帶音調(diào)控制的音響放大器設(shè)計(jì)

1、帶音調(diào)控制的音響放大器設(shè)計(jì)1一、設(shè)計(jì)目的 熟悉集成功放的基本特點(diǎn)；了解放大電路的頻率特性及音調(diào)控制原理；學(xué)習(xí)音響電路的測(cè)試方法，測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)及電路的音調(diào)整控制特性。2二、相關(guān)知識(shí)（工作電源）-15V 0V +15V3二、相關(guān)知識(shí)（測(cè)量線）同軸連接器信號(hào)參考屏蔽線信號(hào)輸入4二、相關(guān)知識(shí)（元件清單）5三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備閱讀本實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要說明中的內(nèi)容，按圖的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路布線和組裝。估算前置級(jí)（A1）和音調(diào)控制級(jí)（A2）的電壓增益、音調(diào)控制范圍；了解擴(kuò)音機(jī)電路的各項(xiàng)指標(biāo)，擬訂各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試方法；提出本次實(shí)驗(yàn)所需的儀器設(shè)備。6四、實(shí)驗(yàn)原理 擴(kuò)音機(jī)的整機(jī)電路如下圖所示，按其構(gòu)成，可分為前置放大級(jí)，音調(diào)控制級(jí)和功

2、率放大級(jí)三部分。 7四、實(shí)驗(yàn)原理 功率放大級(jí) 本實(shí)驗(yàn)電路的功率放大級(jí)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(jiǎn)單等特點(diǎn)，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(fù)電源；4腳為輸出端；5腳為正電源。8四、實(shí)驗(yàn)原理 TDA2030A功率集成電路的內(nèi)部電路包含由恒流源差動(dòng)放大電路構(gòu)成的輸入級(jí)、中間電壓放大級(jí)，復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱式OCL電路構(gòu)成的輸出級(jí)；啟動(dòng)和偏置電路以及短路、過熱保護(hù)電路等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 9四、實(shí)驗(yàn)原理 TDA2030A的電源電壓為6V22V，靜態(tài)電流為50mA（典型

3、值）；1腳的輸入阻抗為5M（典型值），當(dāng)電壓增益為26dB、RL=4時(shí)，輸出功率Po=15W。頻帶寬為100KHz。源為14V、負(fù)載電阻為4時(shí)，輸出功率達(dá)18W。 為了提高電路穩(wěn)定性，減小輸出波形失真，功放級(jí)通過R10，R9，C9引入了深度交直流電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由于接入C9，直流反饋系數(shù)F1。對(duì)于交流信號(hào)而言，因?yàn)镃9足夠大，在通頻帶內(nèi)可視為短路，所以交流反饋系數(shù),按電路的實(shí)際參數(shù)。因而該電路的電壓增益?？梢姼淖冸娮鑂9、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(hù)二極管。R11、C10為輸出端校正網(wǎng)絡(luò)以補(bǔ)償電感性負(fù)載，避免自激和過電壓。10TDA2030A技術(shù)參數(shù)

4、詳細(xì)參數(shù)請(qǐng)下載參閱（TDA2030A技術(shù)資料.PDF文件）11TDA2030A技術(shù)參數(shù)12TDA2030A技術(shù)參數(shù)13TDA2030A技術(shù)參數(shù)14TDA2030A典型應(yīng)用15TDA2030A典型應(yīng)用16四、實(shí)驗(yàn)原理 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)范圍寬，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)范圍小一些，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(jí)收錄機(jī)。為使電路簡(jiǎn)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(fù)反饋音調(diào)控制電路。它是通過不同的負(fù)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(hào)頻率不

5、同而改變，從而達(dá)到音調(diào)控制的目的。17四、實(shí)驗(yàn)原理 下圖是這種音調(diào)控制電路的方框圖，它實(shí)際上是一種電壓并聯(lián)型負(fù)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 。音調(diào)控制電路方框圖18四、實(shí)驗(yàn)原理 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(hào)頻率改變，從而達(dá)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。(a)低音提升圖(a)圖(a)中若C1取值較大，只有在頻率很低時(shí)才起作用，則當(dāng)信號(hào)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。19圖(b)中，若C3取值較小只有高頻區(qū)起作用，則當(dāng)信號(hào)在高頻區(qū)且隨

