音响放大器课程设计报告

华北科技学院课程设计1目录一设计要求............................................................................................................................2二设计的作用目的................................................................................................................3三设计的具体实现..............................................................................................................41.系统概述.............................................................................................................................42.单元电路设计，仿真与分析.........................................................................................52.1功率放大电路（第三级）..........................................................................................52.2音调控制（第二级）..................................................................................................92.3混合放大输入级(第一级).........................................................................................203电路的调试......................................................................................................................24四.心得体会及建议................................................................................................................251.心得体会..........................................................................................................................252.建议..................................................................................................................................25五.附录（元器件列表）........................................................................................................26六．参考文献…………………………………………………………………………………………………………………….27华北科技学院课程设计2音响放大器设计报告一.设计要求设计一个音响放大电路，当输入信号源和话筒的声音时，输出一个放音和音量都可调音响。具体要求：（1）输出功率P大于或等于1W,负载阻抗R=8Ω,失真5%。频响特性:低频截止频率fL=40HZ，高频截止频率fh=20KHZ（人耳的听觉范围）。（2）音调控制：中频f0=1KHZ处增益是0dB，当频率为100HZ和8KHZ处有12dB的调节范围，低频和高频段得最大增益为20dB（放大倍数AVLm和AVHm均是10倍。（3）话筒输出灵敏度是5~8mv。华北科技学院课程设计3二.设计的作用、目的音响放大电路是把麦克风和拾音（从录音机、电唱机中取出）信号一起混合放大但又不出现失真的电路。可以放大mp3,碟机等输出的模拟信号，我们常见的音频功放和此原理大致相同，将此电路应用于实际，可以放大音乐，并且人们可以调节其音调和声音的大小，其中的音调控制级电路可以调节音频信号低频段和高频段的增益，从而达到不用的试听效果。通过对此音频放大的模拟，我们可以从中学到很多贴近生活的知识，了解常其内部原理，于此同时又能巩固我们学习的模拟电路知识，将课本上所学与实际相联系，培养我们设计电路，模拟电路的兴趣，为我们进一步的学习打下坚实的基础。华北科技学院课程设计4三.设计的具体实现1.系统概述音响设备是是使用广泛的电子设备，其中电路是音响放大器。尽管由于功能和性能的不同其电路有所不同，但基本组成相同，其原理框图:图1.1图1.1原理框图该电路主要由三部分组成，混合前置放大级，音调控制级，和功率放大级三大部分组成。第一级，混合前置放大级，模拟选用的是LM324AD集成运放芯片，将输入的话筒信号和磁带放音机信号做加法运算。其中话音放大级输出5-8mv的微弱电压，仿真中用幅值为5mv的正弦波代替。磁带收音机输出用幅值为50mv的正弦波代替。第二级，音调控制级。为了达到理想的试听效果，让输入的音频信号在低频段100HZ处和高频段8000HZ处各有±12dB的增益。