模拟电子技术课程设计说明书音响放大器设计

武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书目录摘要31 已知条件及技术指标要求42 设计方案53 主要技术指标的测试方法73.1 额定功率73.2 频率响应73.3 音调控制特性 73.4 输入阻抗73.5输入灵敏度 83.6 噪声电压83.7 整机效率84 设计内容 94.1功率放大器设计94.2 音调控制器(含音量控制)设计94.3 话筒放大器与混合前置放大器设计95 计算机仿真126 设计小结137 参考文献14摘要这个音响放大器的设计过程为：首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前级逐级计算。只需给定电子混响器电路模块，需要设计的电路为话筒放大器，混合前置放大器，音调控制器及功率放大器。根据题意要求，输入信号为5mV时输出功率的最大值为lW，因此电路系统的总电压增益=Ui=566(55dB)，由于实际电路中会有损耗，故取=600(556dB)，各级增益分配如图4所示。功放级增益由集成功放块决定，取=100(40dB)，音调控制级在fo=lkHz时，增益应为1(0dB)，但实际电路有可能产生衰减，取=0.8 (一2dB)。话放级与混合级一般采用运算放大器，但会受到增益带宽积的限制，各级增益不宜太大，取=75(175dB)， =l(OdB)。 1 已知条件及技术指标要求已知条件：+Vcc=+9V，话筒(低阻20)的输出电压5mV，录音机的输出信号100mV。电子混响延时模块1个，集成功放块LA4102一块，84W负载电阻一只，84W扬声器一只，集成运放LM324一块。 主要技术指标： 额定功率 Po1W(3%)； 负载阻抗 =8； 频率响应-厂 =40Hz10kHz； 音调控制特性 1kkHz处增益为0dB，100Hz和10kHz处有12dB的调节范围，=+20dB； 输入阻抗Ri20。2 设计方案2.1音响放大器的基本组成如图2.1。各部分电路的作用如下： 图2.1音响放大器的组成图2.1.1话筒放大器 由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kf)亦有低输出阻抗的话筒(如20Q，20012等)，所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。2.1.2电子混响器 电子混响器的作用是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。在“卡拉OK(不需乐队，利用磁带伴奏歌唱)伴唱机中，都带有电子混响器。电子混响器的组成如图2.1.2a所示，其中BBD器件称为模拟延时集成电路，内部由场效应管构成多级电子开关和高精度存贮器。在外加时钟脉冲作用下，这些电子开关不断地接通和断开，对输入信号进行取样、保持并向后级传递，从而使BBD的输出信号相对于输人信号延迟了一段时间。BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延迟时间越长。BBD配有专用的时钟电路，如MN3102时钟电路与MN3200系列的BBD器件配套。电子混响器的电路如图345所示，其中两级二阶(MFB)低通滤波器A，、A：滤去4kHz(语音)以上的高频成分，反相器A3用于隔离混响器的输出与输入级间的相互影响。RPl控制混响器的输入电压，RP2控制MN3207的输出平衡以减小失真，RP3控制延时时间，RP4控制混响器的输出电压。其实验电路如图2.1.2b。2.1.3混合前置放大器混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号进行混合放大。其电路如图2.1.3所示一个反向加法电路，输出与输入电压间的关系为 (21) 图式中 U1话筒放大器输出电压； 图2.1.3混合前置放大器 U2录音机输出电压。 图2.1.2a电子混响器的组成图图2.1.2b电子混响延时器实验电路3主要技术指标的测试方法3.1额定功率音响放大器输出失真度小于某一数值(如5)时的最大功率称为额定功率，即 （3.1）式中额定负载阻抗； (有效值)- 两端的最大不失真电压。 测量的条件：信号发生器输出频率f1=lkHz，输出电压Ui=20mV，音调控制器的两个电位器RPl、RP2置于中间位置，音量控制电位器RP3置于最大值，双踪示波器观测Ui及Uo的波形，失真度测量仪监测Uo的波形失真。测量Po的步骤是：功率放大器的输出端接额定负载电阻 (代替扬声器)，输入端接Ui，逐渐增大输入电压Ui，直到Uo的波形刚好不出现削波失真(或3)，此时对应的输出电压为最大输出电压，由式（4.1）即可算出额定功率Po，请注意，最大输出电压测量后应迅速减小Ui，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。3.2频率响应放大器的电压增益相对于中音频率fo(1kHz)的电压增益下降3dB时所对应的低音频率和高音频率称为放大器的频率响应。测量条件同上，调节RP3使输出电压约为最大输出电压的50。测量步骤是：话筒放大器的输入端接Ui=20mV，输出端接音调控制器，使信号发生器的输出频率从20Hz50kHz变化(保持Ui=20mV不变)，测出负载电阻上对应的输出电压Uo，用半对数坐标纸绘出频率响应曲线，并在曲线上标注与值。3.3音调控制特性Ui(=100mV)从音调控制级输入端耦合电容加入，Uo从输出端耦合电容引出。先测lkHz处的电压增益Au(0dB)，再分别测低频特性和高频特性。