音响放大器课程设计

第1页，共19页江苏大学电气工程学院模拟电子技术课程设计报告课题名称：音响放大器专业、班级：自动化、69姓名：张尧学号：3110502069指导教师：王振宇20010年7月12日至2010年7月16日共1周指导教师签名：教研室主任签名：分管院长签名：目录1.设计目的内容·····································3第2页，共19页1.1.设计目的··········································31.2.课程设计内容·········································32.音响放大器的组成框图·································43.单元电路设计··································53.1.话音放大器···································53.2.电子混响器·····································63.3.混合前置放大器···································73.4.音调控制器······································73.5.功率放大器·····································84.主要技术指标参数计算与相应电路图设计···················104.1.混合前置放大器设计·····························104.2.话音放大器的设计·························104.3.话音放大器与混合前置放大器的设计··················114.4.音调控制器的设计······························114.5.功率放大器的设计··························144.6.整机电路设计·································165.音响放大器的测试方法·································176.实验设计总结与感悟·································19音响放大器课程设计一、设计目的与内容第3页，共19页1.设计目的（1）了解音响放大器的构成，并组成一个简单的音响放大器。（2）理解音调控制器，集成功率放大器的工作原理和应用方法。（3）理解和掌握音响放大器的主要技术指标和测试方法。（4）根据给出的技术条件和指标，设计音响放大器。（5）能够独立搭接电路、掌握调试技术2．课程设计内容设计一个具有话筒扩音，音调控制，音量控制，电子混响，卡拉OK伴唱等功能的音响放大器主要技术指标（1）额定功率Po≥1W(γ3%)（2）负载阻抗RL=8Ω（3）频率响应fL=50Hz，fH=20KHz。（4）输入阻抗Ri＞＞20kΩ。（5）音调控制特性1kHz处增益为0dB、125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围，AVL=AVH≥20dB。给定条件（1）电源电压VCC=+9V。（2）话筒输出信号电压为5mV。（3）录音机的输出信号电压为100mV。二．课程设计应完成的工作1、设计文本按学校的规定要求撰写。2、独立完成设计任务（不能相互抄袭）。3、按规范要求绘制一张3号电原理图。二、音响放大器的组成框图音响放大器的作用是对于微弱信号进行电压放大和功率放大，推动负载工作，第4页，共19页同时需要对音调和音量的调节。音响放大器由话筒、话音放大器、电子混响器、混合前置放大器、音调控制器、功率放大器这几个部分组成。其中话音放大器是不失真的放大话筒输出的声音信号，电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使人听起来具有一定的深度感和立体空间感，混合前置放大器是将话筒传输的声音信号与放音机输出的音乐信号相混合并放大，音调控制器是控制和调节音响放大器的幅频特性，功率放大器是给音响放大器的负载提供一定的输出功率。音响放大器的基本组成框图如图所示：话音放大器电子混响器械磁带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音响放大器组成框图三、单元电路设计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，200Ω等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高第5页，共19页频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。由于要求语音放大级的放大倍数为7.5，所以选择iR10K，fR采用阻值为100K的电位器，使放大器可以根据需要调整。同相交流电压放大器根据分压原理可得反馈电压VA，ofAVRRRV22放大器的电压放大倍数VFA为:21RRAfVF所以BfifOVRRRVRRV2221由此可得反馈电压VA等于输入电压VB,故R1两端电压相等,称R1为自举电阻,通过电阻R1的电流可视为0,因此提高了交流放大器的输入电阻Ri)1)(||(FArRRVFiciF反馈系数为：第6页，共19页2.电子混响器电子混响器是用来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”（不需乐队，利用磁带伴奏歌唱）伴唱机中，都带有电子混响器，其组成框图如下图所示。其中，集成电路BBD成为模拟延时器，其内容含有由场效应管构成的多级电子开关和高精度存储器。在外加时钟脉冲作用下，这些电子开关不断地接通和断开，对输入信号进行取样，保持并向后级传递，从而使BBD的输出信号相对于输入信号延迟了一段时间。BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延迟时间越长。BBD配有专用时钟电路，如MN3102时钟电路与MN3200系列的BBD配套。电子混响器构成框图3.混合前置放大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混合放大。R1RF第7页，共19页Vi1为话筒放大器输出的电压，Vi2为放音机输出的电压，Vo为混合后输出的电压。三者之间的关系为)(2211vRRvRRvFFo4.音调控制器：音频控制器主要是控制，调节音响放大器的幅频特性，对低音频和高音频的增益进行提升与衰减，中音频保持0dB不变，音频控制器的电路由低通和高通滤波器构成，如下图所示：音调控制器常用的音调控制电路有三种：（1）衰减式RC音调控制电路，其调节范围较宽，但容易产生失真；（2）反馈型电路，其调节范围小一些，但失真小；（3）混合式音调控制电路，其电路较复杂，多用于高级收录机中。为了使电路简单、信号失真小，我们采用反馈型音调控制电路。第8页，共19页设电容C1＝C2C3,则，在中、低音频区，C3可视为开路；在中、高音频区，C1、C2可视为短路。幅频特性如图4-32所示音调控制曲线图根据音响放大器的设计技术指标，要使VLVHAA20dB，结合VLA的表达式可知，1R、2R、1PR的阻值一般取到几千欧到几百欧。现取1PR470K，有21110.0082LCFfPR，1221PR521LLRKff。取标称值，则20.01CF，251RK。由前述的假设条件可得，12351RRRRK，12PR=PR470K，120.01CCF，413151010aRRRK，3470CpF由于在低音时，音调控制电路输入阻抗近似为1R，所以级间耦合电容可取10ioCCF。5．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。第9页，共19页C214＋电源13121110981234567自举偏流输入制波抑纹空退耦输出空空电源地消振消振反馈LA4100~LA4102C1＋96RF＋CF543121014C3＋＋C4131CH＋＋CCRLCDCB＋－LA4100vi＋VCCLA4100~LA4102集成功率放大器内部电路四、主要技术指标参数计算与相应电路图设计根据技术指标要求，首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前级逐第10页，共19页级计算。音响放大器的输入为5mV时，额定功率P≥1W，负载阻抗为8Ω，则输出电压828.200PRVL总电压增益AvΣ=Vo/Vi566倍，由于实际电路中会有损耗，故取Av=600各级增益分配如下图所示1、混合前置放大器的设计根据2211ififOVRRVRRVVi1为话筒放大器输出的电压，Vi2为放音机输出的电压，Vo为混合后输出的电压。所以取Rf=30KΩR1=10KΩ；音放机输出插孔的信号电压一般为100mV，已基本达到放大的要求不需要话。取R2=30kΩ。2、话音放大器的设计第11页，共19页VFA等于7.5，令R2等于20KΩ，有21RRAfVF可得fR等于130K。要求iR远大于20KΩ，而输入阻抗约为R1，则R1取500KΩ，C1=C3=10uF，C2=1uF。3、话音放大器与混合前置放大器的设计上图所示电路由话音放大与混合前置放大两级电路组成。4.音调控制器的设计根据音响放大器的设计技术指标，要使VLVHAA20dB，结合VLA的表达式可知，1R、2R、1PR的阻值一般取到几千欧到几百欧。现取1PR470K，有vo21F＋R1110k10kvi1C1110F话筒10k32R1275k＋9V411－＋A1录音机vi2＋100mVC1310FRP1210kC2310F＋R2330kR2110kC2110F＋RP1110k＋C1210Fvo1R2230k10k10k56＋9V411–+A2C2210F＋1714LM3245mV＋14LM324第12页，共19页21110.0082LCFfPR，1221PR521LLRKff。取标称值，则20.01CF，251RK。由前述的假设条件可得，12351RRRRK，12PR=PR470K，120.01CCF，413151010aRRRK，3470CpF由于在低音时，音调控制电路输入阻抗近似为1R，所以级间耦合电容可取10ioCCF。已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。fL2及fH1；fL2=fLx*2x/6=400Hz，则fL1=fL2/10=40Hz；fH1=fHx/2x/6=2.5kHz，则fH2=10fH1=25kHzviR3147k＋R3247kRP31470kC34C310.01FC320.01F47kR34＋9VC33470pFR3313k10k10910k118－＋A34RP32470kC3510F＋＋C414.7FRP3310k14LM324vo100F第13页，共19页EDA仿真电路图设计如下：1、低音衰减与提升：将高音提升与衰减电位器PR2滑动端调到居中位置（即可变电阻器PR1的百分比为50%），低音提升和衰减电位器PR1滑头调到最左边（低音提升最大位置，即可变电阻器PR1的百分比为100%）.①调节信号发生器，使输出信号f=40HZ,Vm=100mV,调节电路中音量调节电位器PR3，使电路输出电压达到最大值，记录此时PR3的数值和输出电压的幅值。PR3=0KVom=698.0mV②保持PR3的数值和输入信号幅度不变，讲频率特性测试仪接入电路，设置工作频率的范围为40HZ----1KZ,测试电路的幅频响应曲线，并记录。（由于此时C1被短路，当F增大是，Vo将减小。）观察所记录的幅频响应曲线，从图中独处低音部分的最大提升量并做记录，判断其是否符合理论设计的指标。F=40HZ时，低音的最大提升量=17.004dB