音响放大系统的设计

音响放大系统的设计1概述1.1音响的介绍及历史音响技术的发展经历了电子管、晶体管、场效应管的历史时期，在不同的历史时期都各有其特点。通过音响放大器设计，使我们认识到一个简单的模拟电路系统，应当包括信号源、输入级、中间级、输出级和执行机构。信号源的作用是提供待放大的电信号，如果信号是非电量，还须把非电量转换为电信号，然后进入输入级，中间级进行电流或电压放大，再进入输出级进行功率放大，最后去推动执行机构做某项工作。经过改革开放30年来的高速发展，我国电子音响行业取得了长足的发展，从单一的收音机到现在CD、VCD、DVD、多媒体音响、GPS、车载多媒体终端等百花齐放，涌现出了一批优秀企业。即便是在经历了自然灾害、人民币升值、原材料大幅涨价等不利因素，我们仍有一大批企业以加强自主创新、优化产品结构、开拓新市场、加强经营管理为手段，面对困难，保持了较高的发展速度。1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈技术，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如威廉逊放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低。上世纪50年代，电子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。上世纪60年代晶体管的出现，使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的音响天地。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点。上世纪60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员——集成电路，到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。上世纪70年代中期，日本生产出第一只场效应功率管。由于场效应功率管同时具有电子管纯厚、甜美的音色以及动态范围达90dB、THD＜0.01％（100kHz时）的特点，很快在音响界流行。现今的许多放大器中都采用了场效应管作为末级输出。1.2音响的作用意义细心观察我的身边，现在音响可以说是无处不在，做为一个现代人，我们已经离不开音响。它的出现与使用，丰富了我们的生活，而在实际生活中，它更是不可取代。娱乐、工作、学习……生活的方方面面都有它的身影。音响将我们的生活带入了一个全新的世界音响放大器是将电信号还原成声音信号的一种装置，还原真实性将作为评价音箱性能的重要标准。满足家庭需要，因为社会压力大，所以家里需要更能释放压力，怡情养性的Hi-Fi器材。特别在中国，因为消费力的提高，在Hi-Fi上的投资会有一个较长的增长期。而且中国人房子不大，车子少，旅游也不多，所以Hi-Fi和家庭影院会是一种很好的娱乐方式。2内容摘要（一）了解音响放大器的基本组成和总体设计。（二）了解音响放大器前级放大系统各组成部分的具体设计。（三）实现原理图的绘制，PCB的形成及制作、焊接、调试。3设计要求（一）当音量最大位置时，各输入电压增益为：电磁唱头38.8dB,压电式唱头1.3dB,录音头1.3dB,调谐器7.34dB,电磁式MIC40dB。（二）调试时，采用电源电压12V,输入信号1KHZ，10mv,调节电位器使输出为1V左右，用示波器测量输出。（三）保持信号源输入幅度10mv不变，调节信号源频率，逐点记录输出幅度，测量频率特性。4电路的整体结构本次实验主要通过对音响放大器的设计，来了解音响放大器的组成，掌握音响放大器的设计方法，学会综合运用所学的知识对实际问题进行分析和解决。通用型标准前级放大系统原理图如图1图1通用型标准前级放大系统原理图音响放大器的基本组成如图2R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14R15R16R17R19R20R21R22R23R24R26R27R28R30R31R32R33R37C1C2C3C4C7C8C11Q1Q2Q3Q41234JP1R8LR29LC12C15C13C14C5SSC612345S1bCTLYTXTQAUXMIC+30-301LIFTEXPORT1SINGLEEXPORTC9C10R25通用型标准前级放大系统话音放大器磁带放音机混合前置放大器音调控制器功率放大器话筒扬声器图2音响放大器的组成框图从上图可以看到，音响放大器主要由语音放大器、混合前置放大器、音调控制器和功率放大器等电路组成。设计时先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及级数指标要求分配各级电压增益，然后分别计算各级电路的参数，通常从功放级开始向前级逐级计算。