音響放大器的設計課程設計說明書

1、目 錄1、課題名稱12、內容摘要13、設計要求14、總體方案選擇的論證15、單元電路的設計2 5. 1、語音放大器.3 5. 2、混合前置放大器.35 .3、音調控制器.45 .4、功率放大器.56、仿真結果66.1、語音放大器.6 6.2、混合前置放大器.7 6.3、音調控制器.86.4、功率放大器.97、音響放大器的組裝和調試.108、整機電路圖.159、pcb版圖1610、心得感悟1611、參考文獻171、課題名稱：音響放大器的設計2、內容摘要：了解音響放大器的基本組成和總體設計 了解音響放大器各組成部分的具體設計 了解protel99的基本操作和命令 利用protel99設計實驗電路并

2、進行仿真驗證 音響放大器的實物安裝與調試3、設計要求：設計一個音響放大器，要求具有音調輸出控制，卡拉ok伴唱，對話筒與錄音機的輸出信號進行擴音。已知話筒的輸出電壓為5mv，錄音機的輸出信號為100mv，電路要求達到的主要技術指標如下：1 額定功率po0.5w（失真度=+20db；輸入阻抗ri204、總體方案選擇的論證:本次實驗主要通過對音響放大器的設計，來了解音響放大器的組成，掌握音響放大器的設計方法，學會綜合運用所學的知識對實際問題進行分析和解決。音響放大器的基本組成如圖2-1所示。從上圖可以看到，音響放大器主要由語音放大器、混合前置放大器、音調控制器和功率放大器等電路組成。設計時先確定整機

3、電路的級數，再根據各級的功能及級數指標要求分配各級電壓增益，然后分別計算各級電路的參數，通常從功放級開始向前級逐級計算。本題需要設計的電路為語音放大器、混合前置放大器、音調控制器和功率放大器。根據題意的要求，可得各級的增益分配如圖2-2所示最后，根據上圖的增益分配，調節(jié)各個放大級的參數，便設計出理想的音響放大器了。5、單元電路的設計5.1、語音放大器由于話筒的輸出信號一般只有左右，而輸出阻抗達到，所以要求語音放大器的輸入阻抗應遠大于話筒的輸出阻抗，而且不失真地放大聲音信號，頻率也應滿足整個放大器的要求。因此，語音放大器可采用集成運放組成的同相放大器構成，具體電路如圖2-3所示。圖中，放大器的增

4、益。由于要求語音放大級的放大倍數為7.5，所以選擇，采用阻值為的電位器，使放大器可以根據需要調整。5.2、混合前置放大器混合前置放大器的主要作用是將磁帶放音機的音樂信號與語音放大器的輸出聲音信號進行混合放大，可采用反相加法器實現，具體電路如圖2-4所示。從圖中可以看出，輸出電壓與輸入電壓之間的關系為： （2-1）式中，為話筒放大器的輸出信號，為放音機的輸出信號。另外，圖中的是平衡電阻，大小為/。根據圖2-2所示的整機增益分配可知，要使話筒與錄音機輸出經混響級后的輸出基本相等，則要求，所以可以選擇，。耦合電容、采用的極性電容。5.3、 音調控制器常用的音調控制電路有三種：（1）衰減式rc音調控制

5、電路，其調節(jié)范圍較寬，但容易產生失真；（2）反饋型電路，其調節(jié)范圍小一些，但失真?。唬?）混合式音調控制電路，其電路較復雜，多用于高級收錄機中。為了使電路簡單、信號失真小，我們采用反饋型音調控制電路。反饋型音調控制電路的原理圖如圖2-5所示。圖中，和是由組成的網絡。因為集成運放a的開環(huán)增益很大，所以： （2-2）當信號頻率不同時，和的阻抗值也不統(tǒng)，所以隨頻率的變化而變化。假設和包含的元件不同，可以組成四種不同形式的電路，如圖2-6所示。在圖2-6（a）中，可以得到低音提升；在圖2-6（b）中，可以得到高音提升；在圖2-6（c）中，可以得到高音衰減；在圖2-6（d）中，可以得到低音衰減；如果將圖

6、2-6所示的四種電路形式組合在一起，得到反饋型音調控制電路，如圖2-7所示。根據音響放大器的設計技術指標，要使，結合的表達式可知，、的阻值一般取到幾千歐到幾百歐?，F取，有，。取標稱值，則，。由前述的假設條件可得，由于在低音時，音調控制電路輸入阻抗近似為，所以級間耦合電容可取。5.4、 功率放大器功率放大器（功放）是音響放大器的核心電路，它的作用是給負載（揚聲器）提供一定的輸出功率。6、仿真結果6.1、語音放大器（1）按下圖連接好電路，根據設計要求確定電路中的電阻和電容的具體數值，便將其保存成電路文件。圖3.1語音放大器仿真電路圖（2）動態(tài)指標av的測試在電路的輸入端輸入信號頻率為1khz的正弦

