音響放大電路課程設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)課程名稱： 音響放大器 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 年 級(jí)： 07 任課教師： 2009年 7月 3日一.課題分析根據(jù)任務(wù)，音響放大器一般基本組成框圖如圖1所示。為使卡拉ok伴唱效果更好，還可加接電子混音器。 圖1 音響放大器框圖二.方案論證(1)確定整機(jī)電路級(jí)數(shù)，分配各級(jí)電壓增益。話筒輸入信號(hào)較弱，根據(jù)題意，輸入信號(hào)為5mv時(shí)，輸出功率大于等于1w。因此電路系統(tǒng)總電壓增益 。由于實(shí)際電路中會(huì)有損耗，應(yīng)留有裕量，故取。下面進(jìn)行各級(jí)增益分配：音調(diào)控制級(jí)在。時(shí)，增益為1（0db），但實(shí)際電路有可能衰減，取集成功放電路增益應(yīng)較大，取混合級(jí)，一般采用集

2、成運(yùn)放組成，但受到增益帶寬限制，增益不宜過(guò)大，取。話筒放大級(jí)，采用集成運(yùn)放電路構(gòu)成。 圖2 各級(jí)電壓增益分配(2)電路論證分析1）功率放大電路由于采用集成功率放大器，電路設(shè)計(jì)變得十分簡(jiǎn)單，只要查閱手冊(cè)便可得到功放塊外圍電路的元件值，如圖3所示。由此可得功放級(jí)的電壓增益av4為av4=r11/rf=100r11是la4102內(nèi)部反饋電阻r11=20k，如果輸出波形出現(xiàn)高頻自激（疊加毛刺），可以在（13）腳與（14）腳之間加0.15f的電容。 圖3 功率放大器設(shè)計(jì)2）音調(diào)控制器音調(diào)控制器是控制、調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率高低的電路，其控制曲線如圖4中折線所示。圖中 中音頻率，要求增益；低音轉(zhuǎn)折頻率，一

3、般為幾十赫芝；中音頻轉(zhuǎn)折頻率；中音頻轉(zhuǎn)折頻率；高音頻轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十千赫芝。圖4音調(diào)控制曲線從圖中可見，音調(diào)控制器只對(duì)低音頻或高音頻進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變，音調(diào)控制器由低通濾波器和高通濾波器共同組成。實(shí)現(xiàn)此方案，可有兩種形式。一種是用專用集成電路la3600，外接發(fā)光二極管頻段顯示器，可看見各頻段的增益提升與衰減的變化情況，在高中檔收錄機(jī)、汽車音響等設(shè)備中，一般采用專用音調(diào)控制集成電路。另一種是采用集成運(yùn)放構(gòu)成音調(diào)控制器，如圖5所示。圖5 音調(diào)控制電路設(shè)，在中、低音頻區(qū)，可視開路，在高音頻區(qū)，、可視為短路。 時(shí)，音調(diào)控制器低頻等效電路如圖6所示，其中圖6（a）為的滑臂在最左端，

4、對(duì)應(yīng)于低音頻提升最大的情況，圖6（b）為滑臂在最右端，對(duì)應(yīng)于低音頻衰減最大情況。圖6（a）實(shí)質(zhì)上是一個(gè)一階有源低通濾波器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為 （a） (b) 圖6 音調(diào)控制器低頻等效電路(a)低音頻提升 ( b)低音頻衰減 式中 或 或 時(shí)，可視為開路，運(yùn)放的反相輸入端為虛地，因運(yùn)放輸入電流，影響可忽略，此時(shí)電壓增益為： 時(shí)，由式得 模為 此時(shí)電壓增益相對(duì)下降了。時(shí)，由式得 模為 此時(shí)電壓增益相對(duì)下降了。范圍內(nèi)，電壓增益衰減速率為/10倍頻程。同樣可得出圖6(b)所示電路表達(dá)式，其增益相對(duì)于中頻為衰減量。音調(diào)控制器工作在低音頻時(shí)，幅頻特性如圖2左半部虛線所示。當(dāng)時(shí)，音調(diào)控制器高音頻等效電路如圖

