音響放大器設(shè)計(jì)-東南大學(xué)(共13頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 電子電路實(shí)踐 第 次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： 音響放大器設(shè)計(jì) 院 （系）： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號： 實(shí) 驗(yàn) 室: 實(shí)驗(yàn)組別： 同組人員： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：年評定成績： 審閱教師： 實(shí)驗(yàn)五 音響放大器設(shè)計(jì)【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】設(shè)計(jì)一個(gè)音響放大器，性能指標(biāo)要求為：功能要求 話筒擴(kuò)音、音量控制、混音功能、音調(diào)可調(diào)(選作)額定功率0.5W(失真度THD10%)負(fù)載阻抗10頻率響應(yīng)fL50HzfH20kHz輸入阻抗20k話音輸入靈敏度5mV音調(diào)控制特性(擴(kuò)展)1kHz處增益為0dB，125Hz和8kHz處有12dB的調(diào)節(jié)范圍1. 基本要求功能要求

2、話筒擴(kuò)音、音量控制、混音功能額定功率0.5W(失真度THD10%)負(fù)載阻抗10頻率響應(yīng)fL50HzfH20kHz輸入阻抗20k話音輸入靈敏度5mV2. 提高要求音調(diào)控制特性1kHz處增益為0dB，125Hz和8kHz處有12dB的調(diào)節(jié)范圍。3. 發(fā)揮部分可自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一些附加功能【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解實(shí)驗(yàn)過程：學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、分析、總結(jié)。2. 系統(tǒng)、綜合地應(yīng)用已學(xué)到的模擬電路、數(shù)字電路的知識，在單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用multisim軟件工具設(shè)計(jì)出具有一定工程意義和實(shí)用價(jià)值的電子電路。3. 通過設(shè)計(jì)、調(diào)試等環(huán)節(jié)，增強(qiáng)獨(dú)立分析與解決問題的能力?！緢?bào)告要求】1. 實(shí)驗(yàn)要求：(1) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3、、技術(shù)指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，自選方案設(shè)計(jì)出原理圖，分析工作原理，計(jì)算元件參數(shù)。話音放大器：由于話筒的輸出信號一般只有5mV左右，而輸出阻抗可能高達(dá)到20k。所以話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號(最高頻率達(dá)到20kHz)。其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗。話筒接入后可能會嘯叫，這一般是話筒外殼接地不善引起的。在話筒輸入和地直接接一47uF電容，嘯叫基本消除。由于話筒的輸出信號一般只有5mV左右，而輸出阻抗達(dá)到20k（也有低輸出阻抗的話筒，如20，200等），所以話筒放大器的作用是不失真地放大聲音信號（取頻率lkHz)。其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗。話筒放大器由如圖所示電路組成，即由A1

4、組成的同相放大器，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。滿足：Uo=（1+R4/R1）Ui , 取RF=100K,R1=20 K其放大倍數(shù)AV1為：AV1=1+RF/R1=6 電路中的電容均用來濾波。 混合前置放大器： 混合前置放大器的作用是將mp3輸出的聲音信號與話音信號混合放大，其電路如下圖所示。從圖中可以看出，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：，式中，為話筒放大器的輸出信號，為放音機(jī)的輸出信號。在實(shí)驗(yàn)過程中可調(diào)節(jié)電位器R1和R2以調(diào)整增益。 音調(diào)控制器：圖a.音調(diào)控制曲線音調(diào)控制器的作用是控制、調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率的高低，控制曲線如圖a折線所示。由圖可見，音調(diào)控制器只對

5、低音頻或高音頻的增益進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變。所以音調(diào)控制器的電路由低通濾波器與高通濾波器共同組成。因?yàn)殡娙軨2=C3C4,所以在中、低音頻區(qū)，C4可視為開路，而在中、高音頻區(qū)，C2、C3可視為短路。低音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)Rp1滑到左端時(shí)，C2被短路，C3對低音信號容抗很大，可視為開路；低音信號經(jīng)過R1、R3直接輸入運(yùn)放，輸入量最大；而低音輸出經(jīng)過R2、Rp1、R3負(fù)反饋輸入運(yùn)放，負(fù)反饋量最小，因而低音提升最大；當(dāng)Rp1滑到最右邊時(shí)，與上述情形相反，因而低音衰減最大。不論Rp怎樣滑動，因?yàn)镃2、C3對高音信號可視為短路，對高音信號無任何影響。高音調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)Rp2滑到左端時(shí)，因C4對高音可視為