7、波，調整輸入信號的幅度，使輸出電壓vo不失真，講測試結果填入表3-1，并與理論值比較（3）幅頻特性的測量將頻率特性測試儀接入電路，根據上，下限頻率，的定義，當電壓放大倍數的幅值下降3db時所對應的頻率即為電路的上，下限頻率，將從測試結果填入表3-2.圖3.2語音放大器的頻率上下限測試表3-1 語音放大器放大倍數的測試結果（實測）101001077.79111110501059.89665.9910701079.93087.99表3-2語音放大器上，下限頻率的測試結果測量值69.1584kz0hz6.2、混合前置放大器：（1）電路設計 按下圖連接號電路，根據設計要求確定電路中的電阻和電容的具體數

8、值，便將其保存成電路文件。圖3.3 混合前置放大電路仿真圖（2）輸出電壓的測試在電路的輸入端輸入頻率為1kz的正弦波，調整輸入信號的幅度，使輸出電壓vo不失真，將測試結果填入3-3，并與理論值比較。表3-3 混合前置放大器輸出電壓的測試結果（實測）（理論）101029.55430201049.04950202059.08460203069.05970（3）幅頻特性的測量：特征頻率特性測試儀接入電路，根據上，下限頻率fh, fl的定義，當電壓放大倍數的幅值下降3db是所對應的頻率幾位電路的上，下限頻率，講測試結果填入表3-4.圖3.4 混合前置放大器的頻率下限測試圖3.5 混合前置放大器的頻率上

9、限測試表3-4 混合前置放大器上下限頻率的測試測量值165.645khz1.328hz6.3、音調控制電路（1）電路設計按下圖接好電路，根據設計確定電路中電阻和電容的具體數值，并將其保存成電路文件。圖3.6音調控制電路仿真電路圖（2）音調控制特性的測量：低音衰減與提升：將高音提升與衰減電位器pr2滑動端調到居中位置（即可變電阻器pr1的百分比為50%），低音提升和衰減電位器pr1滑頭調到最左邊（低音提升最大位置，即可變電阻器pr1的百分比為100%）.調節(jié)信號發(fā)生器，使輸出信號f=40hz,vm=100mv,調節(jié)電路中音量調節(jié)電位器pr3，使電路輸出電壓達到最大值，記錄此時pr3的數值和輸出電

10、壓的幅值。pr3= 0 k vom= 698.0mv保持pr3的數值和輸入信號幅度不變，講頻率特性測試儀接入電路，設置工作頻率的范圍為40hz-1kz,測試電路的幅頻響應曲線，并記錄。（由于此時c1被短路，當f增大是，vo將減小。）觀察所記錄的幅頻響應曲線，從圖中獨處低音部分的最大提升量并做記錄，判斷其是否符合理論設計的指標。 f=40hz時，低音的最大提升量= 17.004db將低音提升和衰減電位器pr1滑動端調到最右邊（低音衰減最大位置，即可變電阻器pr1的百分比為0%），重復（3）的步驟。（由于此時c2被短路，當f增大時，vo將增大。） f=40hz時，低音的最大衰減量= -16.933

11、db 圖3.7 音調控制器 （低音提升最大位置）頻率響應曲線 圖3.8 音調控制器 （低音衰減最大位置）頻率響應曲線高音提升和衰減將低音提升與衰減電位器pr1滑動端調到居中位置（即可變電阻器pr1的百分比為50%），高音提升和衰減電位器pr2滑頭調到最左邊（低音提升最大位置，即可變電阻器pr2的百分比為100%）.調節(jié)信號發(fā)生器，使輸出信號f=10khz,vm=100mv,調節(jié)電路中音量調節(jié)電位器pr3，使電路輸出電壓達到最大值，記錄此時pr3的數值和輸出電壓的幅值。pr3= 0 k vom= 463mv 保持pr3的數值和輸入信號幅度不變，講頻率特性測試儀介入電路，設置工作頻率的范圍為10k

12、hz-1kz,測試電路的幅頻響應曲線，并記錄。（由于此時c2被短路，當f減少時，vo將減小。）觀察所記錄的幅頻響應曲線，從圖中獨處高音部分的最大提升量并做記錄，判斷其是否符合理論設計的指標。 f=10khz時，高音的最大提升量= 13.274db 將高音提升和衰減電位器pr2滑動端調到最右邊（高音衰減最大位置，既可變電阻器pr2的百分比為0%），重復（3）的步驟。（由于此時c2被短路當f減少時，vo將增大。） f=10khz時，高音的最大衰減量= -12.78db 圖3.9 音調控制器 （高音提升最大位置）頻率響應曲線圖3.10音調控制器 （高音衰減最大位置）頻率響應曲線6.4、功率放大電路由