5、7(a)所示。在高音頻段、可視為短路，與、 組成星形聯(lián)接，為分析方便，將其轉(zhuǎn)換成三角形聯(lián)接后的等效電路如圖7(b)所示。 (a) (b)圖7 音調(diào)控制器高頻等效電路(a)高音頻等效電路 (b) 三角形聯(lián)接后的等效電路電阻關(guān)系式為若取，則這時(shí)高頻等效電路如圖8所示，圖8（a）為的滑臂在最右端時(shí)，對(duì)應(yīng)于高頻提升最大的情況，圖8（b）為滑臂在最左端時(shí)，對(duì)應(yīng)于高頻衰減最大的情況。該電路為一階有源高通濾波器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為 或 或 （a） （b）圖8 高頻等效電路（a）高頻提升 （b）高頻衰減通過(guò)低頻等效電路相同方法分析，可得到以下關(guān)系式：時(shí)，可視為開路，時(shí)， 時(shí)， 時(shí)，可視為短路，電壓增益為 范圍

6、內(nèi),電壓提升速率為20db/10倍頻程，音調(diào)控制器高頻幅頻特性如圖4中右半部虛線所示。實(shí)際應(yīng)用中，通常是給出低頻區(qū)和高頻區(qū)處的提升量或衰減量x(db),再根據(jù)下式求出轉(zhuǎn)折頻率和。即 （3）話筒放大器與前置放大器電路由話筒放大與混合前置放大兩級(jí)電路組成。其中a1組成同相放大器，具有很高的輸入阻抗，能與高阻話筒配接作為話筒放大器電路，其放大倍數(shù)av1為av1=1+ r12/r11=7.8（17.8db）四運(yùn)放lm324的頻帶雖然很窄（增益為1時(shí)，帶寬為1mhz），但這里放大倍數(shù)不高，故能達(dá)到fh= 10khz的頻響要求?；旌锨爸梅糯笃鞯碾娐酚蛇\(yùn)放a2組成，這是一個(gè)反向加法器電路，輸出電壓v02的表

7、達(dá)式為 根據(jù)圖2的增益分配，混合級(jí)的輸出電壓v0237.5mv，而話筒放大器的輸出v01已經(jīng)達(dá)到了v02的要求，即v01=av1v11=39mv，所以取r21=r22。錄音機(jī)輸出插孔的信號(hào)v12一般為100mv，已經(jīng)遠(yuǎn)大于v02的要求，所以對(duì)v12要進(jìn)行適當(dāng)衰減，否則輸出會(huì)產(chǎn)生失真。取r23=100k，r22=r21=39k，以使錄音機(jī)輸出經(jīng)混合級(jí)后 圖9 話筒放大器與前置放大器也達(dá)到v02的要求。如果要進(jìn)行卡拉ok歌唱，可在話放輸出端及錄音機(jī)輸出端接兩個(gè)音量控制電位器rp11、rp12（見圖9），分別控制聲音和音樂(lè)的音量。(3)方案實(shí)現(xiàn)1）功放電路設(shè)計(jì)查閱手冊(cè)，可選擇功放外圍元器件值。la4

8、102功放集成電路其內(nèi)部電路中有電壓串聯(lián)負(fù)反饋環(huán)節(jié)，內(nèi)部電路反饋電阻為20,只要改變外接反饋電阻，即可改變集成功放增益。 圖10 功放電路該電路接成電壓串聯(lián)負(fù)反饋形式，外接反饋電阻可由下式計(jì)算 取200起隔直作用，使電路組成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，取33f。起相位補(bǔ)償作用，用于消除高頻自激振蕩，一般取幾十皮法。取51pf。為otl電路輸出電容，兩端充電電壓為vcc/2，一般取耐壓大于vcc/2的幾百微法電容。取耐壓25v，470f電解電容。為反饋電容，用于消除自激振蕩，一般取幾十幾百皮法。取560 pf。為自舉電容，使集成電路內(nèi)部輸出復(fù)合管的導(dǎo)通電流不隨輸出電壓升高而減小。取耐壓25v，220

