低频电子线路课程设计音响放大器的设计.doc

低频电子线路课程设计课 题：音响放大器的设计姓 名： 指导教师：院 部：物理与电子学院班 级：电子09-1学 号： 目 录主要技术指标3功能要求3一、音响放大器的基本组成41、话音放大器42、混合前置放大电路53、音调控制器54、功率放大器8二、PCB版图及实物图91、整机电路92、做成PCB板图103、实物图10三、音响放大器主要技术指标及测试方法11（1）额定功率11（2）音调控制特性11（3）频率响应12（4）输入阻抗12（5）输入灵敏度12（6）噪声电压12（7）整机效率13四、电路安装与调试技术13五、性能测试与分析. 14六、设计、安装及调试中的体会及对课程设计建议15七、整机功能试听15 八、参考文献 16音响放大器设计主要技术指标 额定功率P01W;负载阻抗RL=8;截止频率fL=40Hz,fH=10kHz;音调控制器特性为，1kHz处的增益为0dB， 100Hz和10kHz处有±12dB的调节范围；话放级输入灵敏度为5mV；输入阻抗Ri20k。 功能要求 具有话筒扩音、音调控制 、音量控制、卡拉ok伴唱等功能。 一、音响放大器的基本组成音响放大器的基本组成框图如图1，各级电压增益分配见图2。话音放大级录音机混合前置放大级音调控制器功率放大器扬声器 话筒图1 音响放大器的基本组成框图图2 各级电压增益分配1、话音放大器话音放大器的主要作用是将话筒输入的信号不失真的放大，由于话筒的输出信号一般只有5mv，而输出阻抗达到20k，所以其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。其中放大倍数为A=R2/R1. C1、 C2、C3 隔直电容，具体设计见图3。图3 话音放大器2、混合前置放大电路实质就是一个反向加法电路。利用： （其中V1、V2 话筒经放大器的电压和录音机的输入电压.V0前置放大级的输出电压)。混合前置放大电路见图4。图4混合前置放大电路3、音调控制器音调控制器是对低音和高音的增益进行提升和衰减，中音频的增益保持不变。其电路可以用低通滤波器和高通滤波器构成 通过调节低通和高通的电阻R达到调节增益的目的。音调控制器的主要作用是控制、调节音响放大器的幅频特性，f0=1kHz为中心频率要求增益为0dB。音调控制器电路见图5。图5音调控制器其中C1 =C2 C3 在中 低频C3可以看作为开路作为低通滤波电路。在中 高频电路中C1和C2可以看作为短路 作为高通滤波电路。（1)当f<f0时 C3看作开路（如图6a,b所示）当RP1的滑臂滑到最左端时对应低频提升最大情况（如图a）它是一个低通滤波电路增益表达式为:其中 当f<fL1时C2可以认为是开路利用运算放大器两个非常重要的概念; 虚短虚断求出电压的增益为： AVL=(RP1+R2)/R1当f=fL1时 因为fL2=10fL1 利用电路的电压增益公式（1）可以求出 电压增益刚好是下降了3dB。 (a) (b) 图6 f<f0时音调控制器分析当f=fL2时通过公式（1）同理可得电压相对于17dB当f<fL1时 等效电路图如下图6（b）所示理论同上所诉可以得到对低频区的衰减幅频特性 （2）当ff0时 当ff0时，原理图如图7(a)所示，等效电路图如图7（b）所示。图中R1R2R4组成星行连接。如果我们取RRR可以得到RRR、3R3R3R(a) (b) 图7 f>f0时音调控制器分析Rp2滑到最左端时等效电路图如图所示。图为一阶高通滤波器电路，利用虚短虚断可以得到电压传递函数。 其中 当ffH1时，C3视为开路电压增益V0Ra/Rb当ffH1时，将数据代入公式（2）得可以知道对应提升了3dB当ffH2时，同低通时一样提升17dB当f 当f>f H2时，C3视为短路，此时电压增益为AVH=（Ra+R3）/R3综上只要调节RP1和RP2就可以控制音调。4、功率放大器图8功率放大器电路功率放大器的作用是给音响放大器的负载RF提供一定的输出功率 ，本次实验采用LA4102功率放大器。集成功放LA4102是一个单电源（+9V）供电音频功放，通过改变6脚的反馈电阻来改变增益大小。 CB为相位补偿电容。CB减小，带宽增加，可消除高频自激。CC为OTL电路的输出端电容，起隔直流通交流的作用。 CD为反馈电容，消除自激振荡，CD一般取几百皮法。C43、C44用来滤除纹波。 C42为电源退耦滤波，可消除低频自激。二、PCB版图及实物图1、整机电路图9整机电路2、PCB板图图10 PCB板图3、实物图图11 实物图（a）图12 实物图（b）三、音响放大器主要技术指标及测试方法（1）额定功率音响放大器输出失真度小于某一数值时的最大功率称为额定功率。其表达式为： P0=V02/RL测量P0的步骤如下：功率放大器的额定输出端接额定负载电阻RL（代替扬声器），逐渐增加输入电压Vi, 直到V0的波形刚好不出现削波失真，此时对应的输出电压为最大的输出电压，而后根据公式可得额定功率 P0。注意 ：在最大电压测量完成后应迅速减小Vi,否则会破坏功率放大器。（2）音调控制特性输入信号Vi从音调控制级输入端的耦合电容加入，输出信号从输出端的藕和电容引出，分别测试低音频提升-高音频衰减和低音频衰减-高音频提升两条曲线。