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1、电子技术课程设计题目名称： 音响放大器的设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 日 期： 一、 设计题目：音响放大器的设计二、设计任务和要求：(1) 音响放大器功能：具有对话筒与录音机输出信号进行扩音功能；对音调输出控制功能；卡拉OK伴唱功能；(2) 主要技术指标：额定功率（gC3，在中、低音频区，C3可视为开路，作为低通滤波器；在中、高音频区，C1、C2可视为短路，作为高通滤波器。 当RP1的滑臂在最左端低频时，对应于提升最大的情况i.当ff0时分析表明，图(a)所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其增益函数的表达式为 1）当ffL1时，C2可视为开路，运算放大器的反向输入端视为虚地，
2、R4的影响可以忽略，此时电压增益2）在f=fL1时，因为fL2 =10fL1 ，故可由式此时电压增益相对AVL下降3dB。 3）在f=fL2时，由式(1)得此时电压增益相对AVL下降17dB 当RP1滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况i.当f f0时C1、C2可视为短路，作为高通滤波器；音调控制器的高频等效电路如图所示 1）将C1、C2视为短路，R4与R1、R2组成星形连接，将其转换成三角形连接后的电路如图所示 若取R1=R2=R4，则Ra = Rb = Rc = 3R1 = 3R2 = 3R42）下图C为RP2的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大的情况分析表明，图所示电路为一阶有源高通
3、滤波器，其增益函数的表达式为 a.当ffH1（w fH2时，3视为短路，此时电压增益 AVH = (RaR3)/R3 3）下图D为RP2的滑臂在最右端时，对应于高频衰减最大的情况同理可以得出该图所示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。4.功率放大器原理说明(1) LA4100 LA4102集成音频功放和其典型应用 RF、CF与内部电阻R11组成交流负反馈支路，控制功放级的电压增益AVF，即 CB为相位补偿电容。CB减小，带宽增加，可消除高频自激。CB一般取几十皮法至几百皮法。 CC为OTL电路的输出端电容，两端的充电电压等于VCC/2，CC一般取耐压值远大于VCC/2的几百微法的电
4、容。 CD为反馈电容，消除自激振荡，CD一般取几百皮法。五、方案选择和电路设计根据技术指标要求，音响放大器的输入为5mV时，输出功率大于1W，则输出电压Vo=2.8V。总电压增益Av=Vo/Vi560倍(55dB)。(1) 功率放大器设计功放级的电压增益 如果出现高频自激(输出波形上叠加有毛刺)，可以在13脚与14脚之间加0.15mF的电容，或减小CD的值。(2) 音调控制器(含音量控制)设计已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。由式原理部分的公式得到转折频率fL2及fH1； fL2 = fLx *2x/6=400Hz，则fL1 =fL2/10=40Hz ； fH1 = f
5、Hx /2x/6=2.5kHz ，则fH2= 10fH1=25kHz 。 由式原理部分公式得AVL=(RP31+R32)/R3120dB。其中，R31、R32、RP31不能取得太大，否则运放漂移电流的影响不可忽略，但也不能太小，否则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一般取几千欧姆至几百千欧姆。现取RP31=470kW，R31=R32=47kW，则 取标称值0.01mF，即C31=C32=0.01mF。 由R34=R31=R32=47kW ，则 Ra=3R4=141kWR33=Ra/10=14.1kW 取标称值13kW取标称值470pF 取RP32=RP31=470kW，RP33=10kW，级
6、间耦合与隔直电容C34=C35=10mF。(3) 话音放大器与混合前置放大器设计图所示电路由话音放大与混合前置放大两级电路组成。其中A1组成同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数四运放LM324的频带虽然很窄（增益为1 时，带宽为1MHz），但这里放大倍数不高，故能达到 的频响要求。混合前置放大器的电路由运放 组成 ，这是一个反向加法器电路，输出电压表达式为经计算后如果要进行卡拉OK演唱，可在话放输出端及录音机输出端接两个音量控制电位器 分别控制声音和音乐的音量。六、电路安装与调试1. 合理布局，分级装调音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进
7、行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。2. 电路调试1）电路的调试过程先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性能指标测试。静态调试：将输入端对地短路，用万用表测该级输出端对地的直流电压。话放级、混合级、音调级都是由运算放大器组成的，其静态输出直流电压均为VCC/2，功放级的输出(O
8、TL电路)也为VCC/2，且输出电容CC两端充电电压也应为VCC/2。动态调试：输入端接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，并测量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元器件数值是否合乎要求，否则是不会出现很大偏差的。2）如果调试时存在问题从以下几个方面考虑：一是布线不太合理，形成级间交叉耦合，应考虑重新布线；二是级联后各级电流都要流经电源内阻，内阻压降对某一级可能形成正反馈，应接RC去耦滤波电路。R一般取几十欧姆，C一般用几百微法大电容与0.1mF小电容相并联。3）单级电路调试时的技术指标较容易达到，但进行级联时，由于级间相互影响，可能使单级的技术指标发生很大变
