单片机课程设计：音响功率放大器

模拟电子技术课程设计——音响功率放大目录前言.....................................................2第1章.绪论.............................................3第2章.设计方案选择......................................52.1方案选择...........................................52.2方案讨论...........................................6第3章.设计原理说明......................................63.1音响放大器的介绍说明...............................63.2电子混响及混响前置放大器的组成原理及功能...........83.3音调控制器.........................................93.4功率放大器.........................................14第4章.制作与安装.......................................164.1PCB制作...........................................164.2安装工艺..........................................17第5章.调整与测试.......................................245.1话筒放大器与混合前置放大器调试.....................245.2音调控制器的调试..................................265.3功率放大的调试....................................28第6章.心得体会..........................................30第7章.鸣谢..............................................31参考文献................................................32附录....................................................33附录1：音频放大器元件清单..............................33附录2：电路原理图......................................34附录3：PCB图...........................................35模拟电子技术课程设计——音响功率放大第1章.绪论1.1引言伴随着科学技术的迅速发展，人们生活水平的不断提高，对音频功率放大器的要求越来越高。音频是多媒体中的一种重要媒体。人能够听见的音频信号的频率范围大约是60Hz-20kHz其中语音大约分布在300Hz-4kHz之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。如何通过分析仪器让音频功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒的课题，声音经过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，再经数字化成数字音频，音频分析就是以数字音频信号为分析对象以数字信号处理的各种理论为分析手段，提取信号在时域，频域内一系列特性的过程。本文基于所学知识模拟制作音响功率放大器，践实所学知识掌握程度，并通过对所学知识来制造和改进相关产品，实际动手的过程中遇见了很多问题，但是在老师的指导和帮助下解决相应的问题。同时在与同组人的讨论学习过程中加强可团队意识的培养，加强了相互间协调合作的能力，从而高质、高效的完成本项任务。1.2音频功率放大器概述音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。1906年美国的德福雷斯特发明了真空三极管，开创了揉电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈NFB（Negativefeedback）技术后，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，而1947年威廉逊先生在一篇设计Hi-Fi（HighFidelity）放大器的文章中介绍了一种成功运用负反馈技术，成为了Hi-Fi史上一个重要的里程碑。60年代由于晶体管的出现，使功率放大器步入了一个更为广阔的天地。晶体管放大器细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点，，各种电路也相应产生，如：“OTL（OutputTransformerLess）”无输出放大器、“OCL（OutputCapacitorLess）”放大器等。直至70年代，晶体管放大技术模拟电子技术课程设计——音响功率放大的应用已相当成熟，各种新型电路不断出现，如：较成功地解决了负反馈电路的瞬态失真和高频相位反转问题的无负反馈放大电路；成功地将甲、乙放大器的优点结合在一起的超甲类放大电路；具有输出功率大、失真小的电流倾注式放大电路等等。从而使晶体管放大器成为音响技术发展中的主流。在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。模拟电子技术课程设计——音响功率放大第2章.设计方案选择2.1方案的选择方案一：采用锁环频率相合成技术外加音响放大器采用锁相环频率合成技术，先用锁相环频率合成产生一定范围的频率，在通过传感器把接收到的频率信号转化音频信号。在通过低通滤波器把频率控制在音频所需要的频率范围。它的优点就是工作频率可调也可以达到很高的频率分辨率；缺点是要求使用的滤波器通带可变，实现很困难。