音响放大电路.

一、学习要求：小型复杂多级模拟电子系统的设计与装调话音放大器电子混响器械放音机混合前置放大器音调控制器功率放大器扬声器话筒一、学习要求：小型电子系统（复杂多级）设计与装调信号逐级放大实现系统目标的原理与方法音调特性控制方法与实现原理集成功率放大器内部电路工作原理与应用音响放大器主要性能参数的测试方法；综合运用所学知识与能力，掌握音响放大器的设计方法与小型多级电子线路系统的装调技术。多级放大系统级联调试方法二、实验内容要求功能要求：具有话筒扩音、音调控制、音量控制、电子混响(未要求)、卡拉OK伴唱等功能。已知条件集成功率放大器LM3861只，低阻话筒20Ω1个，其输出信号为5mV（有效值）集成运算放大器NE55322只，或LM3241只7413只，8Ω/2W负载电阻1只，8Ω/2W扬声器1只，伴唱音源（MP3orPC）电源电压+VCC=+9V,-VEE=-9V。3二、实验内容要求（续1）主要技术指标额定功率Po＞1.2w；负载阻抗RL＝8Ω；频率响应fl＝40Hz，fH=10kHz；输入阻抗Ri》20kΩ；音调控制特性1kHz处增益为0dB，100Hz和10kHz处有±12dB的调节范围，AVL=AVH≥20dB；二、实验内容要求（续2）音响放大器系统设计过程与音调控制特性仿真测量内容测量音调控制特性，并绘制音调控制特性曲线测量频率为1kHz时的输出功率Po及整机电压增益Av测量整机频率响应特性曲线；实际系统音效及控制效果试听三、音响放大器的基本组成话音放大器电子混响器械放音机混合前置放大器音调控制器功率放大器扬声器话筒话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等)话音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。电子混响器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。将放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合放大。主要是控制、调节音响放大器的幅频特性给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。1.话音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20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，600Ω等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到20kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。方法运算放大器构成的基本比例放大电路2.混合前置放大器混合前置放大器的作用是将放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合放大。v1v2R1R2RF－＋voRFR1VO=－V1＋RFR2V2)V1为话筒输出电压；V2为放音机输出电压.3、音调控制器fL1表示低音频转折频率，一般为几十赫兹fH2(等于10fH2)表示高音频转折频率，一般为几十千赫兹音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。主要用于控制、调节音响放大器的幅频特性使声音变得更好听一些。fL2(等于10fL1)表示低音频区的中音频转折频率fH1表示高音频区的中音频转折频率f0（等于1kHz）表示中音频率，要求增益AV0=0dB音调控制器用于对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB不变。因此，可由低通滤波器与高通滤波器构成。设电容C1=C2C3，在中、低音频区，C3可视为开路，作为低通滤波器；在中、高音频区，C1、C2可视为短路，作为高通滤波器。viR1RP1R2C1C2R4C3R3RP2C5vo＋－＋C4＋3、音调控制器①当ff0时当RP1的滑臂在最左端时，对应于低频提升最大的情况(a)viC2R4R1RP1R2vo－＋①当ff0时当RP1滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况(b)viC1R4R1RP1R2vo－＋①当ff0时分析表明，右图所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其增益函数的表达式为(5.5.2)式中，)π2/(1)(/121L1211CRPfCRP或)π2/()()(/)(22121L2221212CRRPRRPfCRRPRRP或(a)viC2R4R1RP1R2vo－＋12121io/)(j1/)(j1jRRRPVVA①当ff0时当ffL1时，C2可视为开路，运算放大器的反向输入端视为虚地，R4的影响可以忽略，此时电压增益121VL/RRRPA(a)viC2R4R1RP1R2vo－＋①当ff0时在f=fL1时，因为fL2=10fL1，故可由式j1j1.01121V1RRRPA模此时电压增益相对AVL下降3dB。121V1R2/)RRP(A(a)viC2R4R1RP1R2vo－＋12121io/)(j1/)(j1jRRRPVVA得①当ff0时在f=fL2时，由式(5.5.2)得j101j1121V2RRRPAVL121V214.0102ARRRPA模此时电压增益相对AVL下降17dB。(a)viC2R4R1RP1R2vo－＋①当ff0时同理可以得出图(b)所示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。(b)viC1R4R1RP1R2vo－＋0－3－17－20fLxfL1fL2f0(1kHz)f/HzAV/dB②当ff0时音调控制器的高频等效电路如图所示R4与R1、R2组成星形连接，将其转换成三角形连接。viC3R3R1R2R4vo－＋RP2C1、C2可视为短路，作为高通滤波器。