模電課程設(shè)計匯本（音響放大器）

1、 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計說明書音響放大器院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生： 澎指導(dǎo)教師： 松華 職稱 副教授專 業(yè)： 電子信息工程班 級：電子1201班學(xué) 號： 12303401362014 年6 月課題三 音響放大器的設(shè)計（一）設(shè)計目的1、了解集成功率放大器部電路工作原理2、掌握其外圍電路的設(shè)計與主要性能參數(shù)測試方法3、掌握音響放大器的設(shè)計方法與電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)（二）設(shè)計要求和技術(shù)指標1、技術(shù)指標額定功率P0.3W，負載阻抗為10，頻率響應(yīng)圍為50Hz-20KHz，輸入阻抗大于20K，放大倍數(shù)20dB。2、設(shè)計要求（1）設(shè)計話音放大與混合前置放大器、音調(diào)控制級、功率放大級；（2）選定

2、元器件和參數(shù)，并設(shè)計好電路原理圖；（3）在萬能板或面包板或PCB板上進行電路安裝調(diào)測；（4）測試輸出功率；（5）測試輸出阻抗;（6）撰寫設(shè)計報告。（三）設(shè)計報告要求1、選定設(shè)計方案；2、擬出設(shè)計步驟，畫出設(shè)計電路，分析并計算主要元件參數(shù)值；調(diào)試總結(jié)3、列出設(shè)計電路測試數(shù)據(jù)表格；4、進行設(shè)計總結(jié)和分析，并寫出設(shè)計報告。（四）設(shè)計總結(jié)與思考1、總結(jié)話音放大器的設(shè)計和測試方法；2、總結(jié)設(shè)計話音放大器器所用的知識點；目錄第1章緒論11.1 音響的意義11.2音響的技術(shù)指標11.2.1 頻率響應(yīng)11.2.2 信噪比11.2.3 動態(tài)圍21.2.4 失真21.2.5 立體聲分離度21.2.6 立體聲平衡度

3、3第2章音響放大器電路設(shè)計42.1 音響放大器的基本原理42.2 前置放大電路（A1）52.3 音調(diào)控制電路（A2）52.3.1 低音提升62.3.2 高音提升62.3.3 高音衰減72.3.4 低音衰減72.3.5 反饋型音調(diào)控制電路72.3.6 信號在低頻區(qū)82.3.7 信號在高頻區(qū)82.4 功率放大級102.4.1 TDA2030A介紹102.4.2 功率放大電路說明11第3章用multisim仿真音響放大器電路12第4章組裝與調(diào)試134.1電路元件組裝134.2作品調(diào)試13結(jié)束語14參考文獻15附錄A 實物圖16附錄B 元件清單1710 / 13第1章 緒論1.1 音響的意義音響技術(shù)的

4、發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、場效應(yīng)管的歷史時期，在不同的歷史時期都各有其特點。通過音響放大器設(shè)計，使我們認識到一個簡單的模擬電路系統(tǒng)，應(yīng)當包括信號源、輸入級、中間級、輸出級和執(zhí)行機構(gòu)。信號源的作用是提供待放大的電信號，如果信號是非電量，還須把非電量轉(zhuǎn)換為電信號，然后進入輸入級，中間級進行電流或電壓放大，再進入輸出級進行功率放大，最后去推動執(zhí)行機構(gòu)做某項工作。放大器電路發(fā)展更是迅速，已成為新一代音響不可缺少的核心部件，其現(xiàn)實生活中的運用也是非常普遍和廣泛。1.2音響的技術(shù)指標音響系統(tǒng)整體技術(shù)指標性能的優(yōu)劣，取決于每一個單元自身性能的好壞，如果系統(tǒng)中的每一個單元的技術(shù)指標都較高，那么系統(tǒng)整體的技術(shù)指

5、標則很好。其技術(shù)指標主要有六項：頻率響應(yīng)、信噪比、動態(tài)圍、失真度、瞬態(tài)響應(yīng)、立體聲分離度、立體聲平衡度。1.2.1 頻率響應(yīng)所謂頻率響應(yīng)是指音響設(shè)備重放時的頻率圍以及聲波的幅度隨頻率的變化關(guān)系。一般檢測此項指標以1000Hz的頻率幅度為參考，并用對數(shù)以分貝(dB)為單位表示頻率的幅度。1.2.2 信噪比所謂信噪比是指音響系統(tǒng)對音源軟件的重放聲與整個系統(tǒng)產(chǎn)生的新的噪聲的比值，其噪聲主要有熱噪聲、交流噪聲、機械噪聲等等。一般檢測此項指標以重放信號的額定輸出功率與無信號輸入時系統(tǒng)噪聲輸出功率的對數(shù)比值分貝(dB)來表示。一般音響系統(tǒng)的信噪比需在85dB以上。1.2.3 動態(tài)圍動態(tài)圍是指音響系統(tǒng)重放時