本题需要设计的电路为混合前置放大器、功率放大器。4.1前级放大系统前级放大系统基本组成框图如图2图3前级放大系统组成图前级放大系统由四级组成，其中第一、二级为两级共射极直耦放大器，同时设有五种输入信号的幅度和频率特性校正电路。后两级为TR3和TR4，TR3为射级输出器，电压增益最大为0.9左右，TR4为负反馈式音调控制补偿放大器，在音频中增益近似为1。所以，前级系统增益主要由前两级TR1和TR2为主。4.1.1单元电路的分析设计为了完成输入信号校正和放大双重任务，前级系统的第一、二级采用两级共射极放大成为多数功放的首选。两级共射直接耦合放大器如图4所示两级头射直接耦合放大器射极输出器负反馈式音调控制补偿放大器InOut图4两级共射直接耦合放大器一般不采用单管的原因是，作为输入信号频率特性的校正，必然采用负反馈校正方式，以求失真小，稳定性好。若采用单管放大放大器，负反馈电路的电压反馈方式是由集电极反馈到基极，负反馈电压将于输入电压并联，结果使放大器输入阻抗降低，难与电唱头，录音等信号源匹配。而单管放大器的另一种负反馈方式是，发射极串联组成的电流负反馈，结果使放大器输出阻抗升高，与下级输入不匹配，导致输出电压降低，频率特性变差。此外更严重的是，单管放大器的开环增益有限，必然限定负反馈量难以提高，于放大器校正量，稳定性都不利。因此，对有频率特性校正功能的前级电路第一、二级采用共射极直耦放大器几乎成了经典电路。在这组合电路中，第二级集电极输出信号频率校正RC网络反馈到第一级发射极，使输入阻抗得以提高，同时负反馈包括了两级放大器，即使负反馈系数不大也有足够的反馈量，而较小的负反馈系数可使放大器输出阻抗不致将到过低的程度。因为负反馈的需要，应尽量选折HFE较大，VCEO较小的小功率硅NPN三机管。音调控制特性如图5TR1TR2R11R12R10UoUi+Vcc图5音调控制特性4.2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。图6功率放大器5调试5.1前置放大器的调试（1）用小刀将PCB板外侧的边框割掉。（2）焊接电源、输入、输出连接线。（3）初次调试不连接均衡网络。（4）反馈网络连接任意一个即可。（5）电源电压12V,输入信号1KHZ，10mv。（6）调节电位器，使输出为1V左右。（7）保持信号源输入幅度10mv不变，调节信号源频率，逐点记录输出幅度，测量频率特性。频率10Hz20Hz50Hz100Hz200Hz500Hz1KHz2KHz5KHz10KHz20KHz50KHz输出幅度(v)0.40.41.01.31.40.840.80.921.00.960.840.52幅频特性曲线如图7所示图7幅频特性曲线5.2调试中遇到的问题及解决（1）电路通电后不工作。通过检查，发现电路板有断线处，有跳线导通。（2）调试前级放大系统时，输出波形失真，通过各级测试，前三级输出的波形没有失真现象。通过老师的帮助，发现第一级放大器输出电压过大，通过调节电位器，降低输出电压。（3）第二级放大器输出波形没有放大。通过检查，放大器不工作，调换放大器解决问题6实验总结通过此次模电大型试验的设计以及调试，掌握了音响放大器的基本设计方法和设计原理，对几种基本电路有了更深刻的认识和印象，并且掌握了一定的多级放大电路设计和调试的经验。但是，同时也发现自己的许多不足之处。发现自己在将书本知识转化为实践能力的水平还很薄弱，在遇到问题时耐心不足，解决问题时不能够静下心来，比如，自己在连接电路后，输出波形有明显的阶越失真，自己找了很久都没能找到原因，就束手无策了，到处找人帮忙，可惜都不成功，只能找老师帮忙。在老师一步一步的检查测试后，发现是电源被短路了。我才意识到，是下面的连线有接触的地方导致的。此刻，我才认识到以前忙于做好实验，填完表格的观点非常错误，这些实验，获得数据是其次，真正的在于培养我们自己发现问题、解决问题的能力。以后我会更加注重自己这方面能力的培养7元器件清单元件名称规格数量R1、R14、R301M3R2、R4、R6、R739K4R3、R5470K2R856K1R97501R10330K1R11220K1R1215K1R131K1R15、R1682K2R1724K1R1822K（DWQ）1R19、R372.2K2R20180K1R21120K1R222.7K1R234.7K1R24、R266.8K2R25100K（DWQ）1R2712K1R2822K1R2947K（DWQ）1R311.2M1R321.2K1R335.6K1C116u1C2、C3、C8、C126.4u4C4160u1C51.2n1C63.9n1C72.5u/16v1C9、C1039n2C114.7n1C13471C14CAP1C1512.5u1TR1BC149C1TR2BC149B1TR3BC148B1TR4BC147B1S1a、S2bCON518PCB板图