模电课程设计(音响放大器)

《模拟电子技术》课程设计说明书音响放大器院、部：电气与信息工程学院学生：澎指导教师：松华职称副教授专业：电子信息工程班级：电子1201班学号：12303401362014年6月课题三音响放大器的设计（一）设计目的1、了解集成功率放大器部电路工作原理2、掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法3、掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术（二）设计要求和技术指标1、技术指标额定功率P≥0.3W，负载阻抗为10Ω，频率响应围为50Hz-20KHz，输入阻抗大于20KΩ，放大倍数≥20dB。2、设计要求（1）设计话音放大与混合前置放大器、音调控制级、功率放大级；（2）选定元器件和参数，并设计好电路原理图；（3）在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调测；（4）测试输出功率；（5）测试输出阻抗;（6）撰写设计报告。（三）设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出设计电路，分析并计算主要元件参数值；调试总结3、列出设计电路测试数据表格；4、进行设计总结和分析，并写出设计报告。（四）设计总结与思考1、总结话音放大器的设计和测试方法；2、总结设计话音放大器器所用的知识点；目录第1章绪论 11.1音响的意义 11.2音响的技术指标 11.2.1频率响应 11.2.2信噪比 11.2.3动态围 21.2.4失真 21.2.5立体声分离度 21.2.6立体声平衡度 3第2章音响放大器电路设计 42.1音响放大器的基本原理 42.2前置放大电路（A1） 52.3音调控制电路（A2） 52.3.1低音提升 62.3.2高音提升 62.3.3高音衰减 72.3.4低音衰减 72.3.5反馈型音调控制电路 72.3.6信号在低频区 82.3.7信号在高频区 82.4功率放大级 102.4.1TDA2030A介绍 102.4.2功率放大电路说明 11第3章用multisim仿真音响放大器电路 12第4章组装与调试 134.1电路元件组装 134.2作品调试 13结束语 14参考文献 15附录A实物图 16附录B元件清单 17第1章绪论1.1音响的意义音响技术的发展经历了电子管、晶体管、场效应管的历史时期，在不同的历史时期都各有其特点。通过音响放大器设计，使我们认识到一个简单的模拟电路系统，应当包括信号源、输入级、中间级、输出级和执行机构。信号源的作用是提供待放大的电信号，如果信号是非电量，还须把非电量转换为电信号，然后进入输入级，中间级进行电流或电压放大，再进入输出级进行功率放大，最后去推动执行机构做某项工作。放大器电路发展更是迅速，已成为新一代音响不可缺少的核心部件，其现实生活中的运用也是非常普遍和广泛。1.2音响的技术指标音响系统整体技术指标性能的优劣，取决于每一个单元自身性能的好坏，如果系统中的每一个单元的技术指标都较高，那么系统整体的技术指标则很好。其技术指标主要有六项：频率响应、信噪比、动态围、失真度、瞬态响应、立体声分离度、立体声平衡度。1.2.1频率响应所谓频率响应是指音响设备重放时的频率围以及声波的幅度随频率的变化关系。一般检测此项指标以1000Hz的频率幅度为参考，并用对数以分贝(dB)为单位表示频率的幅度。1.2.2信噪比所谓信噪比是指音响系统对音源软件的重放声与整个系统产生的新的噪声的比值，其噪声主要有热噪声、交流噪声、机械噪声等等。一般检测此项指标以重放信号的额定输出功率与无信号输入时系统噪声输出功率的对数比值分贝(dB)来表示。一般音响系统的信噪比需在85dB以上。1.2.3动态围动态围是指音响系统重放时最大不失真输出功率与静态时系统噪声输出功率之比的对数值，单位为分贝(dB)。一般性能较好的音响系统的动态围在100(dB)以上。1.2.4失真失真是指音响系统对音源信号进行重放后，使原音源信号的某些部分（波形、频率等等）发生了变化。音响系统的失真主要有以下几种。1谐波失真所谓谐波失真是指音响系统重放后的声音比原有信号源多出许多额外的谐波成分。