6、最大不失真輸出功率與靜態(tài)時系統(tǒng)噪聲輸出功率之比的對數(shù)值，單位為分貝(dB)。一般性能較好的音響系統(tǒng)的動態(tài)圍在100(dB)以上。1.2.4 失真失真是指音響系統(tǒng)對音源信號進行重放后，使原音源信號的某些部分（波形、頻率等等）發(fā)生了變化。音響系統(tǒng)的失真主要有以下幾種。1諧波失真所謂諧波失真是指音響系統(tǒng)重放后的聲音比原有信號源多出許多額外的諧波成分。此額外的諧波成分信號是信號源頻率的倍頻或分頻，它是由負反饋網(wǎng)絡(luò)或放大器的非線性特性引起的。高保真音響系統(tǒng)的諧波失真應(yīng)小于1%。2互調(diào)失真互調(diào)失真也是一種非線性失真，它是兩個以上的頻率分量按一定比例混合，各個頻率信號之間互相調(diào)制，通過放音設(shè)備后產(chǎn)生新增加的

7、非線性信號，該信號包括各個信號之間的和及差的信號。 3瞬態(tài)失真瞬態(tài)失真又稱瞬態(tài)響應(yīng)，它的產(chǎn)生主要是當較大的瞬態(tài)信號突然加到放大器時由于放大器的反映較慢，從而使信號產(chǎn)生失真。一般以輸入方波信號通過放音設(shè)備后，觀察放大器輸出信號的包絡(luò)波形是否輸入的方波波形相似來表達放大器對瞬態(tài)信號的跟隨能力。 1.2.5立體聲分離度立體聲分離度表示立體聲音響系統(tǒng)中左、右兩個聲道之間的隔離度，它實際上反映了左、右兩個聲道相互串擾的程度。如果兩個聲道之間串擾較大，那么重放聲音的立體感將減弱。 1.2.6立體聲平衡度立體聲平衡度表示立體放音系統(tǒng)中左、右聲道增益的差別，如果不平衡度過大，重放的立體聲的聲像定位將產(chǎn)生偏移。

8、一般高品質(zhì)音響系統(tǒng)的立體聲平衡度應(yīng)小于1dB。第2章 音響放大器電路設(shè)計2.1 音響放大器的基本原理音響放大器的作用是對于微弱信號進行電壓放大和功率放大，推動負載工作，同時需要對音調(diào)和音量的調(diào)節(jié)。 音頻信號的輸入，由話音放大電路放大輸出到音調(diào)調(diào)節(jié)電路，在由功率放大電路放大，輸?shù)綋P聲器。音頻輸入語音放大音調(diào)調(diào)節(jié)揚聲器功率放大圖 2-1 音響放大器的工作流程音響放大電路的整機電路如下圖所示，按其構(gòu)成，可分為前置放大級，音調(diào)控制級和功率放大級三部分。圖2-2 音響放大器的整機電路2.2前置放大電路（A1）21RRAuf+=3 由A1組成的前置放大電路是一個同相輸入比例放大器，電路的閉環(huán)特性如下： 理

9、想閉環(huán)電壓增益:(2-1)輸入電阻(2-2)輸出電阻(2-3)圖 2-3 前置放大電路擴音機電路的增益是很高的，所以擴音機的噪聲主要取決于前置放大器的性能。為了減小前置級放大器的噪聲，第一級要選用低噪聲的運放。2.3音調(diào)控制電路（A2）常用的音調(diào)控制電路有三種形式，一是衰減式RC音調(diào)控制電路，其調(diào)節(jié)圍寬，但容易產(chǎn)生失真；另一種是反饋型音調(diào)控制電路，其調(diào)節(jié)圍小一些，但失真??；第三種是混合式音調(diào)控制電路，其電路復(fù)雜，多用于高級收錄機。為使電路簡單而失真又小，本音調(diào)集成功率電路中采用了由阻容網(wǎng)絡(luò)組成的RC型負反饋音調(diào)控制電路。它是通過不同的負反饋網(wǎng)絡(luò)和輸入網(wǎng)絡(luò)造成放大器閉環(huán)放大倍數(shù)隨信號頻率不同而改