具体方案如图2.1.1所示：图2.1.1锁环频率相合成技术框图方案二：采用直接数字式频率合成器DDS技术外加音响放大器采用直接数字式频率合成器(DDS)，是用RAM存储所需波形的量化信息，按照不同频率要求以频率控制字K为步进对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存放在内存里。DDS具有相对带宽很宽、频率转换时间极短、频率分辨率高等优点；另外，全数字化结构便于集成，输出相位连续，频率、相位和幅度也可实现程控。但在方案中需要一块FPGA,一块双口RAM,那么设计的成本较高。同时电路也不好仿真。实现起来也比较困难。方案三：采用直接给定的音频信号外加音响放大器采用直接所定的音频信号，是由MP3现代音频信号设备，直接给音响放大器。晶振整形电路R分频器鉴相器环路滤波器压控振荡器可变分频器模拟电子技术课程设计——音响功率放大此电路简单，其优点是：在音频信号具有直接给定的音频频率，在频率方面没有失真效果，而且具有混响器的效果。图2.1.2直接给定的音频信号外加音响放大器2.2方案的讨论通过对方案的比较和选择，选择第三个方案有三个原因：首先这个方案它设计简单可靠，软硬可相互补充各自的缺点。同时音响效果也比较好。音响放大电路设计由三部分组成:混合前置放大模块，音调输出控制模块，功率放大模块。混合前置放大模块作用是将磁带放音机输出的音乐信号混合放大。音调输出控制模块作用是主要是控制、调节音响放大器的幅频特性。功率放大模块作用是给音响放大的负载LR（扬声器）提供一定的输出功率；其次本方案能很好的进行模拟仿真能够完成计算机调试的过程，减少我们在制作过程中的麻烦；第三本方案也是本组讨论觉得最合适的方案，便宜且方便。话音放大器电子混响器磁带防音机混合前值放大器音调控制器功率放大器模拟电子技术课程设计——音响功率放大第3章.设计原理说明本设计由语音放大器、电子混响器、混合前置放大器、音调控制器及功率放大器五部分组成。其工作原理如下：当语音信号由话筒输出后，进入语音放大器放大并传入电子混响器产生混响效果。混响后的信号连同磁带放音机产生的信号一同进入混合前置放大器，并进行放大。放大后的信号进入音调控制器，然后进入功率放大器进行功率放大后，由扬声器输出声音。接下来我们详细的分析各级的结构原理。3.1语音放大器的介绍说明由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20k亦有低输出阻抗的话筒，（如20，200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。如图3.1.1AvF=1+Rf/R2（3.1.1）Ri=R1(R1一般取几十千欧)耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定，一般取C1=C3=(3～10）1/2RLfL（3.1.2）反馈支路的隔直电容C2一般取几微法。模拟电子技术课程设计——音响功率放大二阶低通滤波器ⅠBBD延时器二阶低通滤波器Ⅰ时钟脉冲产生器缓冲器123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:24-Apr-2005SheetofFile:F:\吴鹏伟\学习资料\PROTELL作业\音响放大器原理图-2.ddbDrawnBy:-+RFR1R2V1V2V0图3.1.1语音放大器原理图3.2电子混响器及混响前置放大器的组成原理及功能电子混响器（如图3.2.1）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伴唱机中，都带有电子混响器。电子混响器的组成框图中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储器。如图3.2.1电子混响器．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。其电路如图所示3.2.2，这是一个反相加法器电路，输出与输入电压间的关系为：V0=－（RFV1/R1+RFV2/R2）（3.2.1）上式中，U1为话筒放大器输电压，U2为录音机输出电压图3.2.2混合前置放大器模拟电子技术课程设计——音响功率放大3.3音调控制器1.音调控制器主要是控制、调节放大器的幅频特性，理想的控制曲线如图3.3.1所示，图中f0(等于1kHz)表示中音频率，要求Av0=0dB;fL1表示低音频转折（或截止）频率，一般为几十赫兹；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；fH2（等于10fH1）表示高音频转折率，一般为几十千赫兹。图3.3.1音调控制器理想的控制曲线由图可见，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。由运算放大器构成的音调控制器，如图3.3.2所示。这种电路调节方便，元器件较少，在一般收录音响放大器中应用较多。下面分析该电路的：设电容C1=C2C3,在中低音频区,C3可以视为开路,在中高音频区,C1,C2可视为短路。(1).当ff0时，音调控制器的低频等效电路如图3.3.3所示。其中，图（a）为滑臂在最右端，对应于低频衰减最大的情况。分析表明，图（a）所示电路是一个一介有源低通滤波器，其增益函数的表达式为：A（j）=ViV0=-121RRPRP×12/)(1/)(1jj（3.3.1）式中，1=1/（RP1C2）或fl1=1/(2RP1C2)，2=（RP1+R2）/（RP1R2C2）或fl2=(R1+R2)/(2RP1R2C2)(2).当ffl1时，C2可以视为开路，运算放大器的反向输入端为虚地，R4的影响模拟电子技术课程设计——音响功率放大可以忽略，此时电压增益为：AVL=（RP1+R2）/R（3.3.2）图3.3.2音调控制电路图图3.3.3低频等效电路（a）低频提升(3).在f=fll时，因为fl2=10fl1故可由式（3.3.1）得Av1=-jjRRRP11.01121模Av1=（RP1+R2）/2R1此时电压增益Av1相对下降3dB。在f=fl2时，由式（3.3.1）得：Av