音響放大器課程實(shí)踐報(bào)告

1、湖北工業(yè)大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目 音響放大器設(shè)計(jì) 課 程 模擬電子技術(shù) 學(xué) 院 電氣與電子工程學(xué)院 班 級(jí) 14級(jí)電信中英 學(xué) 號(hào) 1410211120 姓 名 陳默 指導(dǎo)教師 賀章擎 二一六年 一 月 二 日目 錄1. 課程任務(wù)和要求····························

2、3;·········（3）1.1題目·······································&#

3、183;····（3）1.2設(shè)計(jì)目的········································（3）1.3課程設(shè)計(jì)內(nèi)容·

4、3;··································（3）2. 緒論··············&#

5、183;·································（4）2.1 音響放大器的應(yīng)用背景·············

6、83;··············（4）2.2歷史發(fā)展··································

7、;·······（4）2.3最新技術(shù)·········································（

8、5）3. 電路的設(shè)計(jì)方案······································（7）3.1實(shí)驗(yàn)電路的工作原理·······

9、83;·······················（7）3.2音響放大器的基本組成························

10、;·····（7）3.3音響放大器的組成框架·····························（7）4. 核心元器件的介紹···········

11、;·························（8）4.1 LM324的介紹······················&#

12、183;·············（8）4.2 LM386的介紹··································

13、;··（8）5. 單元電路的設(shè)計(jì)及分析································（9）5.1話音放大器···········&#

14、183;···························（9）5.2混合前置放大器····················&

15、#183;··············（10）5.3音調(diào)控制器·································&

16、#183;·····（11）5.4功率放大器·······································（11）6.調(diào)試··

17、;···············································（12）7.總結(jié)·

18、83;···············································（13）參考文獻(xiàn)·&

19、#183;··········································（15）1.課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 題目 音響放大器設(shè)計(jì)1.2 課程設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)

20、計(jì)是專業(yè)課學(xué)習(xí)過(guò)程中一個(gè)非常重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，為綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)提供了一次很好的實(shí)踐機(jī)會(huì)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)狀調(diào)研與分析能力、問(wèn)題發(fā)現(xiàn)與解決能力、書(shū)面表達(dá)與口頭答辯能力、個(gè)人分工與團(tuán)隊(duì)合作能力。1.3 課程設(shè)計(jì)任務(wù)（內(nèi)容）(1) 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一種具有音調(diào)控制、卡拉OK伴唱的音響放大器。包括話筒放大、混合前置放大、音調(diào)控制和功率放大等幾個(gè)模塊。(2 )設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)額定功率：Po1W功放增益：100頻率響應(yīng)：40Hz10KHz音調(diào)控制：100Hz和10KHz處有±10dB調(diào)節(jié)范圍輸入阻抗：Ri20負(fù)載阻抗：RL=82.緒論2.1音響放大器的應(yīng)用背景進(jìn)入21世紀(jì)以后，各種便攜式的

21、電子設(shè)備成為了電子設(shè)備的一種重要的發(fā)展趨勢(shì)。從作為通信工具的手機(jī)，到作為娛樂(lè)設(shè)備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)備。陸續(xù)將要普及的還有便攜式電視機(jī)，便攜式DVD等等。所有這些便攜式的電子設(shè)備的一個(gè)共同點(diǎn)，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個(gè)音頻放大器；另一個(gè)特點(diǎn)就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長(zhǎng)的使用壽命。就是在這種需求的背景下，D類放大器被開(kāi)發(fā)出來(lái)了。它的最大特點(diǎn)就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。效率。2.2歷史發(fā)展音響技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場(chǎng)效應(yīng)管四個(gè)階段。1906年美國(guó)人德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開(kāi)創(chuàng)了人類電聲技術(shù)的先河

22、。1927年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了負(fù)反饋技術(shù)后，使音響技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，比較有代表性的如"威廉遜"放大器，較成功地運(yùn)用了負(fù)反饋技術(shù)，使放大器的失真度大大降低，至50年代電子管放大器的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)高潮時(shí)期，各種電子管放大器層出不窮。由于電子管放大器音色甜美、圓潤(rùn)，至今仍為發(fā)燒友所偏愛(ài)。 60年代晶體管的出現(xiàn)，使廣大音響愛(ài)好者進(jìn)入了一個(gè)更為廣闊的音響天地。晶體管放大器具有細(xì)膩動(dòng)人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)。在60年代初，美國(guó)首先推出音響技術(shù)中的新成員-集成電路，到了70年代初，集成電路以其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、體積小、功能多等特點(diǎn)，逐步被音響界所認(rèn)識(shí)。發(fā)展至今