10、變，從而達到音調(diào)控制的目的。iZZAuf-=fUUoi下圖是這種音調(diào)控制電路的方框圖，它實際上是一種電壓并聯(lián)型負反饋電路，圖中Zf代表反饋回路總阻抗；Zi代表輸入回路的總阻抗。電路的電壓增益(2-4)圖 2-4 音調(diào)控制電路只要合適選擇并調(diào)節(jié)輸入回路和反饋回路的阻容網(wǎng)絡(luò)，就能使放大器的閉環(huán)增益隨信號頻率改變，從而達到音調(diào)控制的目的。組成Zi和Zp的RC網(wǎng)絡(luò)通常有下圖所示四種形式。2.3.1低音提升圖2-5中若C1取值較大，只有在頻率很低時才起作用，則當信號頻率在低頻區(qū)隨頻率降低， 增大，所以 提高，從而得到低音提升。圖(a)圖 2-5 低音提升電路2.3.2高音提升圖2-6中，若C3取值較小只

11、有高頻區(qū)起作用，則當信號在高頻區(qū)且隨頻率升高 減小，所以 提高，從而可得到高音提升。圖 2-6 高音提升電路2.3.3高音衰減圖 2-7 高音衰減電路圖 2-8 低音衰減電路 2.3.4低音衰減同理可以分析圖2-7、圖2-8，分別可用作高、低音衰減。2.3.5反饋型音調(diào)控制電路如果將這四種電路形式組合起來，即可得到下圖所示的反饋型音調(diào)控制電路。先假設(shè)R1=R2=R3=R；C1=C2C3；RW1=RW29R。圖 2-9 反饋型音調(diào)控制電路2.3.6信號在低頻區(qū)在低頻區(qū)，因為C3很小，所以C3、R4支路可視為開路，反饋網(wǎng)絡(luò)主要由上半部分電路起作用。又因運放的開環(huán)增益很高，UEUE0（虛地），故R3

12、的影響可忽略，當電位器RP2的活動端移至A點時，C1被短路?？梢缘玫降鸵糇畲筇嵘俊０磳嶋H電路參數(shù)R1=R2=R3=20k，RP1=RP2=220k，C1=C2=0.022uF，可得:（2-5）(約18.6dB)轉(zhuǎn)折頻率:（2-6）以同樣方式可以說明在RP2滑動到B點時，低音地最大衰減量:（2-7）按實際電路參數(shù)可得:（2-8）(約18.6dB)轉(zhuǎn)折頻率:（2-9）（2-10）2.3.7信號在高頻區(qū)圖 2-10高頻音調(diào)控制線路（Y型）圖 2-11 高頻音調(diào)控制線路（型）設(shè)前級輸出電阻很?。ㄈ缧∮?00），輸出電壓Uo通過Rc反饋到輸入端的信號被前級輸出電阻所旁路，故Rc的影響可忽略（視為開路）

13、。因此當RP2滑動到C點或D點時，可分別畫出如下圖2-12和圖2-13所示的等效電路（因RP2的數(shù)值很大，為簡單起見，可視為開路）。圖 2-12 等效高頻音調(diào)控制線路（C點）圖 2-13 等效高頻音調(diào)控制線路（D點）上圖2-12顯然具有高音提升作用，其最大提升量:（2-11）按電路實際參數(shù)R=20k，R4=8.2k，C3=1000P，所以:(約18dB)上圖2-13為高音衰減電路，其衰減量:（2-12）按電路實際參數(shù):(約-18dB)高頻轉(zhuǎn)折頻率:（2-13）（2-14）20logA18dB0-18fL148fL2410fH12.3KfH219kf(Hz)若將音調(diào)控制電路高低音提升和衰減曲線畫

14、在一起，可得到如下圖所示幅頻特性曲線。圖 2-14 音調(diào)控制器的幅頻特性曲線由圖2-14可見，音調(diào)控制級的中頻電壓放大倍數(shù)Aum=1；當ffH2 (19KHz)時高音控制圍也為18dB。2.4 功率放大級2.4.1 TDA2030A介紹本實驗電路的功率放大級由集成功率器件TDA2030A連成OCL電路輸出形式。TDA2030A功率集成電路具有轉(zhuǎn)換速率高，失真小，輸出功率大，外圍電路簡單等特點，采用5腳塑料封裝結(jié)構(gòu)。其中1腳為同相輸入端；2腳為反相輸入端；3腳為負電源；4腳為輸出端；5腳為正電源。圖 2-15 TDA2030A功率放大器的引腳圖TDA2030A功率集成電路的部電路包含由恒流源差動