6、短路，高音信號經(jīng)R5、C4輸入運(yùn)放，輸入量最大；而高音輸出則經(jīng)過Rp2，R5負(fù)反饋送入運(yùn)放，負(fù)反饋量最小，因而高音提升最大；當(dāng)Rp2滑臂滑到最右端時(shí)，則剛好相反，因而高音衰減最大。不論Rp2滑臂怎樣滑動，因?yàn)镃4對中低音信號可視為是開路的，所以此時(shí)對中低音信號無任何影響。 功率放大器：功率放大器給音響放大器的負(fù)載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的大，輸出信號的線性失真盡可能的小，效率盡可能的高。功率放大器的常用形式有OTL電路和OCL電路等。有用專用集成運(yùn)算放大器和晶體管組成的功率放大器，也有專用集成電路功率放大器。此處采用OCL功率放大器電路。功放的電壓增益為：若取R2

7、 = 1k，則R3 + RP1 = 19 k.現(xiàn)取R3 = 10 k,RP1 = 100k。如果功放級前級是音量控制電位器（設(shè) 4.7 k），則取R1 = 47k以保證功放級的輸入阻抗遠(yuǎn)大于前級的輸出阻抗。若取靜態(tài)電流Io = 1mA，因靜態(tài)時(shí)Vo = 0，故可得 （設(shè)RP2 = 0） 則 R4 = 11.3 k 取標(biāo)稱值 11 k。其他元件參數(shù)的取值如圖所示。(2) 利用EDA軟件進(jìn)行仿真，并優(yōu)化設(shè)計(jì)（對仿真結(jié)果進(jìn)行分析）。 話音放大器：Ui=10mV，Uo=59.9mVAu=6UoUi分析：電壓增益為6，與理論是一致的。 話放輸入U(xiǎn)i1混音放大器：混合放大輸出Uo話放輸入U(xiǎn)i1=100mV

8、Mp3輸入U(xiǎn)i2=100mV混合放大后輸出Uo=307mVMp3輸入U(xiǎn)i2分析：通過觀察輸入和輸出的峰峰值可知，滿足，與理論分析是一致的。音調(diào)控制器：當(dāng)頻率f=1K時(shí)：Ui=100mvUo=100mV分析：當(dāng)頻率為1K時(shí)，增益為0db，達(dá)到要求。當(dāng)頻率為125Hz時(shí)：A：放大：Ui=100mvUo=248mVB：衰減：Ui=100mvUo=248mV分析：放大時(shí)：Au=20log（248/100）=8db，小于要求的12db，衰減時(shí)：Au=20log（40/100）=-8db,大于要求的-12db，這是由于自己在音調(diào)電路中的R1和R2選擇太大導(dǎo)致的。當(dāng)頻率為8k時(shí)：A：放大Ui=100mvUo

9、=373mVB：衰減Ui=100mvUo=27.2mV分析：放大時(shí)：Au=20log（373/100）=11.4db,基本達(dá)到要求的12db衰減時(shí)：Au=20log（27.2/100）=-11.3,基本達(dá)到要求的-12db功率放大器：Ui=100mvUo=5.2V分析：Au=52，通過調(diào)節(jié)電位器Rp1可以實(shí)現(xiàn)增益的調(diào)節(jié)(3) 實(shí)際搭試所設(shè)計(jì)電路，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求（實(shí)物圖要有圖片）。功放電路音調(diào)控制混放電路話放電路(4) 按照設(shè)計(jì)要求對調(diào)試好的硬件電路進(jìn)行測試，記錄測試波形及數(shù)據(jù)，分析電路性能指標(biāo)。 額定功率：最大不失真電壓Uo（峰峰值）=13.2V，有效值為4.67VUi（峰峰值）=30mv