23、，厚膜音響集成電路、運(yùn)算放大集成電路被廣泛用于音響電路。70年代的中期，日本生產(chǎn)出第一只場(chǎng)效應(yīng)功率管。由于場(chǎng)效應(yīng)功率管同時(shí)具有電子管純厚、甜美的音色，以及動(dòng)態(tài)范圍達(dá)90dB、THD<0.01%（100kHz時(shí)）的特點(diǎn)，很快在音響界流行?，F(xiàn)今的許多放大器中都采用了場(chǎng)效應(yīng)管作為末級(jí)輸出。音響技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管的歷史時(shí)期，在不同的歷史時(shí)期都各有其特點(diǎn)。預(yù)計(jì)音響技術(shù)今后的發(fā)展主流為數(shù)字音響技術(shù)。2.3最新技術(shù)近年來(lái)，一種稱為“數(shù)碼功放”的器件悄悄來(lái)到了HiFi領(lǐng)域。有人稱它為音頻放大器的革命，希望給幾成死水一潭的音響業(yè)帶來(lái)生機(jī)。所謂“數(shù)碼功放”，應(yīng)該是讓音頻信號(hào)以純數(shù)碼的形

24、式從輸入開(kāi)始保留到喇叭放音前的最后一級(jí)。基本電路就是D類放大器。D類放大器D 類放大器實(shí)際上是一種開(kāi)關(guān)放大器，其開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)100kHz以上。輸入端是直接從數(shù)碼信號(hào)源如CD唱機(jī)、DVD影碟機(jī)、DVD Audio或SACD光碟機(jī)以及DTV數(shù)碼電視等輸入的數(shù)碼音頻信號(hào)，而不是經(jīng)過(guò)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換或DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換處理的音樂(lè)模擬信號(hào)。典型的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：先由振蕩器調(diào)制直流電源產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)方波信號(hào)，其工作頻率可跟隨輸入信號(hào)變化，設(shè)定為幾十到幾百千赫；脈沖寬度則隨輸入信號(hào)的幅度大小而變化。還可以設(shè)置一個(gè)鋸齒波信號(hào)產(chǎn)生器，其頻率為基準(zhǔn)方波信號(hào)的一倍，并與之同步。鋸齒波信號(hào)用來(lái)同需要放大的、不斷變化的輸入信號(hào)作

25、比較。當(dāng)鋸齒波同輸入信號(hào)發(fā)生差異時(shí)，便產(chǎn)生與其瞬時(shí)振幅一致的相移信號(hào)。再用一個(gè)邏輯上由基準(zhǔn)信號(hào)和相移信號(hào)控制的開(kāi)關(guān)電路輸出一個(gè)極性經(jīng)過(guò)選擇的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)（PWM信號(hào)）。PWM信號(hào)經(jīng)晶體管放大和高速整流，再通過(guò)低通濾波器濾除高頻成分、平滑處理后回復(fù)為音頻信號(hào)饋送揚(yáng)聲器放音。這種電路最大優(yōu)點(diǎn)是功耗極小。因?yàn)樗ǔ２捎媚投螕舸㈤_(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換效率極高的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，運(yùn)行中幾乎沒(méi)有損耗，效率可達(dá)90%以上（普通A類或AB類放大器的效率最大也只不過(guò)50%）。高效意味著耗電小、散熱要求低，從而導(dǎo)致集成電路化的大批量生產(chǎn)。其另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是失真小。我們都知道，為了增加頻響寬度、防止信號(hào)飽和畸變，幾乎所有放大器都

26、需要使用反饋電路，可是反饋產(chǎn)生的延時(shí)效應(yīng)卻對(duì)原音重現(xiàn)帶來(lái)失真。由于數(shù)碼放大器轉(zhuǎn)換時(shí)間極快，延時(shí)效應(yīng)微乎其微，產(chǎn)生的誤差只有傳統(tǒng)模擬放大器的六分之一，所以對(duì)輸出控制得更好，尤其是瞬態(tài)反應(yīng)更為精確真實(shí)，特別適用于爆發(fā)力要求較高的重低音功放。應(yīng)該指出，早期的數(shù)碼功放仍用模擬電路來(lái)處理數(shù)字信號(hào)，雖然效率提高，但高保真效果較差并有射頻干擾。真正的數(shù)碼功放應(yīng)該采用數(shù)字邏輯電路，以先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)來(lái)補(bǔ)償晶體管高速導(dǎo)通、截止時(shí)引起的失真。3.電路的設(shè)計(jì)方案3.1實(shí)驗(yàn)電路的工作原理語(yǔ)音信號(hào)由話筒輸出后，進(jìn)入語(yǔ)音放大器放大并傳入混合前置放大器進(jìn)行放大。放大后的信號(hào)進(jìn)入音調(diào)控制器，然后進(jìn)入功率放大器進(jìn)行功率放大后