此额外的谐波成分信号是信号源频率的倍频或分频，它是由负反馈网络或放大器的非线性特性引起的。高保真音响系统的谐波失真应小于1%。 2互调失真互调失真也是一种非线性失真，它是两个以上的频率分量按一定比例混合，各个频率信号之间互相调制，通过放音设备后产生新增加的非线性信号，该信号包括各个信号之间的和及差的信号。3瞬态失真瞬态失真又称瞬态响应，它的产生主要是当较大的瞬态信号突然加到放大器时由于放大器的反映较慢，从而使信号产生失真。一般以输入方波信号通过放音设备后，观察放大器输出信号的包络波形是否输入的方波波形相似来表达放大器对瞬态信号的跟随能力。1.2.5立体声分离度立体声分离度表示立体声音响系统中左、右两个声道之间的隔离度，它实际上反映了左、右两个声道相互串扰的程度。如果两个声道之间串扰较大，那么重放声音的立体感将减弱。1.2.6立体声平衡度立体声平衡度表示立体放音系统中左、右声道增益的差别，如果不平衡度过大，重放的立体声的声像定位将产生偏移。一般高品质音响系统的立体声平衡度应小于1dB。第2章音响放大器电路设计2.1音响放大器的基本原理音响放大器的作用是对于微弱信号进行电压放大和功率放大，推动负载工作，同时需要对音调和音量的调节。音频信号的输入，由话音放大电路放大输出到音调调节电路，在由功率放大电路放大，输到扬声器。音频输入音频输入语音放大音调调节扬声器功率放大图2-1音响放大器的工作流程音响放大电路的整机电路如下图所示，按其构成，可分为前置放大级，音调控制级和功率放大级三部分。图2-2音响放大器的整机电路2.2前置放大电路（A1）21RRA21RRAuf3理想闭环电压增益:(2-1)eqf(R3,R2)输入电阻(2-2)输出电阻(2-3)图2-3前置放大电路扩音机电路的增益是很高的，所以扩音机的噪声主要取决于前置放大器的性能。为了减小前置级放大器的噪声，第一级要选用低噪声的运放。2.3音调控制电路（A2）常用的音调控制电路有三种形式，一是衰减式RC音调控制电路，其调节围宽，但容易产生失真；另一种是反馈型音调控制电路，其调节围小一些，但失真小；第三种是混合式音调控制电路，其电路复杂，多用于高级收录机。为使电路简单而失真又小，本音调集成功率电路中采用了由阻容网络组成的RC型负反馈音调控制电路。它是通过不同的负反馈网络和输入网络造成放大器闭环放大倍数随信号频率不同而改变，从而达到音调控制的目的。iZZAuffUiZZAuffUUoi(2-4)图2-4音调控制电路只要合适选择并调节输入回路和反馈回路的阻容网络，就能使放大器的闭环增益随信号频率改变，从而达到音调控制的目的。组成Zi和Zp的RC网络通常有下图所示四种形式。2.3.1低音提升图2-5中若C1取值较大，只有在频率很低时才起作用，则当信号频率在低频区随频率降低，增大，所以提高，从而得到低音提升。图(a)图2-5低音提升电路2.3.2高音提升图2-6中，若C3取值较小只有高频区起作用，则当信号在高频区且随频率升高减小，所以提高，从而可得到高音提升。图2-6高音提升电路2.3.3高音衰减图2-7高音衰减电路图2-8低音衰减电路2.3.4低音衰减同理可以分析图2-7、图2-8，分别可用作高、低音衰减。2.3.5反馈型音调控制电路如果将这四种电路形式组合起来，即可得到下图所示的反馈型音调控制电路。先假设R1=R2=R3=R；C1=C2>>C3；RW1=RW2≈9R。图2-9反馈型音调控制电路2.3.6信号在低频区在低频区，因为C3很小，所以C3、R4支路可视为开路，反馈网络主要由上半部分电路起作用。又因运放的开环增益很高，U´E≈UE≈0（虚地），故R3的影响可忽略，当电位器RP2的活动端移至A点时，C1被短路。可以得到低音最大提升量。按实际电路参数R1=R2=R3=20kΩ，RP1=RP2=220kΩ，C1=C2=0.022uF，可得:（2-5）(约18.6dB)转折频率:（2-6）以同样方式可以说明在RP2滑动到B点时，低音地最大衰减量:（2-7）按实际电路参数可得:（2-8）(约－18.6dB)转折频率:（2-9）（2-10）2.3.7信号在高频区图2-10高频音调控制线路（Y型）图2-11高频音调控制线路（△型）设前级输出电阻很小（如小于500Ω），输出电压Uo通过Rc反馈到输入端的信号被前级输出电阻所旁路，故Rc的影响可忽略（视为开路）。