13、于設計中采用集成功放實現功率放大，但multism8的元器件庫中沒有功放集成塊，所以需利用分立元器件構成功放電路進行電路仿真。由于集成功放芯片lm386的世紀內部電路較為復雜，只能采用其電路原理圖來仿真，我們采用與lm386工作原理相同的otl功放，其電路如下圖所示。圖3.11 功率放大器仿真電路圖（1）按上圖連接電路，并將其保存為電路文件（2）調試電路，是靜態(tài)時vk=1/2vcc 在沒有交流信號輸入的情況下，調節(jié)可調電位器r2的大小，同時利用虛擬萬用表測試功放電路點k對敵直流電壓，使其等于1/2vcc，記錄此時所對應的r2的大小。 r2= 14k （3）交越失真的觀察在電路中將二極管d1,d

14、2端接，從輸入vi加入1khz的交流正弦信號，用示波器觀察輸出電壓vo的波形，可以看到明顯的交越失真。記錄輸出波形。圖3.12 交越失真波形（4）最大不失真輸出電壓和輸入靈敏度的測量在輸入端vi加入1khz的交流信號，用示波器觀察輸出電壓vo的波形，如輸出波形出現交越失真，調節(jié)電位器r3.逐漸增大輸入信號，測量最大不失真輸出電壓vom的大小，結果填入表35。 圖3.13 最大不失真輸出波形音響放大器輸出額定功率所需的輸入電壓（有效值）稱為輸出靈敏度vs。在輸入端vi加入1khz的交流正弦信號，用示波器觀察輸出電壓vo的波形。逐漸增大輸入信號，當輸入電壓達到最大不失真值vom時，此時所對應的輸入

15、電壓的大小（有效值），即為電路的輸入靈敏度，將結果填入表35. 表3-5 功放電路的輸入靈敏度vom（v）輸入靈敏度vs（mv）測量值4.336167、音響放大器的組裝和調試1、各級電路靜態(tài)特性的測試將電路的輸入端對地短接，用數字萬用表測量各級單元單元電路中集成運放的輸入端和輸出端對地的直流電壓的大小，并將其填入表41。表41 各級單元電路直流電壓的測試結果語音放大級混合放大級音調控制級功放級vi+ (v)0.150.000.00-0.00vi- (v)0.15-0.00-0.00-0.00vo (v)0.15-0.00-0.007.492、各級單元電路電壓放大倍數的測試利用函數信號發(fā)生器產生

16、f=1khz，vi 100mv的正弦信號，分別輸入集成運放a1,a2,a3和功放級的輸入端，用雙蹤示波器觀察vi和相應的vo波形，當波形不失真時，利用真空萬用表測量輸入，輸出電壓的有效值，即渴求的各級響應的電壓放大倍數，將其填入表4-2.表4-2 各級單元電路放大倍數的測試結果話音放大級混合放大級音調控制級功放級vi（有效值mv）77.79vi1=73.6829.7026.3vi2=80.62vo（有效值mv）579.9181.0529.14933.52av=vo/vi（實測）7.453.040.9835.503、 額定功率pomax和輸入靈敏度vs的測試（1）利用函數信號發(fā)生器產生f=1kh

17、z，vi100mv的正弦波信號，分別輸入音響放大器的話筒和錄音機輸入端，兩個音調控制電位器pr4,pr5置于中間位置，音量控制電位器pr2,pr3和pr6置于最大值，功率輸出端接額定負載電阻（代替揚聲器）。用雙蹤示波器觀摩vi和vo的波形，逐漸增大vii的電壓，知道vo的波形剛好不出現失真，所對應的輸出電壓即為最大不失真輸出電壓vomax。根據輸出功率的定義，即可求得相應的額定功率pomax。 vomax= 4.10v pomax= 0.84w（2）輸入靈敏度vs輸入靈敏度是指音響放大器輸出額定功率時所需的輸入電壓有效值，測量條件和方法與測量額定功率相同，只需在測量額定功率的同時利用真空毫伏表

18、測出其輸入電壓的有效值即可。 vs= 10mv4、音調控制特定的測量低音低聲與衰減：（1）將高音提升與衰減電位器pr5滑動端調到居中位置，低音提升和衰減電位器pr4滑頭調到最左邊（低音提升最大位置）。（2）調節(jié)信號發(fā)生器，使輸入信號f=40hz，vim100mv,調節(jié)電路中的音量調節(jié)電位器pr6，使電路輸出電壓達到最大值，記錄此時pr6的數值和輸出電壓的幅值。（3）保持pr6的數值和輸入信號幅度不變，改變輸入信號的頻率，使其從40hz1khz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個頻率點，記錄與其對應的輸出電壓值，填入表4-3。（由于此時c12被短路，當f增大時，vo將減小。）（4）將低音

