扩音机的设计与制作

湖南工学院高频课程设计1通信电子线路课程设计说明书扩音机系、部：电气与信息工程系学生姓名：王文刚指导教师：贾雅琼职称讲师专业：电子信息工程班级：电子0903完成时间：2011年12月6日湖南工学院高频课程设计2摘要近几年来，计算机技术进入了前所未有的快速发展时期，随着电子信息技术的发展关于音响放大器在电子技术基础中所处的位置越来越重要，它不仅是电子信息类专业的一个重要部分，而且在其他类专业工程中也是不可缺少的。放大器电路做为子系统的应用，发展更是迅速，已成为新一代电子设备不可缺少的核心部件，其现实生活中的运用也是非常普遍和广泛。扩音机电路是把微弱的声音信号放大成能推动扬声器的大功率信号，主要由运算放大器和集成音频功率放大器构成。电路结构分为前置放大，音调控制，功率放大三部分。前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声要小，音调控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率，要求效率高，是真尽可能小，输出功率大。关键词：扩音机；功率放大器；音调控制湖南工学院高频课程设计3ABSTRACTInrecentyears,computertechnologyhasenteredtherapiddevelopmentperiodofhithertounknown,withthedevelopmentofelectronicinformationtechnologyinelectronictechnologybasedonaudioamplifierintheincreasinglyimportantposition,itisnotonlythespecialtiesofelectronicinformationisanimportantpart,butalsoinothertypesofprofessionalengineeringisnecessary.Amplifiercircuitasthesubsystemofapplication,developmentisrapid,hasbecomeanewgenerationofelectronicequipmentindispensablecorecomponent,itsreallifeuseisverycommonandwidely.Amplifiercircuitisthevoicesignalamplificationtodrivetheloudspeakertothehighpowersignals,mainlybytheoperationalamplifierandintegratedaudiopoweramplifier.Thecircuitstructureisdividedintoapreamplifier,tonecontrol,poweramplifyingpartthree.Preamplifiermainlyperformedinsmallsignalamplification,generalrequirementsofhighinputimpedance,lowoutputimpedance,frequencybandwidth,noiseissmall,thetonecontrolistoachievethemaininputsignalinhigh,bassenhancementandattenuation;poweramplifierdeterminestheoutputpower,highefficiencyisrequired,itisassmallaspossible,largeoutputpower.Keywords:amplifier;poweramplifier;tonecontrol湖南工学院高频课程设计4目录一、设计任务与要求………………………………………………………………1二、设计原理分析…………………………………………………………………22.1扩音机原理…………………………………………………………………32.2LM353芯片介绍……………………………………………………………32.3设计思路分析………………………………………………………………5三、总体设计方案…………………………………………………………………63.1前置放大器………………………………………………………………73.2音调控制电路……………………………………………………………153.3功率放大器………………………………………………………………19四、扩音器的调试…………………………………………………………………194.1前置放大器的调试…………………………………………………………204.2音调控制电路的调试………………………………………………………214.3功率放大器的调试…………………………………………………………214.4整机调试……………………………………………………………………22五、故障及问题分析………………………………………………………………23六、实验总结与结论………………………………………………………………24参考文献……………………………………………………………………………25.致谢…………………………………………………………………………………26附录…………………………………………………………………………………27湖南工学院高频课程设计5一、设计任务与要求1.设计目的(1)掌握扩音机的设计\组装与调试方法(2)掌握集成功率放大器的工作原理及使用方法2.设计任务1)设计2W双声道功率扩音机(1)最大输出不失真功率POM≥8W。(2)功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。(3)在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。(4)具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz处有±12dB的调节范围。(5)具有音调控制功能，即用两个电位器分别调节高音和低音。当输入信号为1KH是，输出为0dB；当输入信号为100Hz正弦时，调节低音电位器可以使输出功率变化12dB；当输入信号为10KHz正弦时，调节高音点位器也可以使输出功率变化12dB。2)组装调试扩音机3)画出扩音机的完整电路4)仿真调试湖南工学院高频课程设计6二、设计原理分析2.1扩音机原理扩音设备的通常作用是把从话筒等音频设备输出的微弱的信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号，故主要用到运算放大器和功率放大器。因此由前置放大器、音调控制器、功率放大器这几个部分组成。前置放大器对输入信号进行适当的放大,放大后的信号送入音调网络,信号经过音调网络,其幅度有所减小.一般单调网络的特性是:中音(1000HZ)时变化小于3DB,低音(100HZ)时调节的范围为+_12DB,高音(20KHZ)时的调节范围为+14DB,根据放音节目的不同,可以用”音调选择器”选择不同的位置.最后送入功率放大级进行功率放大后的信号送入扬声器,在扬声器上得到了放大后的音调信号.音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。湖南工学院高频课程设计72.2LM353芯片介绍图2.1LF353芯片图LF353为四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LF353是一种双路运算放大器，属于高输入阻抗低噪声的集成器件。其输入阻抗达到104MΩ,输入偏置电流极为50X10-12A,单位增益频率为4MHZ，转换速率为13V/us。2.3设计思路分析1.由于话筒提供的信号非常弱，所以需要加一级前置放大器，这级电路放大倍数不需要很高，主要是要求高阻抗，保证低噪声输入和尽可能大的声音信号输入。输出阻抗要低，使得电路具有很强的带负载能力，能够驱动后级的电路。根据这些要求，选择集成运算放大器LF353,LF353属于高输入阻抗低噪声的集成器件，湖南工学院高频课程设计8其输入阻抗达到104MΩ,输入偏置电流极为50X10-12A,单位增益频率为4MHZ，转换速率为13V/us。2.音调控制器是通过电阻电容网络的选频作用来实现音调控制的。输入信号分成两路送到放大器的输入端，一路对低频信号具有选择和调节作用，用大电容，另一路对高频信号具有选择和调节作用，用小电容,实现对输入信号高、低音的提升和衰减；3功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。湖南工学院高频课程设计9三、总体设计方案根据设计课题的要求和原理分析，该音频功率放大器电路可以分为3级:第一级：前置放大，主要是完成对小信号无失真的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小。第二级：音调控制，电路的功能不仅仅在于扩音，还有对高低音的抑制或提升。第三级：功率放大，决定了最终电路的输出效果，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。扩音电路可由图3.1所示框图实现。话筒输入VoRL前置放大音调控制功率放大图3.1音频功率放大器组成框图设计时首先根据技术指标的要求，确定各级增益的分配，然后对各级电路进行具体的设计。若P0max=4W,输出电压max6OLUPRV要使输入为5mv的信号放大到输出的6V，所需的总放大倍数为1200,实际电路中会有损耗,因此要留有充分的余地.设扩音机中各级增益的分配如下图所示.前置级的电压放大倍数为125；3vA由集成功放级决定,此级增益不宜太大,一般为几十倍.音调控制级在01fkHz时增益为一倍,实际会产生衰减,故取30.8VA倍.各级电压增益分配如下图3.2所示:湖南工学院高频课程设计10图3.2电压增益分配图下面主要介绍各部分电路的特点及要求。3.1前置放大器前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，采用低噪声场效应管组成放大器是合理的选择。如果采用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大