音響放大器設計

信息工程學院課程設計-1-課程設計報告書題目:音響放大器設計課程：電子線路課程設計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學號：學生姓名：指導教師：2023年01月07日18-摘要在Multisim10軟件環(huán)境下，采用運算放大集成電路模塊和功率放大集成電路模塊設計音頻功率放大器，并根據(jù)其結構模塊提出設計思路及論證，再通過仿真驗證方案的正確性。再根據(jù)其交流電源聯(lián)想提出由Multisim10設計一種由運算放大器構成的精確可控矩形波信號發(fā)生器，結合系統(tǒng)電路原理圖重點闡述了各參數(shù)指標的實現(xiàn)與測試方法。最后，簡單介紹了直流穩(wěn)壓電源的構成及其簡單仿真設計。關鍵詞：運算放大集成電路，模塊，功率放大集成電路，矩形波，直流穩(wěn)壓源。AbstractIntheMultisim10

softwareenvironment,

using

anoperationalamplifierintegrated

circuitmoduleandapoweramplifying

integratedcircuitmodule

designoftheaudiopoweramplifier,

andputsforwardthedesign

ideasand

arguments

accordingtoitsstructure

module,

andthenthroughthe

correctnessofthesimulation

verificationscheme.Accordingtothe

ACpowersupply

association

proposedbyMultisim

10

todesigna

composedof

operationalamplifier

preciselycontrollable

rectangular

wavesignalgenerator,

combinedwiththe

circuitdiagramofthesystem

focusesonthe

realizationandtest

method

ofeachparameterindex.Finally,

brieflyintroduces

designconsistsof

DCregulatedpowersupply

andasimple

simulation.Keyword:Anoperationalamplifierintegrated

circuit,，Modular，Poweramplifier

integratedcircuit，Rectangularwave，DCvoltagestabilized

source。目錄摘要 -3-Abstract -4-1緒言 -5-2音響放大器 -6-2.1設計任務與要求 -6-2.1.1設計要求 -7-2.1.2設計參數(shù) -7-2.2方案設計與論證 -7-2.2.1方案一 -7-2.2.2方案二 -8-2.2.3用集成運算放大器放大信號的主要優(yōu)點 -9-2.3.單元電路設計與參數(shù)計算 -10-2.3.1語音放大集成電路 -10-2.3.2功率放大部分電路 -11-2.4總原理圖 -13-3可控矩形波信號發(fā)生器 -15-4直流穩(wěn)壓電源 -16-4.1直流穩(wěn)壓電源的基本組成 -16-4.2仿真模型 -16-4.2.1整流電路模型 -16-4.2.2濾波電路模型 -18-4.2.3穩(wěn)壓電路模型 -19-5總結 -20-致謝 -21-參考文獻 -22-1緒言進入21世紀以后，各種便攜式的電子設備成為了電子設備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通信工具的手機，到作為娛樂設備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設備。所有這些便攜式的電子設備的一個共同點，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個音頻放大器；另一個特點就是它們都是電池供電的，都希望能夠有較長的使用壽命。音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號，信號音量和功率級都要理想——如實、有效且失真低。音頻范圍為約20Hz～20kHz，因此放大器在此范圍內必須有良好的頻率響應(驅動頻帶受限的揚聲器時要小一些，如低音喇叭或高音喇叭)。根據(jù)應用的不同，功率大小差異很大，從耳機的毫瓦級到TV或PC音頻的數(shù)瓦，再到“迷你”家庭立體聲和汽車音響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上，大到能滿足整個電影院或禮堂的聲音要求。音頻放大器的一種簡單模擬實現(xiàn)方案是采用線性模式的晶體管，得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。正向電壓增益通常很高(至少40dB)。如果反饋環(huán)包含正向增益，則整個環(huán)增益也很高。因為高環(huán)路增益能改善性能，即能抑制由正向路徑的非線性引起的失真，而且通過提高電源抑制能力(PSR)來降低電源噪聲，所以經(jīng)常采用反饋。方波信號就是指電路系統(tǒng)中信號的質量，如果在要求的時間內，信號能不失真地從源端傳送到接收端，我們就稱該信號是方波信號。信號具有良好的方波信號是指當在需要的時候，具有所必需達到的電壓電平數(shù)值；差的方波信號不是由某一單一因素導致的，而是板級設計中多種因素共同引起的，主要的方波信號問題包括反射、振蕩、地彈、串擾等。直流穩(wěn)壓電源就是能為負載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源隨著電子設備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的方向發(fā)展，對電子設備的供電電源提出了高的要求。