19、提升和衰減電位器pr4滑動端調到最左邊（低音衰減最大位置），保持pr6的數值和輸入信號幅度不變，改變輸入信號的頻率，使其從1khz40hz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個頻率點，記錄與其相對應的輸出電壓值，填入表4-4。（由于此時c13被短路，當f減小時，vo將減小。）（5）觀察上述此時結果，求出f=40 hz時，相比于f=1khz時的電壓放大倍數，低音提升的最大值和低音衰減的最大值，判斷其是否符合理論設計的指標。 低音提升的最大值=20log|av|f=40hz-20log|av|f=1khz= 12.71 低音衰減的最大值=20log|av|f=40hz-20log|av|f=

20、1khz= -18.16 表4-3 低音提升的測試結果pr6的數值1k輸入電壓vim（mv）7.32信號頻率f（hz）401002003004005006007008009001000輸出電壓von（mv）11696.1853.0444.5538.1933.9531.1229.4227.4427.1526.87電壓放大倍數20lg|av|24.0022.3717.2015.6914.3513.3112.5712.0811.4811.3811.29表4-4 低音衰減的測試結果pr6的數值1k輸入電壓vim（mv）7.32信號頻率f（hz）10009008007006005004003002001

21、0040輸出電壓von（mv）26.5925.1524.32823.7622.3520.3718.6716.4111.176.223.32電壓放大倍數20lg|av|11.2910.7310.4210.229.698.888.137.003.69-1.41-6.87高音提升與衰減：（1）將低音提升與衰減電位器pr4滑動端調到居中位置，低音提升和衰減電位器pr5滑頭調到最左邊（高音提升最大位置）。（2）調節(jié)信號發(fā)生器，使輸入信號f=40hz，vim100mv,調節(jié)電路中的音量調節(jié)電位器pr6，使電路輸出電壓達到最大值，記錄此時pr6的數值和輸出電壓的幅值。（3）保持輸入信號幅度不變，改變輸入信號

22、的頻率，使其從10khz1khz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個頻率點，記錄與其對應的輸出電壓值，填入表4-5。（此時當f減小時，vo將減小。）（4）將高音提升和衰減電位器pr5滑動端調到最右邊（高音衰減最大位置）。保持pr6的數值和輸入信號幅度不變，改變輸入信號的頻率，使其從1khz10khz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個頻率點，記錄與其相對應的輸出電壓值，填入表4-6。（此時當f增大時，vo將減小。）（5）觀察上述此時結果，求出f=10khz時，相比于f=1khz時的電壓放大倍數，高音提升的最大值和高音衰減的最大值，判斷其是否符合理論設計的指標。高音提升的最大值=

23、20log|av|f=10khz-20log|av|f=1khz= 11.5 db 高音衰減的最大值=20log|av|f=10khz-20log|av|f=1khz= -21.57 db 表4-5 高音提升的測試結果pr6的數值9.7k輸入電壓vim（mv）7.32 信號頻率f（khz）1086421.81.51輸出電壓von（mv）151.34128.71103.2576.3853.7545.2641.7340.31電壓放大倍數20lg|av|26.324.9022.9920.3717.3115.8215.1214.82表4-6 高音衰減的測試結果pr6的數值9.7 k輸入電壓vim（mv

24、）7.32信號頻率f（khz）11.51.8246810輸出電壓von（v）34.6529.9928.8527.4420.0814.854.532.89電壓放大倍數20lg|av|13.5012.2511.9211.488.776.14-4.16-8.075.頻率響應特性的測試（1）調節(jié)信號發(fā)生器，使輸入信號f=1khz，vim=100mv,將音調控制電位器pr4和pr5的滑動端調到中間位置，調節(jié)電路中音量電位器pr2、pr6的大小，使電路輸出不失真電壓達到一個合適的數值，記錄此時可調電位器pr2、pr6的數值和輸出電壓的幅值。（2）保持輸入信號幅度不變，改變輸入信號的頻率，使其從20hz20khz，觀察輸出電壓大小的變化。選擇有代表性的幾個頻率點，記錄與其對應的輸出電壓值，填入表4-7。依據表4-7的數據，畫出在頻段范圍內（20hz20khz）電壓放大倍數20lg|av|與頻率f的關系曲線，從途中求出系統(tǒng)的上下限頻率fl和fh。表4-7 頻率響應特性的測試結果pr的數值pr2= 1.2 k pr6= 9.0 k 輸入電壓vim（mv）15.56 信號頻率f（