在运放的输出端引入限流电阻和两个背靠 背的稳压管就组成了双向限幅矩形波发生器。0834矩形波信号发生器仿真模型

21、为:图3-2矩形波信号发生器参数为：频率调范囤为1.72-23.8 kHz,作为方波信号源时频率调节范用为2.6-23.8 kHz:占空比调节范围为H.40%-94%：电压幅值调节范围为0-10.5 V：电路的输出阻抗为224 °未接入幅值调节电路时的输出阻抗为1042 °。图41XSC1XMMl04直流稳压电源4.1直流稳压电源的基本组成O-220 V50 Hz4.2仿真模型4.2.1整流电路模型XMM204-一？n>=>p_LTN切工50了图4-2参数：负载RL二240门;直流分量为8.05IV,交流分量为J5.625V。仿貞图为:犯:-24.526 mV谤

22、 Multimeter-XMMl 1|1井箱1422滤波电路模型参数：负载RL=240U：电容C=470Uf；直流分量为-23.948V,交流分虽:为0.75V.仿真图为:谤 Multimeter-XMMl | 茨一|AVG |dB/Xz1 38.065 V423稳压电路模型图44参数：负载：RL=240Si：电容C=470uF：直流分量为23.287V,交流分量为1.009V； Vo波 形为直线。仿真图为：Set.回顾整个设计过程，发现自己真的有很多不足，真是书到用时方恨少。在课程设il过 程中，温故而新，学到了很多有关模拟电子技术理论和实际方面的知识，从理论中得出结论, 才能真正的提高自己

23、的实际动手能力和独立能力，从中获得经验和知识。对以前所学过的知 识理解不够深，不够透，掌握不够牢固。在设汁中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的 指导下顺利完成了。由于课本上的知识太多，而我们的这个成果也只能体现的知识一部分的 知识，这也体现出我们的空缺，设计中出现的很多元件的功能都不能很好的理解，而我们能 做的，只有去理解它们，摸淸它们的原理，这也丰富我我们的知识。在该如何设计电路，并 且使之能实现我们需要的功能的过程中，培养了我们的设计思维，增加了实际操作能力。这 次让我体会到了设计电路的艰辛与成功之后的喜悦。此仿真电路的实现对搭建实际电路有借鉴与指导意义。这样在电路设计仿貞完成之后再 构建实际电路，就能有效降低成本，大大提髙了教学和专业设讣的效率。一个较大的电路系统 中，每一个环节都是很重要的，先要有一个较为合理的原理图，然后才能对原理图中的每一 部分进行仿真修改，这往往不是一蹴而就的，需要不断地反复。仿真调试时，要把整个电路 分成几块，每块单独调试，这样才能减少故障率，提高调试的效率。采用模块化设il和封装, 先对单元电路模块进行仿真分析，再对总体电路进行仿真分析，以提高仿真效率，并使总体 电路简单。为提髙仿真效率，对于电路系统需要用到的时钟脉冲、电源、输出显示部件，设 计时可先用系统中的模型替代。等仿真结果满足要求以后，再将自己设计的脉冲产生电