因此当RP2滑动到C点或D点时，可分别画出如下图2-12和图2-13所示的等效电路（因RP2的数值很大，为简单起见，可视为开路）。图2-12等效高频音调控制线路（C点）图2-13等效高频音调控制线路（D点）上图2-12显然具有高音提升作用，其最大提升量:（2-11）按电路实际参数R=20kΩ，R4=8.2kΩ，C3=1000P，所以:(约18dB)上图2-13为高音衰减电路，其衰减量:（2-12）按电路实际参数:(约-18dB)高频转折频率:（2-13）（2-14）20logA1820logA18dB0-18fL148fL2410fH12.3KfH219kf(Hz)图2-14音调控制器的幅频特性曲线由图2-14可见，音调控制级的中频电压放大倍数Aum=1；当f<fL1(48Hz)时低音控制围为±18dB，当f>fH2(19KHz)时高音控制围也为±18dB。2.4功率放大级2.4.1TDA2030A介绍本实验电路的功率放大级由集成功率器件TDA2030A连成OCL电路输出形式。TDA2030A功率集成电路具有转换速率高，失真小，输出功率大，外围电路简单等特点，采用5脚塑料封装结构。其中1脚为同相输入端；2脚为反相输入端；3脚为负电源；4脚为输出端；5脚为正电源。图2-15TDA2030A功率放大器的引脚图TDA2030A功率集成电路的部电路包含由恒流源差动放大电路构成的输入级、中间电压放大级，复合互补对称式OCL电路构成的输出级；启动和偏置电路以及短路、过热保护电路等。其结构框图如图2-16所示。图2-16TDA2030A功率放大器部电路结构框图2.4.2功率放大电路说明TDA2030A的电源电压为±6V－±22V，静态电流为50mA（典型值）；1脚的输入阻抗为5MΩ（典型值），当电压增益为26dB、RL=4Ω时，输出功率Po=15W。频带宽为100KHz。源为±14V、负载电阻为4Ω时，输出功率达18W。为了提高电路稳定性，减小输出波形失真，功放级通过R10，R9，C9引入了深度交直流电压串联负反馈，由于接入C9，直流反馈系数F´≈1。对于交流信号而言，因为C9足够大，在通频带可视为短路，所以交流反馈系数,按电路的实际参数。因而该电路的电压增益。可见改变电阻R9、R10可以改变电路增益。电容C15、C16用作电源滤波。D1和D2为保护二极管。R11、C10为输出端校正网络以补偿电感性负载，避免自激和过电压。图2-17功率放大电路第3章用multisim仿真音响放大器电路图3-1图3-2第4章组装与调试4.1电路元件组装音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。步骤：在制作好焊接布线图之后，在万能板上焊接元件。焊接前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。4.2作品调试实践证明，新安装的电路板往往难以达到预期的效果，这是因为我们在设计的时候不可能周全地考虑元件的误差、器件参数的分散性、寄生参数等各种各样的客观因素。此外，电路板的安装中仍存在有可能没有查出来的错误。通过电路板整体测试与调整，可发现和纠正设计方案中的不足，并查出电路安装中的错误然后采取措施加以改进和纠正，就可以使之达到预定的技术要求。

电路安装完毕后，必须在不通电的情况下，对电路板进行认真细致的检查，以便纠正安装错误。检查应特别注意：

1元器件引脚之间有无短路，尤其在焊接时，要严格按照焊接规则焊接，否则容易短路。2电源的正负、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、地线是否接触良好。

3集成电路的型号及安插方向对不对，引脚连接处有无接触不良等。在安装的时候我们查阅相关资料，在网上找出各个引脚的标号及参数。新安装的电路板将输入端对地短路，用万用表测该级输出端对地的直流电压。话放级、混合级、音调级都是由运算放大器组成的，其静态输出直流电压均为VCC/2，功放级的输出(OTL电路)也为VCC/2，且输出电容CC两端充电电压也应为VCC/2