9、f電解電容。、用于消除紋波，一般取幾十幾百微法。取220f，取100f電解電容。起電源退耦濾波作用，用于消除低頻自激振蕩，取100f電解電容。2）音調(diào)控制器設(shè)計(jì)音調(diào)控制器n3及外圍電路組成。根據(jù)題意，125hz和8khz處有12db調(diào)節(jié)范圍。即，代入式（4.2.9）得 則 又 代入式（）得 則 因此 、不能取得太大，否則運(yùn)放漂移電流影響不能忽略不計(jì)。同時(shí)也不能太小，否則流過(guò)電流將超出運(yùn)放輸出能力。一般取幾千歐至幾百千歐。取=470, =47，取值正確與否代入式（）進(jìn)行驗(yàn)算。滿足設(shè)計(jì)要求。由式（）求得值取標(biāo)稱值0.01f，可得因此取標(biāo)稱值。由式（）得取標(biāo)稱值。與等值取470，級(jí)間耦合與隔直電容c

10、34=c35，取10f。圖11 單調(diào)控制器電路3）話筒放大器與混合前置級(jí)設(shè)計(jì)話筒放大電路由及外圍電路組成， 圖12 話筒放大器與混合前置級(jí)耦合隔直電容取10f，為話筒放大后音量調(diào)節(jié)電位器，取10根據(jù)級(jí)間增益分配，該電路為同相輸入放大器。取,代入算得,取標(biāo)稱值，這時(shí)。該電路為單電源供電交流放大器，在電源與同相輸入端及同相輸入端與地之間，各接入電阻給集成運(yùn)放，以提供合適的偏壓。取10f?；旌锨爸梅糯笃麟娐酚蛇\(yùn)放組成，為反相輸入加法器電路。根據(jù)增益分配，混合級(jí)輸出電壓，而話筒放大器輸出已達(dá)到的要求。即，所以取。錄音機(jī)插孔輸出的信號(hào)一般為，已遠(yuǎn)大于要求，要對(duì)進(jìn)行適當(dāng)衰減，否則會(huì)產(chǎn)生限幅失真（截頂失真）

11、。取為，為使音量可調(diào)，電位器取。(4)音響放大器電路圖根據(jù)以上設(shè)計(jì)，可畫出音響放大器電路圖如附錄所示。三安裝調(diào)試1. 合理布局，分級(jí)裝調(diào)音響放大器是一個(gè)小型電路系統(tǒng)，安裝前要對(duì)整機(jī)線路進(jìn)行合理布局，一般按照電路的順序一級(jí)一級(jí)地布線，功放級(jí)應(yīng)遠(yuǎn)離輸入級(jí)，每一級(jí)的地線盡量接在一起，連線盡可能短，否則很容易產(chǎn)生自激。安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量,安裝時(shí)特別要注意功放塊,運(yùn)算變壓器,電解電容等主要器件的引腳和極性,不能接錯(cuò).從輸入級(jí)開始向后級(jí)安裝,也可以從功放級(jí)開始向前逐級(jí)安裝.安裝一級(jí)調(diào)試一級(jí),安裝兩級(jí)要進(jìn)行級(jí)聯(lián)調(diào)試,直到整機(jī)安裝與調(diào)試完成.2. 電路調(diào)試技術(shù)電路的調(diào)試過(guò)程一般是先分級(jí)調(diào)試，再級(jí)聯(lián)調(diào)試，