6、頻率升高 減小，所以 提高，從而可得到高音提升。(b)高音提升四、實(shí)驗(yàn)原理圖(b)20(c)高音衰減 (d)低音衰減四、實(shí)驗(yàn)原理圖(c) 同理可以分析圖134(c)(d)，分別可用作高、低音衰減。 圖(d)21四、實(shí)驗(yàn)原理 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=RW29R22 信號(hào)在低頻區(qū) 在低頻區(qū)，因?yàn)镃3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(yùn)放的開環(huán)增益很高，UEUE0（虛地），故R3的影響可忽略，當(dāng)電位器RP2的活動(dòng)端移至A點(diǎn)時(shí)，C1被短路，其等效電路如下圖所示?？?/p>

7、以得到低音最大提升量 按實(shí)際電路參數(shù)R1=R2=R3=20k，RP1=RP2=220k，C1=C2=0.022uF，可得 (約18.6dB)四、實(shí)驗(yàn)原理23轉(zhuǎn)折頻率：以同樣方式可以說明在RP2滑動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，低音地最大衰減量：按實(shí)際電路參數(shù)可得 （約18.6dB）轉(zhuǎn)折頻率：四、實(shí)驗(yàn)原理24 信號(hào)在高頻區(qū) 在高頻區(qū)，因?yàn)镃1和C2較大，對(duì)高頻可視為短路，而C3較小，故C3、R4支路已起作用，其等效電路可畫成如下圖所示(a)形式。四、實(shí)驗(yàn)原理圖(a)圖(b)25 為了便于說明，將電路中接成Y形地R1、R2、R3電路變換成圖(b)所示接成的形電路，這里Ra=Rb=Rc=3R(當(dāng)R1=R2=R3=R時(shí))

8、。設(shè)前級(jí)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(hào)被前級(jí)輸出電阻所旁路，故Rc的影響可忽略（視為開路）。因此當(dāng)RP2滑動(dòng)到C點(diǎn)或D點(diǎn)時(shí)，可分別畫出如下圖(a)和(b)所示的等效電路（因RP2的數(shù)值很大，為簡(jiǎn)單起見，可視為開路）。 四、實(shí)驗(yàn)原理圖(a)圖(b)26上圖(a)顯然具有高音提升作用，其最大提升量按電路實(shí)際參數(shù)R=20k，R4=8.2k，C3=1000P，所以 AUC8.3(約18dB)上圖(b)為高音衰減電路，其衰減量按電路實(shí)際參數(shù) AUD0.12(約-18dB)高頻轉(zhuǎn)折頻率四、實(shí)驗(yàn)原理27 若將音調(diào)控制電路高低音提升和衰減曲線畫在一起，可得到如下圖所示幅頻

9、特性曲線。四、實(shí)驗(yàn)原理20logA18dB0-18fL148fL2410fH12.3KfH219kf(Hz) 由圖可見，音調(diào)控制級(jí)的中頻電壓放大倍數(shù)Aum=1；當(dāng)ffH2 (19KHz)時(shí)高音控制范圍也為18dB。28 前置放大電路（A1） 由A1組成的前置放大電路是一個(gè)同相輸入比例放大器，電路的閉環(huán)特性如下： 理想閉環(huán)電壓增益 輸入電阻rif=R1 輸出電阻rof=0 擴(kuò)音機(jī)電路的增益是很高的，所以擴(kuò)音機(jī)的噪聲主要取決于前置放大器的性能。為了減小前置級(jí)放大器的噪聲，第一級(jí)要選用低噪聲的運(yùn)放。另外，如輸入線的屏蔽情況，地線的安裝等等都對(duì)噪聲有很大影響。四、實(shí)驗(yàn)原理29 擴(kuò)音機(jī)電路的一些主要技術(shù)

10、指標(biāo) 額定輸出功率Po 在滿足規(guī)定的失真系數(shù)和整機(jī)頻率特性指標(biāo)以內(nèi)，功率放大器所輸出的最大功率 Uo亦稱輸出額定電壓 靜態(tài)功耗PQ 指放大器處于靜態(tài)情況下所消耗的電源功率。 效率 放大器在達(dá)到額定輸出功率時(shí)，輸出功率Po對(duì)消耗電源功率PE的百分比，用表示 四、實(shí)驗(yàn)原理30 頻率響應(yīng)（頻帶寬度） 在輸入信號(hào)不變的情況下，輸出幅度隨頻率的變化下降至中頻時(shí)輸出幅度的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍。如下圖所示。圖中fL稱為下限頻率，fH稱為上限頻率。四、實(shí)驗(yàn)原理AUAUO0fLfHf31 音調(diào)控制范圍 為了改善放大器的頻率響應(yīng)，常對(duì)高、低頻增益進(jìn)行控制，如提升或衰減若干分貝，而對(duì)中頻增益不產(chǎn)生影響。若