9、化，甚至两级不能进行级联。产生的主要原因： 由于功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。集成块内部电路多极点引起的正反馈易产生高频自激，常见高频自激现象如下图所示。可以加强外部电路的负反馈予以抵消，如功放级脚与之间接入几百皮法的电容，形成电压并联负反馈，可消除叠加的高频毛刺。常见的低频自激现象是电源电流表有规则地左右摆动，或输出波形上下抖动。 产生的主要原因是输出信号通过电源及地线产生了正反馈。可以通过接入RC去耦滤波电路消除。 为满足整机电路指标要求，可以适当修改单元电路的技术指标。整体原理图实验电路，与单元电路设计值相比较，有些参数进行了较大的修改。3. 整机功能试听用8W/4W
10、的扬声器代替负载电阻RL，可进行以下功能试听： l 话音扩音 ：将低阻话筒接话音放大器的输入端。应注意，扬声器输出的方向与话筒输入的方向相反，否则扬声器的输出声音经话筒输入后，会产生自激啸叫。讲话时，扬声器传出的声音应清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。 l 电子混响效果 ：将电子混响器模块按图3.7.20接入。用手轻拍话筒一次，扬声器发出多次重复的声音，微调时钟频率，可以改变混响延时时间，以改善混响效果。 l 音乐欣赏：将录音机输出的音乐信号，接入混合前置放大器，改变音调控制级的高低音调控制电位器，扬声器的输出音调发生明显变化。 l 卡拉OK伴唱： 录音机输出卡拉OK磁带歌曲，手握话筒伴随
11、歌曲歌唱，适当控制话音放大器与录音机输出的音量电位器，可以控制歌唱音量与音乐音量之间的比例，调节混响延时时间可修饰、改善唱歌的声音。 七、总体方框图和原理图及器件主要器件：；话筒（低阻20W）电子混响模块一个；集成功放LA4102一只；集成运放LM324一只（或mA741 3只）；负载电阻一只；扬声器一只。经调试后的整机电路图与原单元电路有参数修改八、音响放大器主要技术指标测试l 额定功率音响放大器输出失真度小于某一数值(如5%)时的最大功率称为额定功率。其表达式为 式中，RL为额定负载阻抗；Vo(有效值)为RL两端的最大不失真电压。Vo常用来选定电源电压VCC测量Po的条件如下：信号发生器的
12、输出信号(音响放大器的输入信号)的频率fi=1kHz，电压Vi=5mV，音调控制器的两个电位器RP1、RP2置于中间位置，音量控制电位器置于最大值，用双踪示波器观测vi及vo的波形，失真度测量仪监测vo的波形失真。 注： 在最大输出电压测量完成后应迅速减小Vi，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。 测量Po的步骤是：功率放大器的输出端接额定负载电阻RL(代替扬声器)，逐渐增大输入电压Vi，直到vo的波形刚好不出现削波失真(或3%)，此时对应的输出电压为最大输出电压，由式(3-7-22)即可算出额定功率Po。 l 音调控制特性输入信号vi (=100mV)从音调控制级输入端的耦合电容加入，输出
13、信号v0从输出端的耦合电容引出。先测1kHz处的电压增益Av0(Av0=0dB)，再分别测低频特性和高频特性。测高频特性是将RP2的滑臂分别置于最左端和最右端，频率从1kHz至50kHz变化，记下对应的电压增益。 最后绘制音调控制特性曲线，并标注与fL1、fx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fHx、fH2等频率对应的电压增益。 l 频率响应放大器的电压增益相对于中音频fo(1kHz)的电压增益下降3dB时对应低音频截止频率fL和高音频截止频率fH，称fL fH为放大器的频率响应。测量条件同上，调节RP3使输出电压约为最大输出电压的50%。 l 输入阻抗将从音响放大器输入端(话音放大器输入端
14、)看进去的阻抗称为输入阻抗Ri。 如果接高阻话筒，则Ri应远大于20kW。接电唱机，Ri应远大于500kW。Ri的测量方法与放大器的输入阻抗测量方法相同。 l 输入灵敏度使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压(有效值)称为输入灵敏度Vs。 测量条件与额定功率的测量相同，测量方法是，使Vi从零开始逐渐增大，直到Vo达到额定功率值时所对应的电压值，此时对应的Vi值即为输入灵敏度。 l 噪声电压音响放大器的输入为零时，输出负载RL上的电压称为噪声电压VN。 测量条件同上，测量方法是，使输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观测输出负载RL两端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。 l 整机效
15、率 式中，Po为输出的额定功率；PC为输出额定功率时所消耗的电源功率。 九、设计收获、体会和建议：这次的课程设计我选的题目是音响放大器，首先我认为有必要复习下模拟电子技术，同时该电路中也包含部分数字电路的知识。能让我在做课程设计的时候复习和巩固一电子技术基础这门课程。对所学的知识有一个更加深刻的认识。在这次的课程设计中，首先我明白了音响放大器的构成以及其工作原理，并且深入理解了集成运算放大器的作用，以前只是在书本中学习，会做几道题，现在通过课程设计让我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重
16、要的是在实践中理解了书本上的知识的同时，明白了学习的东西要用于实际中。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力, 我对模拟电子技术基础这门课产生了浓厚的学习兴趣。但是，与此同时也发现自己有许多不足之处。第一：不能将所学的知识转化成实际的设计，在这方面的能力还是比较欠缺的；第二：碰到比较难一点的问题，不能静下心来解决。 最大的体会是我们学习知识的时候，就只是知道很基本的东西。知道怎样分析电路，但却对于设计电路的能力还是很薄弱的。通过课程设计的，让我们学习到了设计电路的一些基本方法，同时也复习了相关的知识。最后，让我们知道自己的不足之处，给我们以后的学习有个警示作用。十、参考文献：1谢自美. 电子线路综合设计. 华中科技大学出版社.2006.6 2赵淑范 董鹏中. 电子技术实验与课程设计（第二版）. 清华大学出版社.2010.23长江师范学院课件. 音响放大器设计. （网络）