viC3R3RaRbvo－＋RP2Rc②当ff0时viC3R3RaRbvo－＋RP2Rc41221c2424b24141a///RRRRRRRRRRRRRRRRRR若取R1=R2=R4，则Ra=Rb=Rc=3R1=3R2=3R422当ff0时的等效电路viC3R3RaRb－＋vo(a)当RP2的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大的情况当RP2的滑臂在最右端时对应于高频衰减最大的情况voRb－＋viRaR3C3(b)②当ff0时分析表明，右图所示电路为一阶有源高通滤波器，其增益函数的表达式为43abio/j1/j1)j(RRVVA式中，π2/1/133aH133a3CRRfCRR或33H233421/1CRfCR或viC3R3RaRb－＋vo由图(a)可以推导：当ffH1时，AV0=1(0dB)当f=fH1时，电压增益AV3相对于AV0提升了3dB。当f=fH2时，AV4相对于AV0提升了17dB。viC3R3RaRb－＋vo(a)201730f0(1kHz)fHxfH2fH1f/HzAV/dB②当ff0时同理图(b)的增益相对于中频增益为衰减量voRb－＋viRaR3C3(b)0－3－17－20f0(1kHz)fHxfH2fH1f/HzAV/dB②当ff0时实际应用中通常先提出对低频区fLx处和高频区fHx处的提升量或衰减量x(dB)，再根据下式求转折频率fL2(或fL1)和fH1(或fH2),即6LL22xxff6HH12xxff4、功率放大器功率放大器(简称功放)的作用是给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大输出信号的非线性失真尽可能地小效率尽可能高。28LM386集成功率放大器LM386是广泛用于收录音机、对讲机、电视伴音等系统中的低电压通用型低频集成功放。1、8开路时，AV=20(负反馈最强)1、8交流短路AV=200(负反馈最弱)电压串联负反馈镜像电流源+VCC接旁路电容复合管电路R5RRRRA//2657VFLM386低电压音频集成功放P123图5.5.13LM386典型应用P413管脚分布；P122内部结构LM386低电压音频集成功放主要性能参数（电源电压，输出功率，频带，输入电阻，温度范围）：LM386.pdfP122表5.5.3高频自激的解决方法：P122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。其表达式为2ooL(5.5.22)PVR式中，RL为额定负载阻抗；Vo(有效值)为RL两端的最大不失真电压。Vo常用来选定电源电压VCCocc22VV四、音响放大器主要技术指标及测试方法额定功率Po的测量步骤信号发生器的输出信号(音响放大器的输入信号)的频率fi=1kHz，电压Vi=5mV。功率放大器的输出端接额定负载电阻RL(代替扬声器)音调控制器的两个电位器RP1、RP2置于中间位置，音量控制电位器置于最大值。用双踪示波器观测Vi及Vo的波形，逐渐增大输入电压Vi，直到Vo的波形刚好不出现削波失真，此时对应的输出电压为最大输出电压,由式(5.5.22)即可算出额定功率Po注意在最大应迅速减小Vi，否输出电压测量完成后则会因测量时间太久而损坏功率放大器。先测1kHz处的电压增益Av0(Av0=0dB)，再分别测低频特性和高频特性。测低频特性的方法：将RP1的滑臂分别置于最左端和最右端时频率从20Hz至1kHz变化，记下对应电压增益测高频特性的方法：将RP2的滑臂分别置于最左端和最右端频率从1kHz至50kHz变化，记下对应电压增益最后绘制音调控制特性曲线，并标注与fL1、fLx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fHx、fH2等频率对应的电压增益。音调控制特性频率响应特性音响放大器的输入端接vi(等于5mV)，RP1和RP2置于中间位置，调节RP3使输出电压约为最大输出电压的50%。测量音响放大器相对于中音频fo(1kHz)的电压增益保持vi=5mV不变，使信号发生器的输出频率fi从20Hz至50kHz变化，测出负载电阻RL上对应的输出电压Vo，注意测量电压增益相对于中频电压增益下降3dB时对应低音频截止频率fL和高音频截止频率fH，用半对数坐标纸绘出频率响应曲线，并在曲线上标注fL与fH值。输入阻抗将从音响放大器输入端(话音放大器输入端)看进去的阻抗称为输入阻抗Ri。如果接高阻话筒，则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。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Vs。测量条件与额定功率的测量相同测量方法：使Vi从零开始逐渐增大，直到Vo达到额定功率值时所对应的电压值，此时对应的Vi值即为输入灵敏度。噪声电压音响放大器的输入为零时，输出负载RL上的电压称为噪声电压VN。测量条件与额定功率的测量相同，测量方法：使音响放大器输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观测输出负载RL两端的电压波形，测量其有效值。整机效率式中，Po为输出的额定功率；PC为输出额定功率时所消耗的电源功率。%100/CoPP四、设计举例例设计一音响放大器，要求具有音调输出控制、卡拉OK伴唱，对话筒与录音机的输出信号进行扩音。已知条件:•集成功放LM3861只，•8/2W负载电阻RL1只•8/4W扬声器1只，•集成运放LM3241只（或mA7413只）。•+VCC=+9V，•话筒(低阻20)的输出电压为5mV•录音机的输出信号电压为100mV•电子混响延时模块1个主要技术指标•额定功率Po≥1W(3%)；•负载阻抗RL=8；•截止频率fL=40Hz，fH=10kHz；•音调控制特性1kHz处增益为0dB，100Hz和10kHz处有±12dB的调节范围，AVL=AVH≥20dB；•话放级输入灵敏度5mV；•输入阻抗Ri20。设计过程确定整机电路的级数根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益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根据技术指标要求，音响放大器的输入