其中中频段1kHZ处增益为0dB，华北科技学院课程设计5电压放大倍数为一倍，实际上有衰减，故取0.8倍。第三级，为功率放大级，此处使用的是由集成运放与晶体管组成的OCL功率放大器电路。电压放大倍数为60倍，增益为28dB。设计总体方案设计思路是先整体后局部。按照各级功能及技术要求，首先确定各级增益分配，而又分别选择，设计各级电路元器件以及参数。通常从功放级开始向前逐步设计。根据技术指标要求音响放大器输入信号5mv，功率输出p=1w,由公式P=U2/R=1W,得出U=2.8v,取u=4v,则整体放大电路电压放大倍数AU=4V/5mv=800(增益约为55.5dB)。功率级属于大信号输入（100mv以上）其电压放大倍数一般为几十倍。当音调在中频段是既(f=1khz)时，电压放大倍数为1倍(增益为0dB)，但在实际中会有衰减，所以一般取0.8倍。混放和话筒放大级，不但要考虑自身输入的信号大小，还要考虑在集成运放中增益带宽积的限制一般混放级Au取几倍话放级取10倍左右。其大致框图如1.2话放级Au1=1020dB混放级Au2=39.5dB音调级Au3=0.8-2dB功放级Au4=2528dB图1.2大致框图5mv→150→120mv→3v50mv2.单元电路设计，仿真与分析2.1功率放大电路（第三级）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华北科技学院课程设计6可能地小,效率尽可能高。由集成运放与晶体管组成的OCL功率放大器电路如图1.3所示，其中，运放为驱动级，晶体管T1～T4级成复合式晶体管互补对称电路图1.3功率放大器电路图电路工作原理三极管T1、T2为相同类型的NPN管，所组成的复合管仍为NPN型。T3、T4为不同类型的晶体管，所组成的复合管的导电极性由第一只决定，即为PNP型。R5、R6、R15及二极管D1、D2所组成的支路是两对复合管的基极偏置电路，静态是支路电流I0可由下式计算：I0=(2Vcc-2VD)/(R4+R5+RP2)（2.1.1）VD为二极管的正向压降R1Key=A47kOhm50%R210kOhmR31kOhmR447kOhmR511kOhmR611kOhmR7100OhmR8240kOhmR9100kOhmR10240kOhmR111kOhmR121kOhmR1330kOhmR148kOhmC11uFC210uFC30.1uFU1D11N4009D21N4009Q12N4401Q32N4401Q42N4401R15Key=A1kOhm50%VEE-12VVCC12VXFG1XSC1ABGTQ22N4061华北科技学院课程设计7为减小静态功耗和克服交越失真，静态时T1、T3应工作在微导通状态，即满足下列关系：VAB/VD1+VD2/BE1+VBE3称此状态为有甲乙类状态。二极管D1、D2与三极管T1、T3应为相同类型的半导体材料，如图D1、D2为硅二极管2CP10，则T1、T3也应为三极管。R15用于调整复合管的微导通状态，其调节范围不能太大，一般采用几百欧姆或电位器（最好采用精密可调电位器）。安装电路时首先应使R15的阻值为零，在调整输出级静态工作电流或输出波形的交越失真时再逐渐增大阻值。否则会因R15的阻值较大而使复合管损坏。R8、R10用于减小复合管的穿透电流，提高电路的稳定性，一般为几十欧姆至几百欧姆，R11、R12为负反馈电阻，可以改善功率放大器的性能，一般为几欧姆。R7、R9称为平衡电阻使T1、T3的输出对称，一般为几十欧姆至几百欧姆。R13、C3称为消振网络，可改善负载为扬声器时的高频特性。因扬声器呈感性，易引起高频自激，此容性网络并入可使等效负载呈阻性。此外，感性负载易产生瞬时过压，有可能损坏晶体三极管T2、T4。R13、C3的取值视扬声器的频率响应而定，以效果最佳为好。一般R12为几十欧姆，C3为几千皮法至0.1F。功放在交流信号输入时的工作过程如下：当音频信号Vi为正半周时，运放的输出电压Vc上升，VB亦上升，结果T3、T4截止，T1、T2导通，负载RL中只有正向电流iL，且随Vi增加而增加。反之，当Vi为负半周时，负载RL中只有负向电流iL且随Vi的负向增加而增加。只有当Vi变化一周时负载RL才可获得一个完整的交流信号。静态工作点设置：设电路参数完全对称。静态时功放的输出端O点对地的电位应为零，即VO=0，常称O点为“交流零点”。电阻R1接地，一方面决定了同相放大器的输入电阻，另一方面保证了静态时同相端电位为零，即V+=0。由于运放的反相端华北科技学院课程设计8经R3、RP1接交流零点，所以V-=0。故静态时运放的输出Vc=0。调节RP1电位器可改变功放的负反馈深度。电路的静态工作点主要由I0决定，I0过小会使晶体管T2、T4工作在乙类状态，输出信号会出现交越失真，I0过大会增加静态功耗使功放的效率降低。综合考虑，对于数瓦的功放，一般取I0=1mA～3mA，以使T2、T4工作电甲乙类状态。仿真过程：图1.4功率放大器仿真图在仿真过程中，给输入端加一幅值为120mv,周期为1000Hz的正弦波，通过示波器可得到其波形如图1.4当输入幅值为120mv频率1000HZ的正弦波时，输出幅值为3.215v的不失真正弦波，其幅值和放大倍数已满足条件。放大倍数Au3=3/0.12=25。华北科技学院课程设计92.2音调控制（第二级）音调控制级的目的是调节音响放大器的频率响应，以满足人们对不同音调的不同需求。常用的有衰减式，反馈式，图解式，其中反馈式因调节方便，元件较少，在中小功率的电路中很常见。反馈式音调控制级得框图和频响如图1.5图1.5音调控制频率响应基本原理音调控制级是以中频一千赫兹增益零分贝为基础，对低音频区和高音频区的增益进行提升和衰减。中频f=1kHZ时，C1和C2相当于短路，C3开路，Rp2很大相当于开路，中频时AU=R2/R1=1(相当于0dB).综合考虑各电阻的选取原则，一般R1,R2,R3取几至几十千欧，