15、放大電路構(gòu)成的輸入級、中間電壓放大級，復(fù)合互補對稱式OCL電路構(gòu)成的輸出級；啟動和偏置電路以及短路、過熱保護電路等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-16所示。圖 2-16 TDA2030A功率放大器部電路結(jié)構(gòu)框圖2.4.2 功率放大電路說明TDA2030A的電源電壓為6V22V，靜態(tài)電流為50mA（典型值）；1腳的輸入阻抗為5M（典型值），當電壓增益為26dB、RL=4時，輸出功率Po=15W。頻帶寬為100KHz。源為14V、負載電阻為4時，輸出功率達18W。為了提高電路穩(wěn)定性，減小輸出波形失真，功放級通過R10，R9，C9引入了深度交直流電壓串聯(lián)負反饋，由于接入C9，直流反饋系數(shù)F1。對于交流信號而言，

16、因為C9足夠大，在通頻帶可視為短路，所以交流反饋系數(shù),按電路的實際參數(shù)。因而該電路的電壓增益。可見改變電阻R9、R10可以改變電路增益。電容C15、C16用作電源濾波。D1和D2為保護二極管。R11、C10為輸出端校正網(wǎng)絡(luò)以補償電感性負載，避免自激和過電壓。圖 2-17 功率放大電路第3章 用multisim仿真音響放大器電路圖 3-1圖 3-2第4章 組裝與調(diào)試4.1電路元件組裝音響放大器是一個小型電路系統(tǒng)，安裝前要對整機線路進行合理布局，一般按照電路的順序一級一級地布線，功放級應(yīng)遠離輸入級，每一級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。步驟：在制作好焊接布線圖之后，在萬能板上

17、焊接元件。焊接前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量，安裝時特別要注意功放塊、運算放大器、電解電容等主要器件的引腳和極性，不能接錯。4.2作品調(diào)試實踐證明，新安裝的電路板往往難以達到預(yù)期的效果，這是因為我們在設(shè)計的時候不可能周全地考慮元件的誤差、器件參數(shù)的分散性、寄生參數(shù)等各種各樣的客觀因素。此外，電路板的安裝中仍存在有可能沒有查出來的錯誤。通過電路板整體測試與調(diào)整，可發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案中的不足，并查出電路安裝中的錯誤然后采取措施加以改進和糾正，就可以使之達到預(yù)定的技術(shù)要求。電路安裝完畢后，必須在不通電的情況下，對電路板進行認真細致的檢查，以便糾正安裝錯誤。檢查應(yīng)特別注意：1元器件引腳之間有無短路，尤其在焊接時

18、，要嚴格按照焊接規(guī)則焊接，否則容易短路。2 電源的正負、負極性有沒有接反，正、負極之間有沒有短路現(xiàn)象，電源線、地線是否接觸良好。3 集成電路的型號及安插方向?qū)Σ粚?，引腳連接處有無接觸不良等。在安裝的時候我們查閱相關(guān)資料，在網(wǎng)上找出各個引腳的標號及參數(shù)。新安裝的電路板將輸入端對地短路，用萬用表測該級輸出端對地的直流電壓。話放級、混合級、音調(diào)級都是由運算放大器組成的，其靜態(tài)輸出直流電壓均為VCC/2，功放級的輸出(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。結(jié)束語這次的模電課程設(shè)計我選擇的是音響放大器的設(shè)計，這次的課程設(shè)計制作，讓我復(fù)習(xí)鞏固模擬電子技術(shù)這門課程，對所學(xué)的知識有一個更加深刻的認識，同時讓我加深的對本專業(yè)課程的興趣，因為那些看起來很奇妙的電子產(chǎn)品通過我自己的雙手制造出來讓我有一種沖擊感， 顛覆感，這種理論轉(zhuǎn)換為實際的感覺很令人醉。我在這次的課程設(shè)計中，首先知道了音響放大器的構(gòu)成以及其工作原理，并且深入理解了集成運算放大器的作用，以前只是在書本中學(xué)習(xí)，會做幾道題，現(xiàn)在通過課程