王家兴毕业设计.doc

四川信息职业技术学院毕业设计设计(论文)题目: 功率放大器音调控制 的设计与制作 专 业: 应用电子技术 班 级: 应电06-2班 学 号: 0618073 姓 名: 王家兴 指导教师: 赵文宣 年 月 日学 生姓 名王家兴学号0618073班级应电062专业应用电子专业设计题目功率放大器音调控制的设计与制作指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注赵文宣高级讲师电子工程系3890157选题背景打算毕业以后,从事电子产品的设计、制造、维修与销售等工作，通过本次毕业设计，了解电子产品的设计，制造等的基本知识和基本思路和基本过程。设计（论文）内容：14周：认真研讨设计课题，并查找资料整理思路。57周：根据要求设计出方框图和原理电路图。根据电路分析其工作原理。810周：利用电子CAD作出电路图和PCB板图.1114周：制作出印刷电路板,安装并调试，测试出相应的技术指标；1517周：根据调试分析其优缺点和提出整改措施，完成论文。主要参考文献、资料:1 高吉祥电子技术基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，2002年2 彭介华电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社，1997年3 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，2001年审批意见教研室负责人：年 月 日四川信息职业技术学院毕业设计任务书四川信息职业技术学院毕业设计目录摘 要1第1章 绪论2第2章 设计框图及电路系统概述421目的：422基本部分：423发挥部分：424设计框图:425各个单元框图原理分析:5第3章 电源电路63.1电源原理63.1.1电路原理图63.1.2 工作原理分析6第4章 音调电路原理74.1信号源选择电路74.2前置级74.2.2音量/音调调节电路74.3电路原理104.3.1电路原理图104.3.2工作原理的分析10第5章 TDA2030和LM324的主要参数125.1、性能特点125.1.1 TDA2030简介125.1.2 TDA2030主要参数135.1.3、引脚排列135.1.4、各脚阻值135.2 LM324性能特点135.2.1 LM324的简介135.2.2 LM324主要特点14第6章 焊接与安装17第7章 测试与组装187.1通电测试187.2整机组装图(见附件一)18总结19参考文献20附件一 整机电路21附件二 元器件明细表22摘 要本立体声功率放大器是以集成电路LM324和TDA2030A以及RC构成衰减负反馈音调调整电路为主组成的高保真立体声功率放大器，其采用典型的功率放大电路，具有失真小、外围元件少、稳定性高、频响范围宽、保真度高、功率大等优点，同时采用四运放LM324对输入音频信号进行处理及高、低音进行控制，从而更加保证输出声音的音质。本功率放大器实际聆听，高音柔美细腻，低音丰满圆润。关键词： 立体声功率放大器;音调控制。第1章 绪论随着电子技术的发展，再从音响技术的发展的历史来看，可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。 在60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员-集成电路，到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。 音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步 。普通功放对喇叭的电阻是有明确要求的，或者为4欧姆或者为8欧姆等，如果一个功放连接多个喇叭，电阻变低，电流变大，功放会烧掉。接入多个喇叭之后，会降低音质。因此您希望并接多条喇叭线到客厅的家庭影院的普通功放，来实现房间的背景音乐是不现实的，除非你在对房间进行背景音乐播放时将原来用于正常输出的家庭影院喇叭线断开以保证输出的稳定。如果有多个音乐点，一般情况下，普通功放不能用于背景音乐。如果电路中的放大环节越多，信号从输入端输入至输出端输出后其波形在几何形态上就产生了变化，这种形态的变化就是信号的失真。