其基本功能有：a、輸出電壓值能夠在額定輸出電壓值以下任意設定和正常工作。b、輸出電流的穩(wěn)流值能在額定輸出電流值以下任意設定和正常工作。c、直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓與穩(wěn)流狀態(tài)能夠自動轉換并有相應的狀態(tài)指示。d、對于輸出的電壓值和電流值要求精確的顯示和識別。e、對于輸出電壓值和電流值有精準要求的直流穩(wěn)壓電源，一般要用多圈電位器和電壓電流微調電位器，或者直接數(shù)字輸入。f、要有完善的保護電路。直流穩(wěn)壓電源在輸出端發(fā)生短路及異常工作狀態(tài)時不應損壞，在異常情況消除后能立即正常工作。2音響放大器2.1設計參數(shù)采用運算放大集成電路和功率放大集成電路設計音頻功率放大器①負載阻抗RL=8。②放大器的額定功率>=1W（<3%）。③放大器截止頻率fL=40Hz，fH=10KHz④輸出紋波小于100mv。2.2方案設計與論證2.2.1方案一完全分立元件阻容耦合多級放大器設計:圖2-1方案一結構框圖圖2-2方案一原理圖簡要原理分析:當輸入信號處于正半周期時，VT3導通，VT2截止，于是VT3以射極輸出的形式將信號傳遞給負載，同時向CO充電，因為CO電容量大，其上電壓基本不變，維持在1/2VCC；當輸入信號處于負半周時，VT2導通，VT3截止，已充電的C0充當VT2的電源，同時放電，VT2也以射極輸出形式將信號傳輸給負載RL，這樣在RL上得到了完整的輸出波形。2.2.2方案二采用集成運算放大器設計基本放大電路，用741進行放大，放大倍數(shù)為1~5倍，然后用LM301AD放大再放大100倍輸入級輸入級中間極輸出級輸出調節(jié)LM386是高保真集成功率放大器短路保護過熱保護負載揚聲器圖2-3方案二結構框圖圖2-4方案二原理圖簡要原理分析：根據(jù)實驗要求,最后輸出功率為大于1W，Po=Uo/RL,RL=8Ω,又Po≥1W，而最大不失真電壓為LM301AD輸出的最大不失真電壓Uom=Vcc/2,而我們設計的直流電壓源輸出電壓為12v，所以Uom=12/2=4.24v，4.24>4，，所以能達到要求。設計要求輸入vi=10mV，也就是要求放大倍數(shù)大于400倍，但是所選芯片的最大放大倍數(shù)為100倍，遠不能實現(xiàn)，所以在之前要用741進行放大。本設計選用方案二進行設計，采用集成運算放大器設計具有如下優(yōu)點：a、電路設計簡化，組裝高度方便，只需適當選配外接元件，便可實現(xiàn)輸入、輸出的各種放大關系。b、由于運放的開環(huán)增益都很高，用其構成的放大電路一般工作在深度負反饋的閉環(huán)狀態(tài)，則性能穩(wěn)定，非線性失真小。c、運放的輸入享受搞高，失調和漂移都很小，故很適合于各種微弱的信號放大。又因其具有很高的共模抑制比，對溫度的變化、電源的波動以及其他外界干擾都有很強的抑制能力。d、由運放構成的放大單元功耗低、體積小、壽命長，使整機使用的元器件數(shù)大大減少，成本降低，工作可靠性大為提高。2.3.單元電路設計與參數(shù)計算2.3.1語音放大集成電路圖2-5仿真圖為:由于話筒提供的信號非常弱，要在音調控制級前加一個前置放大器?？紤]到設計電路對頻率響應及零輸入時的噪聲、電流、電壓的要求，前置放大器選用集成運算放大器ua741。前置放大電路是由ua741放大器組成的一級放大電路，放大倍數(shù)，即1+R2/R1，取R2=100K?電位器,R1=2K?,所用電源Vcc=+12V，Vee=-12V。經(jīng)過前級運放的放大，放大倍數(shù)由R2可調。2.3.2功率放大部分電路圖2-6仿真圖為:最后輸出功率為大于1W，Po=Uo/RL,RL=8Ω,又Po≥1W，而最大不失真電壓為LM301AD輸出的最大不失真電壓Uom=Vcc/2,而我們設計的直流電壓源輸出電壓為12v，所以Uom=12/2=4.24v，4.24>4，，所以能達到要求。設計要求輸入vi=10mV，也就是要求放大倍數(shù)大于400倍，但是我們所選的芯片的最大放大倍數(shù)為100倍，遠不能實現(xiàn)，所以在之前要用741進行放大。輸入為Ui=10mv.進過741之后放大倍數(shù)須大于2倍，則輸出為Uo1>20mv。然后經(jīng)過LM301AD放大100倍后輸出電壓為Uo>4v,但是最大不失真電壓為Uom=12/2=4.24v，所以總放大倍數(shù)最大為不大于424倍。2.4電路總原理圖圖2-7仿真圖為:

3可控矩形波信號發(fā)生器矩形波振蕩電路(又稱多諧振蕩器)由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。滯回比較器起開關作用，RC電路的作用是產(chǎn)生暫態(tài)過程。RC回路既是延遲環(huán)節(jié)，亦是反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電過程實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉換。在運放的輸出端引入限流電阻和兩個背靠背的穩(wěn)壓管就組成了雙向限幅矩形波發(fā)生器。圖3-1矩形波信號發(fā)生器仿真模型為：圖3-2矩形波信號發(fā)生器電壓幅值調節(jié)范圍為0-10.5V；電路的輸出阻抗為224未接入幅值調節(jié)電路時的輸出阻抗為1042。4直流穩(wěn)壓電源4.1直流穩(wěn)壓電源的基本組成圖4-14.2仿真模型4.2.1整流電路模型圖4-2參數(shù)：直流分量為8.051V，交流分量為-15.625V。仿真圖為:4.2.2濾波電路模型圖4-3參數(shù)：負載RL=240；電容C=470Uf；直流分量為-23.948V，交流分量為0.75V。仿真圖為:4.2.3穩(wěn)壓電路模型圖4-4參數(shù)：負載：RL=240；電容C=470uF；直流分量為23.287V，交流分量為1.009V；Vo波形為直線。仿真圖為:5心得體會回顧整個設計過程，發(fā)現(xiàn)自己真的有很多不足，真是書到用時方恨少。在課程設計過程中，溫故而新，