测低频特性：将RPl的滑臂分别置于最左端和最右端时，频率从20HzlkHz变化，记下对应的电压增益。同样，测高频特性是将RP2的滑臂分别置于最左端和最右端，频率从(150)kHz变化，记下对应的电压增益。最后绘制音调特性曲线，并标注、等频率对应的电压增益。3.4输入阻抗从音响放大器输入端(如话筒放大器输入端)看进去的阻抗称为输入阻抗Ri。如果接高阻话筒，Ri应远大于20k。接电唱机，Ri应远大于500k。Ri的测量方法与放大器的输入阻抗测量方法相同。3.5输入灵敏度使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压(有效值)称为输入灵敏度。测量条件与额定功率的测量相同，测量方法是，使Ui从零开始逐渐增大直到Uo达到额定功率值时对应的电压值，此时对应的Ui值即为输入灵敏度。3.6噪声电压音响放大器的输入为零时，输出负载上的电压称为噪声电压UN。测量条件同上，测量方法是，使输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观测输出负载RL的电压波形，用交流电压表测量其有效值。3.7整机效率 (37)式中Po输出的额定功率；Pc输出额定功率时所消耗的电源功率。 设计一音响放大器，要求具有电子混响延时，音调输出控制、卡拉OK伴唱，对话筒与放音机的输出信号进行扩音。4设计内容这个音响放大器的设计过程为：首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前级逐级计算。只需给定电子混响器电路模块，需要设计的电路为话筒放大器，混合前置放大器，音调控制器及功率放大器。根据题意要求，输入信号为5mV时输出功率的最大值为lW，因此电路系统的总电压增益=Ui=566(55dB)，由于实际电路中会有损耗，故取=600(556dB)，各级增益分配如图4所示。功放级增益由集成功放块决定，取=100(40dB)，音调控制级在fo=lkHz时，增益应为1(0dB)，但实际电路有可能产生衰减，取=0.8 (一2dB)。话放级与混合级一般采用运算放大器，但会受到增益带宽积的限制，各级增益不宜太大，取=75(175dB)， =l(OdB)。 图4整机电路的级数图4.1功率放大器设计由于采用集成功率放大器，电路设计变得十分简单，只要查阅手册便可得到功放块外围电路的元件值，如图4.1所示其功放级的电压增益为 1=100如果输出波形出现高频自激(叠加毛刺)，可以在脚与脚之间加015F的电容4.2音调控制器(含音量控制)设计音调控制器的电路如图4.2所示。运算放大器选用单电源供电的四运放LM324，其中RP33称为音量控制电位器，其滑臂在最上端时，音响放大器输出最大功率。转折频率及=400Hz则 =/10=40Hz =2.5KHz =10=25 KHz R31、R32、RP31不能取得太大，否则运放漂移电流的影响不可忽略，但也不能太小，否则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一般取几千欧至几百千欧。现取RP3，=470k，Rs，R31=R32=47k，则 =(RP31+R3z)R3l=1+RP31R3l=11(208dB)可得 =12RP3lC32 则 C32=0.008F取标称值001F，即 C31=C32=O0lF =3=3=3则 R34=R31=R32=47kQ Ra=3R4=141k =(+R3)R320dBR33=/10=141k 取标称值13k 可得 =12R3C3 则 C33=490pF 取标称值510pF 取RP32=RP31=470k，RP33=10K，级间耦合与隔直电容C34=C35=10F。图4.1功率放大器的实验电路图图4.2音调控制器的电路图4.3话筒放大器与混合前置放大器设计图4.3所示电路由话筒放大与混合前置放大两级电路组成。其中，组成同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话筒放大器电路，其放大倍数为 =1+R12/R11=7.8(17.8dB)四运放LM324的频带虽然很窄(增益为1时，带宽为1MHz)，但这里放大倍数不高，故能达到=10kHz的频响要求。混合前置放大器的电路由运放A2组成，这是一个反向加法器电路，输出电压Uo2的表达式为Uo2=-(R22R21)Uo1+(R22R23)Ui2根据图5的增益分配，混合级的输出电压Uo2375mV，而话筒放大器的输出Uo1已经达到了Uo2的要求，即Uo1=Au1Ui1=39mV，所以取R21=R22。录音机输出插孔的信号Ui2一般为100mV，已经远大于Uo2的要求，所以对Ui2要进行适当衰减，否则输出会产生失真。取R23=100k，R22=R21=39k，以使录音机输出经混合级后也达到Uo2的要求。如果要进行卡拉OK歌唱，可在话放输出端及录音机输出端接两个音量控制电位器RPl1、RPl2：图5.3分别控制声音和音乐的音量。 由以上得音响放大器整机实验电路图，如图4.4所示图4.3混合前置放大两级电路图图5.4音响放大器整机实验电路图5设计小结通过此次的课程设计，我明白了音响放大器的构成及工作原理，深入理解了集成运算放大器的作用，深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力, 我对模拟电子技术基础这门课产生了浓厚的学习兴趣。这次课程设计的成功完成与老师的辛勤指导密不可分，在此，感谢老师对我们的帮助。6参考文献1电子线路设计 实验 测试2模拟电子技术基础3模拟电子技术基础实验与课程设计4电子技术5模拟电路- 12 -