放大器由于其使用元件的质量、放大器的本身电路结构、电源的质量等等因素，或多或少地对所放大的信号会产生一定的影响，如果在整个电路中的放大环节越多，相应地产生的失真也就越大以上可见，普通功放受功放限制，音质相对较差，每个点无法独立进行音源选择，阻抗大、失真大、动态等因素等。普通功放由于已远远不能满足人们对音乐的最佳欣赏要求。据统计，每年有 16000 多个小区 260000 户家庭布设安装了背景音乐系统，这些客户均有着明确的消费需求和指向性，即家里需要背景音乐。可见背景音乐已成为人们在满足了普通电路及简单弱电改造基础上明确的新需求。从 2004 年起，家庭背景音乐就成为一个时尚而先进的家装元素，冲击着每一个需要装修的家庭，而从 2005 年起，通过电视、报纸、网络等各种媒体进行的智能家居宣传里，具备主控与分控功能的家庭整体背景音乐系统也是智能家居里不可获缺的要素之一。由此可看，纯音乐功放在设计上强调最低的信号失真，忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的技巧以满足人们对音乐的最佳欣赏要求，这就是人们常说的HI-FI（hi-fidelity，高保真）。什么是高保真音响器材呢？ 喜爱音响的朋友经常在音响杂志或音响器材上可以看到有“ii”的英文标注，它是英语“ighidelity”的缩写，直译为“与原来的声音高度相似的声音”，用于音响系统即为“高保真”的意思，也就是说经过音响器材重放的声音与录音现场所录制时发声源所发出的声音是高度相似的，这类器材就称为高保真音响器材，或高保真音响系统。在一些对高保真音响系统重放声效果的评论的文章中，经常可以看到形容器材重放声是“原汁原味”，实际上就是对高保真音响系统其重放声保真度的形容。所谓的高保真是指音响设备所重现的声音能真实再现声音本来的面目。ii功放品质的高低并不完全由它的技术指标所决定，不能简单地看它标注的功率多少高，频响多么宽，失真多么低，而应该特别注重其设计生产工艺和音乐的解晰力。比如技术指标并不太高的胆机就要比很多晶体管功放声音好听。电信号的影响也就越小，失真也就越小，重放的音质也就越好高保真音响主要有音源系统、前级放大器、功率放大器及音箱系统组成。从图中可以看出高保真音调调节电路的特别重要在ii功放中。音调控制电路是对人耳在音量较小时对高低频信号灵敏度下降，因而需要在不同音量时对高低频信号作适当附加提升补偿，以使人耳在任何响度下均能听到平坦、均衡的响度。导致音质极其纯真通透，听起来音质温暖、细腻、亲切、甜美，总体上的低音力度和弹性好，高音清晰和纤细，营造出的音乐信号更自然，更逼真。基于以上普通功放与高保真功放的优缺点。可以明确知道现在人们对音乐的最佳欣赏要求越来越高。开始从最低的信号失真，忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的技巧等方面的要求。那么ii功放出现无疑对这个要求得到极大的满足。那么就需要对音调电路的控制达到最好的性能。在我们走向21世纪的今天，随着房地产行业的发展，家居多媒体布线箱应用日益广泛。它给人们对音乐品质极大的满足。我相信它将来一定有很大的市场空间。第2章设计框图及电路系统概述21目的：1.掌握集成运放（LM324和TDA2030）的工作原理和各管觉脚的功能。2.进一步了解高保真功放组成框图和各个单元工作原理及相互联系。3.掌握用Protel-99se制作印制板（PCB板）的能力。4.掌握自己实际操作动手能力的形成和进一步提高。22基本部分：1.电源电路，用的是交流电。2.功放电路，包括它的组成工作原理。3.TDA2030和LM324主要参数。4.音调控制电路的设计。23发挥部分： 1. 可以采用不同的集成芯片来完成。 2. 可以采用不同的音调控制电路。 24设计框图: 根据电路所要完成的功能和达到的效果。我们采用自下而上和自上计思想。为此我们得到下面的电路框图。如图所示：图2-1设计框图:25各个单元框图原理分析:1. 电源电路为整个电路提供需要的电压。把220V的交流市电通过变压器变为12V的交流电。再通过桥式整流整流电路（用四个二极管组成），然后再通过滤波电容把脉动的直流电变为稳定的直流电，为整个电路系统提供稳定的电压。2. 前置放大电路是把输入的微弱小信号通过LM324集成芯片进行处理。整个处理过程，前置处理电路的主要作用是：将输入的较弱的电信号进行电压放大，并对重放声音的音量、音调和立体声状态等进行调控。 3. 音量/音调控制电路是对人耳在音量较小时对高低频信号灵敏度下降，因而需要在不同音量时对高低频信号作适当附加提升补偿，以使人耳在任何响度下均能听到平坦、均衡的响度。