12、最后進(jìn)行整機(jī)調(diào)試與性能指標(biāo)測(cè)試。分級(jí)調(diào)試又分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試是指輸入端接入規(guī)定的信號(hào)，用示波器觀測(cè)該級(jí)輸出波形，并測(cè)量各項(xiàng)性能指標(biāo)是否滿足題目要求，如果相差很大，應(yīng)檢查電路是否接錯(cuò)，元器件數(shù)值是否合乎要求，否則是不會(huì)出現(xiàn)很大偏差的。靜態(tài)調(diào)試時(shí)，將輸入端對(duì)地短路，用萬(wàn)用表測(cè)該級(jí)輸出端對(duì)地的直流電壓。話放級(jí)、混合級(jí)、音調(diào)級(jí)都是由運(yùn)算放大器組成的，其靜態(tài)輸出直流電壓均為vcc/2，功放級(jí)的輸出(otl電路)也為vcc/2，且輸出電容cc兩端充電電壓也應(yīng)為vcc/2。 單級(jí)電路調(diào)試時(shí)的技術(shù)指標(biāo)較容易達(dá)到，但進(jìn)行級(jí)聯(lián)時(shí)，由于級(jí)間相互影響，可能使單級(jí)的技術(shù)指標(biāo)發(fā)生很大的變化，甚至兩級(jí)不能進(jìn)行

13、級(jí)聯(lián)。產(chǎn)生的主要原因：一是布線不太合理，形成級(jí)間交叉耦合，應(yīng)考慮重新布線；二是級(jí)聯(lián)后各級(jí)電流都要流經(jīng)電源內(nèi)阻，內(nèi)阻壓降對(duì)某一級(jí)可能形成正反饋，應(yīng)接rc去耦濾波電路。r一般取幾十歐姆，c一般用幾百微法大電容與0.1uf小電容相并聯(lián)。由于功放級(jí)輸出信號(hào)較大，對(duì)前級(jí)容易產(chǎn)生影響，引起自激，集成塊內(nèi)部電路多極點(diǎn)引起的正反饋易產(chǎn)生高頻毛刺。常見的低頻自激現(xiàn)象是電源電流表沒(méi)有規(guī)則地左右擺動(dòng)，或輸出波形上下抖動(dòng)。產(chǎn)生的主要原因是輸出信號(hào)通過(guò)電源及地級(jí)產(chǎn)生了正反饋?？梢酝ㄟ^(guò)接入rc去耦濾波電路消除，為滿足整機(jī)電路指標(biāo)要求，可以適當(dāng)修改單元電路的技術(shù)指標(biāo)。 圖13 常見高頻自激現(xiàn)象 3整機(jī)功能試聽用8/4w的揚(yáng)

14、聲器代替負(fù)載電阻rl，可進(jìn)行以下功能試聽：l 話音擴(kuò)音 將低阻話簡(jiǎn)筒接話音放大器的輸入端，應(yīng)注意，揚(yáng)聲器輸出的方向與話筒輸入的方向相反，否則揚(yáng)聲器的輸出聲音經(jīng)話筒輸入后，會(huì)產(chǎn)生自激嘯叫。講話時(shí)，揚(yáng)聲器付出的聲音應(yīng)清晰，改變音量電位器，可控制聲音大小。l 電子混響效果 將電子混響模塊按圖 接入，用手輕拍話筒一次，揚(yáng)聲器發(fā)出多次重復(fù)的聲音，身高時(shí)鐘頻率，可以改變混響延時(shí)時(shí)間，以改善混響效果。l 音樂(lè)欣賞 將錄音機(jī)輸出的音樂(lè)信號(hào)，接入混合前置放大器，改變音調(diào)控制級(jí)的高低調(diào)控控制電位器，揚(yáng)聲器的輸出音調(diào)發(fā)生明顯變化。l 卡拉ok伴唱 錄音機(jī)輸出卡拉ok磁帶歌曲，手握話筒伴隨歌曲歌唱，適當(dāng)控制話音放大器與錄音機(jī)