10、分析：額定功率Po=Vo2/RL=4.672/10=2.2W，這顯然大于要求的0.5W，說明設(shè)計(jì)合理。 頻率響應(yīng)：注：由于驗(yàn)收那天掃頻儀的探頭不知所蹤，故只能用示波器測量頻率響應(yīng)，方法為先測量中頻區(qū)的輸出電壓，接著在不改變輸入電壓的情況下，調(diào)節(jié)頻率，使得輸出電壓為中頻區(qū)的0.707倍，這樣便可測得上限頻率和下限頻率。Ui（峰峰值）=5mV中頻區(qū)（取頻率f=1K）：Uo（峰峰值）=2.64V下限截止頻率：保持輸入U(xiǎn)i=5mv，降低輸入的頻率，使得輸出Uo=0.707*2.64=2.12VUo（峰峰值）=2.12VUi（峰峰值）=5mV此時(shí)的頻率即為下限頻率：fL=10Hz，小于要求的50Hz，說

11、明設(shè)計(jì)合理。上限截止頻率：保持輸入U(xiǎn)i=5mv，提升輸入的頻率，使得輸出Uo=0.707*2.64=2.12V注：輸入的波形忘記顯示，望老師見諒Uo（峰峰值）=2.12V此時(shí)的頻率即為上限截止頻率：fH=25K，大于要求的20K，說明設(shè)計(jì)合理。 輸入阻抗：在電源輸出串接一50K的電阻作為Rs,測得Us=7.5mV,Ui=5mV，則輸入阻抗為100k，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要求的20k，說明設(shè)計(jì)合理。 輸入靈敏度：Ui（峰峰值）=4mV測量方法：將音調(diào)控制器的兩個(gè)電位器調(diào)節(jié)到中間位置，音量控制電位器調(diào)到最大值，使Vi從零開始逐漸增大，直到Vo達(dá)到額定功率值時(shí)所對應(yīng)的輸入電壓值即為輸入靈敏度。 Uo（峰峰值）=

12、13.2V分析：輸入靈敏度為4mv（峰峰值），小于題目的要求。故設(shè)計(jì)合理。 噪聲電壓音響放大器的輸入為零時(shí)，輸出負(fù)載RL上的電壓稱為噪聲電壓測量方法：將音調(diào)控制器的兩個(gè)電位器調(diào)節(jié)到中間位置，音量控制電位器調(diào)到最大值，輸入端對地短路，用示波器觀測輸出負(fù)載RL端的電壓波形，用交流毫伏表測量其有效值。通過交流毫伏表測得有效值為9mV， 整機(jī)效率： 在輸出額定功率的情況下，將電流表串入VCC支路中，測得總電流I=0.5A，又Vcc=7.5V。故=2.2/(0.5*7.5)=58.6%. 諧波失真度：由于實(shí)驗(yàn)器材限制，故此項(xiàng)沒有測，望老師見諒。 音調(diào)控制特性（擴(kuò)展）：注：由于當(dāng)時(shí)驗(yàn)收通過后，心情過于激動

13、，導(dǎo)致部分音調(diào)波形未采用雙蹤顯示，但已事先跟老師說明，望老師見諒。說明：音調(diào)所有的輸入均為100mV（峰峰值）1、當(dāng)頻率為1KHz時(shí)：Uo=107mv分析：Au=20log（107/100）=0.58db,略大于要求的0db，但基本達(dá)到要求。2、當(dāng)頻率為125Hz時(shí)：A：放大時(shí)Uo=258mvB:衰減時(shí)Uo=48mv分析: 放大時(shí)：Au=20log（258/100）=8.23db，小于要求的12db，衰減時(shí)：Au=20log（48/100）=-6.4db,大于要求的-12db，正如仿真所說的，這是由于自己在音調(diào)電路中的R1和R2選擇太大導(dǎo)致的。3、當(dāng)頻率f=8K時(shí)A：放大時(shí)Uo=374mvB:

14、衰減時(shí)：Uo=36mv分析: 放大時(shí)：Au=20log（374/100）=11.45db，略小于要求的12db，衰減時(shí)：Au=20log（36/100）=-8.87db,大于要求的-12db，放大區(qū)與仿真結(jié)果一致，但衰減區(qū)與仿真存在一定誤差。 綜上：音調(diào)控制器實(shí)現(xiàn)了對低音頻或高音頻的增益進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變，但是對于低頻或高頻增益的提升或衰減的范圍與要求的正負(fù)12db存在一定誤差，尤其是低頻段，說明了自己在參數(shù)選擇上仍存在不足。綜合分析：此次實(shí)驗(yàn)基本達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求：額定功率0.5W(失真度THD10%)負(fù)載阻抗10頻率響應(yīng)fL50HzfH20kHz輸入阻抗20k話音輸入靈敏度5m