音量控制等电路：常用的音量控制方式是信号衰减式，由电位器来完成。通过调节信号的衰减量，改变扩音系统输出功率的大小，从而使扬声器重放出来的声音强弱得到调节，实现音量控制。现在AV功放中一般都使用步进式双联同轴电位器作主声道音量控制。4.后级放大电路对信号进行进一步处理并且最大功率和不失真的输出。我们采用的是TDA2030，来作为信号的处理。 第3章 电源电路3.1电源原理3.1.1电路原理图 图3-1 电源电路图 3.1.2 工作原理分析电源变压器将220V交流电降为双12V低压交流电，经VD1、VD2、VD3、VD4四只整流二极管整流后得到12V含脉动成分的直流电压，再经C10、C11、C8、C9滤波后输出平滑的直流电压12V。作为功放及运放的供电电源，D5、R29组成电源指示电路 。第4章 音调电路原理4.1信号源选择电路4.1.1信号源选择电路形式AV功放机能与多种信号源连接,但任何时刻只能播放其中一种信号,因此必须使用信号源选择电路来对外部输入的信号源进行选择。信号源选择电路有两种形式，一种：使用机械开关选择输入信号，另一种：使用电子开关来选择输入信号 。在这次设计中我们采用电子开关。因为它具有以下几个特点：1.接触可靠；2.使用寿命长；便于遥控。可以采用CD4052，CD4066，CD4053，LC7815等。4.2前置级4.2.1前置放大电路前置放大器，使用一个芯片LM384对信号进行处理放大。它的内部有四个集成运放组成。音频信号依次经运放1的9和10脚输入，从8脚输出。电阻R11，构成负反馈，来稳定输入的信号。电阻R12和电容C15来防止高频自激。另一路音频信号经运放2的13和12脚输入，从14脚输出。电阻R17，构成负反馈，来稳定输入的信号。电阻R16和电容C17来防止高频自激。这四个集成运放之间采用直耦和的方式，故低频特性好，能满足音频信号的放大要求。在小音量下，人耳对在中音比较敏感，而对高音和低音不够敏感，这样在欣赏乐曲时，使人感到高音和低音不满足,那么LM324就满足这个要求。4.2.2音量/音调调节电路音调控制电路的作用是调节音频信号的频谱结构，使声音更加好听。但用的最多的是RC衰减/反馈及多段频率均衡两种。我们采用RC衰减/反馈音调控制电路。它的工作原理如下：衰减式音调控制电路如图41所示。RP1 和RP2分别为高，低音调调节电位器，其中C1和 RP1, C2构成高音控制网络，R1、C3、RP2、C4、R2构成低音网络，R3为了减少高、低音控制电路的相互影响而加入的隔离电阻。电路中各元器件之的关系满足如下：（1）R1 R2 。（2）RP1 RP2 。（3）有关电阻、电容相比：C1、C2的容抗在中、低频时大，在高频时随频率的升高而变。 图4-1 衰减式音调控制电路下面就RP1和RP2处在各个不同的调节位置时进行分析。高音控制（1）RP1到A时由于C3和C4对中，高频信号是为短路。等效电路如图4-2。这是一个高音提升网络。由于C1对中，高频的容抗大，故中频信号由R1和R2 分压输出；高频时C1的容抗随频率的升高而减小，则高频信号可以通过C1的耦合而到达输出，从而提高了高音。当信号频率很高时，C1可视为短路，当信号完全输出，没有衰减，得到最大的提升。图4-2 高音提升 图4-2（a）高音提升波形 （2）RP1到B时图由于RP1的阻值较大，阻止了高频信号经过C1的通路，相当于开路，C1不起作用。但这时C2与输出端并联。中，低频，C2的容抗很大，但电路仍为的由R1和R2 分压输出；高频时C1的容抗随频率的升高而减小，对高音信号进行旁路衰减，当信号频率很高时，C2的容抗很小，输出端可视为短路，这时衰减趋向无穷大，则输出为零。因而这是一个高频衰减网络，其等效电路如图4-3。图4-3高音衰减 图4-3(a)高音衰减波形2低音控制（1）RP2到C时这时对中，低频信号，C1，C2 的容抗很大，可视为开路，RP1不起作用。当RP2接到C点时，C3就被短路。等效电路如图图4-4所示。输入信号通过R1, RP2, C3, 和R2 组成的分压器送到输出端。中，高频时，电路仍为的由R1和R2 分压输出；低频时，的容抗C1的容抗随频率的下降而增大，使得分压器输出越来越高，即提升了低音。当信号频率很低时，C4看作开路，输入的信号受到分压损失很小，几乎全部送到下级，得到最大提升，从而获得低音提升的特性。图4-4 低音提升 图4-4（a）低音提升波形（2）RP2到C时 这时C4被短路,而C3则并接在RP2上,电路由R1,，RP2, R2 ,C3组成的分压器输出,等效电路如图图4-5（4）所示。