27、，由揚(yáng)聲器輸出聲音。3.2 音響放大器的基本組成1) 語(yǔ)音放大器：無(wú)失真地放大語(yǔ)言信號(hào)。2) 混合前置放大器：將錄音機(jī)輸出的音樂(lè)信號(hào)與語(yǔ)音放大器放大后的信號(hào)混合放大。3) 音調(diào)控制器：音調(diào)控制器要求只對(duì)低音頻和高音頻的增益進(jìn)行提升或者衰減，中音頻的增益保持為0dB不變。4) 功率放大器：給音響放大器的負(fù)載RL（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能小，效率盡可能高。3.3音響放大器的組成框架4.核心元器件的介紹4.1 LM324的介紹LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共

28、用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。LM324引腳圖4.2 LM386的介紹 LM386是專為低損耗電源所設(shè)計(jì)的功率放大器集成電路。它的內(nèi)建增益為20，透過(guò)pin 1 和pin8腳位間電容的搭配，增益最高可達(dá)200。LM386可使用電池為供應(yīng)電源，輸入電壓范圍可由4V12V，無(wú)作動(dòng)時(shí)僅消耗4mA電流，且失真低。5.單元電路的設(shè)計(jì)及分析5.1話音放大器話音放大器的主要作用是將話筒輸入的信號(hào)不失真的放大，由于話筒的輸出信號(hào)一般只有5mv，而輸出阻抗達(dá)到20k，所以其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗。具體設(shè)計(jì)見(jiàn)仿真圖

29、5.1.1。 圖5.1.1 話音放大電路圖5.1.1 話音放大級(jí)增益為8.5與20K話筒配接作為話音放大器電路，其交流放大倍數(shù)Av1=1+ R12/ R11=8.5（18.5dB）高阻話筒要求輸入內(nèi)阻很大，采用同相放大電路R12取標(biāo)稱值為75K，R11標(biāo)稱值為10K，電阻R13、R14作用是分流和提供直流偏置電壓R13、R14取標(biāo)稱值為10K。電容C11、C13作用是去直流，C11去標(biāo)稱值為10uF，C13取標(biāo)稱值為1uF，電容C12在電路中起耦合作用，C12取標(biāo)稱值為10uF?？紤]到電路接線出錯(cuò)直流電壓被放大電壓為38.5V, C12兩端電壓達(dá)到38.5V, 電容C12采用耐壓值為50V，C

30、11、C13兩端的電壓為4.5V，耐壓值16V和50V均滿足要求，C11采用耐壓值為16V,C13采用耐壓值為50V。5.2混合前置放大器圖5.2.1 混合前置放大電路混合前置放大器的電路由運(yùn)放組成，是一個(gè)反相加法器電路，話放級(jí)的輸出作為混放級(jí)的輸入，錄音機(jī)的輸入為Vi2,輸出電壓Vo2的表達(dá)式為： Vo2=-(R22/ R21) Vo1 +(R22/ R23) Vi2第一級(jí)為第二級(jí)提供輸入信號(hào)Vo1=42mV，混合前置放大倍數(shù)為3，可以達(dá)到輸出125mV的設(shè)計(jì)要求。輸入信號(hào)為100mV，信號(hào)只錄音機(jī)接口輸入放大倍數(shù)為1，錄音機(jī)輸入信號(hào)為100mV，不放大可以達(dá)到驅(qū)動(dòng)下級(jí)正常工作的要求。取R2

31、3=R22=30K，R21=10 K。電阻R23、R24作用是分流和提供直流偏置電壓，R23、R24取標(biāo)稱值為10K。C21、C22、C24在電路中起耦合作用，C23在電路中起去直流作用。、C21、C22、C23、C24 都取標(biāo)稱值為10uF，如果線路接錯(cuò)，是直流也被放大，直流電壓達(dá)到13.5V，C21、C23電容取耐壓值為16V。C22、C24電容取耐壓值為50V.5.3音調(diào)控制器圖5.3.1 音調(diào)控制器電路5.4功率放大器功率放大器(簡(jiǎn)稱功放)的作用是給音響放大器的負(fù)載RL(揚(yáng)聲器)提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能地小，效率盡可能高。5.4.1 功率放大器電路由于Av=R11/Rf，R11=20k，Av=100，故取Rf=2006.調(diào)試6.1 靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)試接上電源(次級(jí)為12伏)，不帶負(fù)載情況下接通電源，按下電路板上電源開(kāi)關(guān)，測(cè)試濾波電容兩端輸出電壓應(yīng)為14v左右。若出現(xiàn)異常應(yīng)該立即斷電。6.2 最大輸