15、V僅在音調(diào)調(diào)節(jié)部分略有不足（5）整機(jī)信號試聽效果： 話音擴(kuò)音：聲音清晰，音量大小也可以調(diào)節(jié). Mp3音樂試聽：各種音樂播放效果都相當(dāng)不錯(cuò)，且實(shí)現(xiàn)了音量和音調(diào)的可調(diào)。 混音功能：混音的效果很好，音樂播放時(shí)對著話筒講話聲音可以聽見的同時(shí)又不會完全蓋過音樂，兩個(gè)信號大小調(diào)節(jié)較好，又很清晰。 音調(diào)控制（提高）： 對于高音部分，調(diào)節(jié)時(shí)，可以清楚地聽見聲音變得更加尖銳，而對于低音部分，則效果不是特別明顯，這從音調(diào)部分測得的數(shù)據(jù)也可知這是因?yàn)楦哳l部分的增益調(diào)節(jié)范圍明顯大于低頻區(qū)的調(diào)節(jié)范圍。（6）實(shí)驗(yàn)經(jīng)過與體會1、設(shè)計(jì)過程：設(shè)計(jì)過程遇到的困難主要來自于音調(diào)和功放兩部分，一開始想嘗試自己設(shè)計(jì)電路，音調(diào)控制器本質(zhì)

16、就是低通濾波器和高通濾波器的結(jié)合，但無奈自己始終無法設(shè)計(jì)出來，只好通過上網(wǎng)搜尋才得到了相關(guān)的電路圖。但是事先由于有經(jīng)過自己的思考，這使得自己在理解該電路圖時(shí)能事半功倍。而對于功放電路，原本想采用教材提供的電路，但是該電路較為簡單，應(yīng)該很多細(xì)節(jié)沒有充分到，如消振，以及對電路的保護(hù)等。故最終選擇采用老師去年提供的功放電路圖。2、調(diào)試過程：A、由于事先對于電路有了很好的規(guī)劃，將整個(gè)面包板分成三層（可結(jié)合前面拍的實(shí)物圖）：第一層為話放電路和混放電路；第二層為音調(diào)控制器;第三層為功放電路。整個(gè)布局應(yīng)該說是相當(dāng)合理的。這也使得自己一開始搭出電路后，mp3試聽時(shí)基本沒有噪音。但由于當(dāng)時(shí)沒有話筒，只得等到第二

17、天才能檢測話放效果和混音效果B、一開始把話筒接在輸入端時(shí)，居然什么聲音都聽不到，包括mp3的音樂也聽不到，但是原因始終找不到，原來話筒是壞的，這是在自己更換了話筒后才發(fā)現(xiàn)，但此時(shí)卻發(fā)現(xiàn)有嘯音，這可能是由于自己雖然布局合理，但是由于自己在布線上，長短不一，有的地方突起明顯，存在分布電容，導(dǎo)致自激產(chǎn)生。于是乎，只得改變部分連線，使之更為合理，終于有所改善。但是仍存在明顯的噪音。且mp3的音效也大不如前，經(jīng)過分析可能是由于周圍的示波器探頭以及函數(shù)信號發(fā)生器的探頭放在面包旁邊形成了干擾，故將這些線全部移開，果然此時(shí)不論是mp3的音質(zhì)還是話音擴(kuò)音以及混音效果都十分明顯。3、體會：此次實(shí)驗(yàn)是繼上一個(gè)實(shí)驗(yàn)信號分解、產(chǎn)生與合成的又一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。它考察了我們對運(yùn)放的使用，同時(shí)對于濾波電路也進(jìn)行了考察，最重要的是對于三極管的使用，以及功率電路的考察。該實(shí)驗(yàn)又一次讓我們體會到了模塊化的思想的重要性，與之前的電路不同的是，此時(shí)音響放大電路對于布局和布線的要求更加嚴(yán)格，這也是為什么很多人一旦將話筒接上后便發(fā)生了