中,高频时, C3的容抗很小, R1, R2电压仍为分压输出;低频时, C3的容抗随频率的下降而增大,使得分压器输出越来越下。C3可以看作看路，输入信号受到高阻值的RP2衰减,使输出很小,因次变成一个低音衰减网络。图4-5低音衰减 图4-5(a)低音衰减波形 从上述分析可知，当把RP1,RP2置于不同的极端位置时，可分别得到四种不同的高，低音提升或衰减特性。若RP1,RP2的阻值逐渐变化,如RP1从A点滑向B点,高音从提升向衰减; RP2从C点滑向D点,低音逐渐减弱,从而可得到高,低音不同的提升或减量。4.3电路原理4.3.1电路原理图 本立体声功率放大器是以集成芯片TDA2030为主组成的立体声功率放大器，其采用典型的功率放大电路，具有失真小、外围元件少、稳定性高、频响范围宽、保真度高、功率大等优点，同时采用四运放LM324对输入音频信号进行处理及高、低音进行控制，从而更加保证输出声音的音质。这是一款很适合无线电爱好者和音响发烧友自制的音响套材。本功率放大器实际聆听，高音柔美细腻，低音丰满圆润。4.3.2 工作原理的分析音频信号分别从IN1、IN2加入，经输入耦合电容C16、C18滤波，四运算放大器LM324及外围元件组成高、低音控制电路及对IN1、IN2的输入信号进行处理，经W1、W2分别对两路低音、高音进行控制，C25、C26进行输出耦合滤波。经R11、R12、C5构成IC1的负反馈电路，R17、R16、C7构成IC2的负反馈电路，提升音质。再经输入端耦合电容C6、C3分别送入TDA2030A两路功率放大器的1脚。经内部放大后从4脚输出。 四运算放大器LM324及外围元件组成高、低音控制电路及音频输入信号的处理电路，C16、C18分别是两路信号的输入耦合电路，W1是两路低音控制电位器，W2是两路高音控制电位器，C25、C26是输出耦合电容。LM324的4脚与11脚分别是正、负电源的接线端，3、5脚是接地端。 两路功率放大器用的集成电路是TDA2030A，其1脚为正相输入端，2脚为反相输入端，C3、C6分别为左、右两路的输入端耦合电容，R1、R4、C2构成IC1的负反馈电路，R6、R7、C5构成IC2的负反馈电路，以提升音质。其5脚、3脚分别接正、负电源，4脚为输出端，负载接4的扬声器时，其有效功率可达20W，W3是两路平衡电位器，W4是两路音量电位器。第5章 TDA2030和LM324的主要参数5.1、性能特点5.1.1 TDA2030简介TDA 2030 是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA 2030 在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能比较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。TDA2030 集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。TDA2030 在电源电压14V，负载电阻为4时输出14瓦功率（失真度05）；在电源电压 16V，负载电阻为4时输出18瓦功率（失真度05）。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电路供低频课程设计选用 TDA2030是目前音质较好、价格较低、外围元件较少、应用较方便的一款性价比较高的集成功放。 它的电气性能稳定、可靠、能适用长时间连续工作，集成块内部具有过载保护和热切断保护电路，不会 损坏器件。在单电源使用时，散热片可直接固定在金属板上与地线相通，无需绝缘，使用十分方便。5.1.2 TDA2030主要参数表51 TDA2030A主要技术指标参数参数名称符号单位参数最小典型 最大 测试条件 电源电压VccV+、- 6 +、-18 静态电流IccmA4060 Vcc=+-18,RL=4欧 输出功率PoW1214 RL=4,THD=0.5% W89 RL=8,THD=0.5 频响BWHz10 140k Po=12w,RL=4, 输入阻抗RiM0.55 开环，f=1kHz 谐波失真THD%0.2 0.5Po=0.1-12W,RL=4 5.1.3、引脚排列5.1.4、各脚阻值表52 TDA2030各脚对脚阻值引脚阻值黑表笔接脚4k4k03k3k红表笔接脚018k3k5.2 LM324性能特点5.2.1 LM324的简介LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3-2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。