实验五音响放大器设计吴健雄学院

1、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 5 次实验实验名称： 音响放大器设计 院 （系）： 吴健雄学院 专 业： 电类强化班 姓 名： 学 号： 610111 实 验 室: 101 实验组别： 同组人员： 实验时间： 2013 年 6 月 6 日 评定成绩： 审阅教师： 实验五 音响放大器设计【实验内容】设计一个音响放大器，性能指标要求为：功能要求 话筒扩音、音量控制、混音功能、音调可调(选作)额定功率0.5W(失真度THD10%)负载阻抗10频率响应fL50HzfH20kHz输入阻抗20k话音输入灵敏度5mV音调控制特性(扩展)1kHz处增益为0dB，125Hz和

2、8kHz处有±12dB的调节范围1. 基本要求功能要求 话筒扩音、音量控制、混音功能额定功率0.5W(失真度THD10%)负载阻抗10频率响应fL50HzfH20kHz输入阻抗20k话音输入灵敏度5mV2. 提高要求音调控制特性1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围。3. 发挥部分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，

3、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。音响放大器主要有以下几个模块：1. 话音放大器电路图如下： 由设计性能指标要求可知，放大器的输入阻抗要达到20K以上，这是因为话筒的输出信号一般比较小，只有几毫伏，输出阻抗可高达20K，为了使信号通过话音放大器放大后不失真，所以输入阻抗要比较大。 比例放大电路有两种方式，同相比例放大电路和反向比例放大电路。其中，反向比例放大电路的输入阻抗为输入端电阻和反馈电阻的并联，难以达到20K以上，而同相比例放大电路的阻抗是非常大的，可以轻松满足20K

4、以上的要求，所以本电路采用同相比例放大电路。 其中，放大倍数的计算表达式为： 其中R2为电位器，使得增益可调，在实验中一般是调节R2使得话音放大电路的增益为10左右。2. 混合前置放大器： 电路图如下： 混合前置放大电路的的作用是将MP3输入音频与话音混合后进行放大。为了达到这一功能，很容易想到使用反向比例求和电路。电路中输入于输出的关系式为： 其中，V1，V2分别为话音放大器输出与MP3音频输入。R6、R7都使用电位器，方便在实际调试电路的时候调节输出功率，同时也可以作为整个音响放大器的音量调节器。3. 音调控制器：电路图如下： 音调控制器的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低。音调控制

5、器只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。所以，音调控制器的电路由低通滤波器与高通滤波器共同组成。上图为运放负反馈音调控制电路。该电路调试方便，反馈的存在使得信噪比较高。低音调节时，当R13滑臂到左端时，C8视为短路，低音信号经过R11,R14直接送入运放；而低音输出则经过R12,R13,R14负反馈送入运放，负反馈网络阻抗愈大，负反馈量愈小，放大倍数愈大，因而低音提升量随R13动臂从中心点向左滑动而逐渐增至最大；当R13滑臂到右端时，则刚好与上述情形相反，因而低音衰减最大。不论R13的滑臂怎样滑动，因为C8,C9对高音信号可视为短路，所以此时对高音信号无任何影响。高音调节

6、时，当R16滑臂到左端时，高音信号经过C11、R15直接送入运放；而高音输出则经过R16、R15、C11负反馈送入运放，负反馈量最小，因而高音提升最大；当R16滑臂到右端时，则刚好相反，因而高音衰减最大。不论R16的滑臂怎样滑动，因为C11对中低音信号可视为开路，所以此时对中低音信号无任何影响。综上，电路可以达到高频、低频放大或衰减，中频基本不变的要求。4. 功率放大器：电路图如下：功放部分的电路图使用的是老师提供的参考电路图。参数计算：由深度负反馈的原理可知，功率放大电路的增益约为： 又 且RL8，vi200MV，功率要大于0.5W，所以由以上两式可以计算得到电路中要求增益约为10左右。 (

7、2) 利用EDA软件进行仿真，并优化设计（对仿真结果进行分析）。1. 话音放大器：仿真波形图：输入输出 其中CH2为输入，CH1为输出，电压增益约为8.5。实际上是可以通过调节100K电位器来达到电路所需的增益的，所以符合要求。2. 混音前置放大器：仿真波形图：输入2输入1输出 其中，CH1和CH2分别为两个输入，CH3为输出。可以看出CH3无论是波形还是参数都非常符合两个输入信号叠加后的理论波形，所以该电路符合要求。3. 音调控制器：输入输出此图为频率为1KHZ时的输入与输出波形，可以看出输入与输出波形的峰值几乎没有差别，符合1KHZ时增益为0的要求。输出输入此图为频率为125HZ时的输入输

8、出波形，可以看出可以计算出增益约为-12.43dB，说明电路可以达到-12dB以下的调节范围，符合要求。输出输入此图为频率为125HZ时的输入输出波形，可以看出可以计算出增益约为12.02dB，说明电路可以达到12dB以上的调节范围，符合要求。输入输出此图为频率为8kHZ时的输入输出波形，可以看出可以计算出增益约为12.67dB，说明电路可以达到12dB以上的调节范围，符合要求。输出输入此图为频率为8KHZ时的输入输出波形，可以看出可以计算出增益约为-13.23dB，说明电路可以达到-12dB以下的调节范围，符合要求。4. 功率放大器：输出输入 输入信号的峰值为199mV时，输出信号的峰值为2

9、.2V，放大倍数约为11倍，输出电压大小达到了要求，符合功率要求。功率放大(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）。音调控制电路混音电路话音放大(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，分析电路性能指标。 额定功率： 在老师提供的设计指导中，额定功率的定义及测量方法为：音响放大器输出失真度小于某一数值时的最大功率称为额定功率， 其表达式为：PO=VO2/RL，式中，RL 为额定负载阻抗，VO 为RL 两端的最大不失真电压有效值。测量时函数发生器输出fi=1kHz 正弦波作为音响放大器的输入信号，功率放大器的输出端接额定负载电阻，如有音调控制器，控

10、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，用双踪示波器观察Vi 及Vo 的波形，失真度测量仪监测Vo 的波形失真（无失真度仪可用肉眼观察无明显失真）。逐渐增大输入电压Vi，直到输出的波形刚好不出现削波失真， 此时对应的输出电压为最大输出电压，同时可算出额定功率值。 对于该电路，输出电压有效值为2.17V，由公式 计算得，在RL为8时，功率约为0.59w，大于0.5w,符合设计要求，且波形不失真。波形图如下：输出输入 频率响应： 输入阻抗： 输入灵敏度： 噪声电压： 整机效率： 谐波失真度： 音调控制特性（扩展）： 音调控制特性的测量是单独测量的，具体测量数据如下表所示：（所有的

11、输入都是100mV有效值，1KHZ的正弦波）输入最大输出最大增益最小输出最小增益1KHZ100mV134mV2.54134mV2.548KHZ100mV400mv12.0426.3mv-11.6125HZ100mV413mv12.3124.5mv-12.21 从上表可以看出，当频率为1KHZ的时候会有1.34倍的增益，有些不符合0dB增益的要求。当频率为8KHZ时，变化范围为12.04到-11.6db，基本符合要求；当频率为125HZ的时候，变化范围为12.31db到-12.21db，基本符合要求。 具体波形图如下（由于拍摄时的马虎，照片并未拍摄完全，请老师原谅）输出输入 8KHZ，最大输出：8KHZ，最小输出输出输入输入输出125HZ，最小输出：（5）整机信号试听效果， 话音扩音：一开始话音放大在说话时噪声非常大。后来在话音输入端接入了一个电容（经不断调试，最终确定为1