（3）频率响应整机放大电路的电压增益相对于中音频f0=1kHz的电压增益下降3dB对应低音频截止频率fL和高音频截止频率fH，称fLfH为整机电路的频率响应。测量步骤是：放大器的输入端接Vi,（保持5mV）,RP1和RP2置于中间位置使函数信号发生器输出20Hz-50kHz变化测出负载上的输出电压V0，绘出频率响应曲线如图13所示。图13 频率响应曲线（4）输入阻抗 将从音响放大器输入端看进去的阻抗称为输入阻抗。本实验接高阻话筒，Ri远大于20k，接录音机Ri远大于500K。（5）输入灵敏度输入灵敏度是使音响放大器输出额定功率时所需的，输入电压有效值。测量方法是Vi从零逐渐增大，直到输出为V0（额定）此时的Vi即为输入灵敏度。（6）噪声电压输入为零时，输出负载上的电压称为噪声电压VN。（7）整机效率其表达式为： 效率=P0/PC×100%.上式中P0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。四、电路安装与调试技术1.合理布局，分级安装作为一个小型系统，安装前要对整机合理布局，安装时应按顺序（如从输入级到输出级）逐步安装。安一级调试一级，直到整机安装完毕。2.电路的调试 电路的调试采用先分级调试，再联级调试，最后进行整机性能测试。分级调试采用静态和动态两种方式。测静态时，将输入接地，测量输出端、话放级、音调级功放级。由图知其值均为Vcc/2。动态测试时，输入端接入确定信号（如正弦信号）并用示波器观测，观察输出波形是否符合要求。进行联级测试时，由于级间相互影响，可能使单级的技术指标发生很大的变化，甚至多级不能共联。产生的原因：一是布线不合理，形成级间耦合，可考虑重新布线；二是电流流经电源内阻产生的压降引起的自激，可RC滤波电容来消除。另外，集成块内部多极点引起的正反馈易引起自激，增强外部电路的负反馈可消除这种现象。（一般分静态调试与动态调试两大内容）LA4102中各引脚的静态工作点电压：其中Vcc=9V 管脚1234567891011121314 五、性能测试与分析（要围绕设计要求中的各项指标进行）1测量最大不失真输出功率和效率 功率测量：其中Vcc=9V测试条件：= mV =1KHz =8欧输出电压（V）电流（mA）输出功率（W）电源功率（W）效率2测量频率响应频率响应测量：输入正弦信号：=20mV频率20Hz40Hz60Hz100Hz1KHz10KHz15KHz18KHz20KHz(V) 六、设计、安装及调试中的体会及对课程设计建议1、布线时应按照电路的功能一级一级地布线，输出级应远离输入级，连线间尽量短，以减少可能出现的自激。2、由于电源线和地线的电流较大应使用粗线。3、本次实验中滑动变阻器的封装（VR4）与实物不匹配，因此元件封装应与实物为依据。4、在制作印制电路板过程中，首先应将腐蚀液加热（加快腐蚀时的反应速率，节省制版时间），再进行曝光、显影等操作。曝光时间以6分钟为宜，显影时应时时注意是否出现电路线条，以防止因曝光不成功而使电路板损坏（这种情况下可将电路板用清水清洗后重新曝光）。5、腐蚀过程中每隔一段时间应检查腐蚀是否完毕。以避免过度腐蚀使电路板全部被腐蚀的现象。其次，要特别注意安全性操作。显影液和腐蚀液具有很强的腐蚀性，应防止液体溅到皮肤上（若皮肤沾到液体，立即用清水冲洗）。6、在电源两端接两个电容，一个为几百微法的大电容和一个0.1uf的小电容这两个电容并联在电源的两端。大电容是减小低频自激（其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）；小电容是减小高频自激（其产生的主要原因是由于 :功放级的输出信号较大，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引起高频自激）。7、在电源的接入的地方接个二极管防止因电源的反接把芯片烧坏。8、在话筒的输入级加个10K的电阻给话筒一个静态偏置电压。9、钻孔的时候要小心。板子要控制好防止因钻针断裂二造成安全事故。l 建议1、希望能安排一个正式的时间给我们做课程设计，这样能突出课程设计的重要性，不然有的同学硬是要等到最后一天才做。2、在调试之前对同学们进行仪器使用的简单培训。有许多同学不知道用函数发生器和示波器。七、整机功能试听 话音扩音。将话筒接入话音放大器的输入端。应注意，扬声器输出的方向与话筒的输入方向相反，以防止自激。讲话时扬声器传出清晰的声音。调动滑动变阻器可改变音量的大小。 音乐欣赏。将录音机的英豪接入混合前置放大级，改变音调控制器的可变电阻，扬声器的输出音调发生明显的变化。 卡拉OK伴唱。录音机输入音乐信号，自激对着话筒伴唱调节可变电阻控制唱歌音量与音乐音量之间的比例。八、参考文献1、电子线路设计·实验·测试（第四版） 罗美 谢自美 主编 电子工业出版社2、电子技术基础模拟部分（第五版） 康华光 主编 高等教育出版社3、电路（第5版） 丘关源 原著 高等教育出版社4、Protei DXP 2004 入门与提高 刘祖明 周福明 黎小桃 主编 电子工业出版社