LM324的引脚图5.21集成运放图5.2.3 LM324引脚 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V。5.2.2 LM324主要特点运放LM324是由4个独立的高增益、内部频率补偿的运放组成，不但能在双电源下工作，也可在宽电压范围的单电源下工作，它具有输出电压振幅大、电源功耗小等优点。表5.2.2 主要技术指标如下输入失调电压：2mV输入失调电流：5nA输入偏置电流：45nA差模电压增益：100dB温度漂移：7V/单电源工作电压：3-30V双电源工作电压： 静态电流：500A LM324的管脚排列如图6-42所示。其中引脚11为负电源或地线，引脚4为正电源。图5-2.2 四运放LM3245.2.3 LM324 管脚连图LM324的特点：1.短跑保护输出2.真差动输入级3.可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA（LM324）5.每封装含四个运算放大器。6.具有内部补偿的功能。7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列9.输入端具有静电保护功能第6章 焊接与安装手工焊接方法手工焊接是传统的焊接方法，虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了，但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。焊接质量的好坏也直接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能,在了解一般方法后,要多练;多实践,才能有较好的焊接质量。 手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。 手工焊接一般分四步骤进行。准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或银子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。清理焊接面:若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!),用光烙锡头沾些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头蘸些焊锡对焊点进行补焊。检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。 一般先装低矮、耐热的元件，最后装集成电路。应按如下步骤进行焊接与安装：（1）清查元器件的数量及质量，并及时更换不合格的元件；（2）由孔距确定元件的安装方式，电阻器采用卧式安装，涤沦电容器、电解电容器采用立式安装，并都要求紧贴电路板。（3）插装IC1、IC2务必小心，脚全部插进后再焊接，并注意与散热器的孔位吻合。各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、假焊及短路，焊后剪去多余引脚，并检查所有焊点，确认无误后方可通电测试。同时还要注意电源变压器初、次级与开关及电路板的接线，不得有误，IC1、IC2用自攻螺丝与散热器相连。第7章 测试与组装7.1通电测试 全部元器件及插件焊接完后，经过认真仔细检查后方可通电测试，用万用表直流电压档测量正、负电源应是18V左右，发光二极管D5发光，接上音柱后，手触碰输入端IN1、IN2，应有较强的感应信号，说明电路正常。如没有较强的感应信号，说明功放电路没有工作，需进一步检查IC1、IC2、IC3及周边元器件安装焊接是否正常。7.2整机组装图(见附件一) 总结通过这次毕业设计，使我受到了一次应用所学的专业知识、专业技能分析和解决问题的全面系统的锻炼。使我在综合知识的选用方面，在产品开发的基本思想、方法方面，以及在常用电路分析思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。这次在指导老师的帮助下，在同学的帮助下，基本上完成了设计任务，在电路分析与设计方面也有了一定的提高，为今后走上工作岗位打下了专业基础。在这次的