11、未控制的輸出幅度未Uo，而控制后的輸出幅度為Uo1，則音調(diào)控制范圍為 (即 ) 非線性失真 在規(guī)定的頻帶內(nèi)和額定輸出功率狀態(tài)下，輸出信號(hào)中諧波電壓有效值的總和與基波電壓有效值之比： 式中：U1為輸出電壓基波分量有效值；U2、U3Un分別為二次、三次n次諧波分量有效值。可由失真度測(cè)量?jī)x測(cè)得。 四、實(shí)驗(yàn)原理32 噪聲電壓UN 擴(kuò)音機(jī)輸入信號(hào)為零時(shí)，在輸出端負(fù)載上測(cè)得的電壓有效值為噪聲電壓UN，噪聲電壓是擴(kuò)音機(jī)機(jī)內(nèi)各種噪聲經(jīng)放大后的總和。 輸入靈敏度Uimax 保證擴(kuò)音機(jī)在額定的輸出功率時(shí)所需的輸入信號(hào)。 四、實(shí)驗(yàn)原理33五、焊接布置圖34六、電路原理圖35七、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安裝有兩級(jí)運(yùn)放組成的前置放大級(jí)

12、A1、音調(diào)控制級(jí)A2及集成功放電路，如上頁(yè)電路原理圖所示。并仔細(xì)復(fù)查整機(jī)電路的接線是否正確無誤；測(cè)量各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；注意：測(cè)量集成運(yùn)放各腳的電壓，注意在測(cè)試時(shí)，一般將萬用表測(cè)試棒搭接在與運(yùn)放引腳直接相連的其他連結(jié)點(diǎn)上，以免萬用表測(cè)試棒將運(yùn)放的引腳互相短路，造成運(yùn)放損壞。 36七、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在下列條件下測(cè)試前置級(jí)、音調(diào)控制級(jí)、功率放大級(jí)的電壓增益和整機(jī)增益，并將結(jié)果記入表中。 音量電位器RP3置于最大位置。 音調(diào)控制電位器置中心位置。 擴(kuò)音機(jī)的輸出在額定輸出功率以內(nèi)，并保證輸出波形不產(chǎn)生失真。 輸入信號(hào)頻率為1KHz的正弦波。37七、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量各項(xiàng)指標(biāo)。 最大不失真輸出電壓Vomax(或V

13、opp) 輸入靈敏度Vimax 最大輸出功率Po 在測(cè)這三項(xiàng)內(nèi)容時(shí)，可一次測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后得出各指標(biāo)。具體做法是在輸出端加接額定負(fù)載（4功率電阻），逐漸增大輸入信號(hào)，用示波器同時(shí)觀察輸入、輸出信號(hào)，當(dāng)輸出波形剛好不出現(xiàn)失真時(shí)，用交流毫伏表測(cè)出輸入和輸出電壓。此時(shí)的輸入電壓就是最大輸入靈敏度Vimax（Vimax100mV）；輸出電壓就是最大不失真輸出電壓Vomax。 同時(shí)可得最大輸出功率 38七、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 噪聲電壓VN 除去輸入信號(hào)并且將擴(kuò)音機(jī)電路輸入端對(duì)地短路，此時(shí)測(cè)得的輸出電壓有效值即為VN。 整機(jī)電路的頻率響應(yīng) 在高低音不提升、不衰減時(shí)（即將音調(diào)電位器RP1和RP2放在中心位置），

14、保持輸入信號(hào)幅度不變，并且改變輸入信號(hào)Vi的頻率。隨著頻率的改變，測(cè)出當(dāng)輸出電壓下降到中頻（f=1KHz）輸出電壓Vo的0.707倍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率fL和fH。一般要求頻帶不小于50Hz20KHz。39 f=100Hz時(shí)的音調(diào)控制特性 使電位器RP2旋至二個(gè)極端位置A和B，依次測(cè)出AVA和AVB（即測(cè)出VOA和VOB）,并由此計(jì)算出凈提升量和凈衰減量，用分貝表示。即 和 。 七、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 整機(jī)高低音控制特性 先將RP1、RP2電位器旋至中間位置，減小輸入信號(hào)幅度（f=1KHz），使輸出電壓為最大輸出電壓的10左右。并保持Vi不變，測(cè)出Vo，算出中頻（f=1kHz）時(shí)的AV。 40七、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 f=10KHz時(shí)的音調(diào)控制特性 使電位器RP1旋至二個(gè)極端位置C和D，一次測(cè)出AVC和AVD，由此計(jì)算出凈提升量和凈衰減量，用分