音响放大电路课程设计

1、贵州大学课程设计 第14页 课程设计课程名称： 音响放大器 学 院： 电气工程学院 专 业： 电子信息工程 姓 名： 学 号： 年 级： 07 任课教师： 2009年 7月 3日一.课题分析根据任务，音响放大器一般基本组成框图如图1所示。为使卡拉ok伴唱效果更好，还可加接电子混音器。 图1 音响放大器框图二.方案论证(1)确定整机电路级数，分配各级电压增益。话筒输入信号较弱，根据题意，输入信号为5mv时，输出功率大于等于1w。因此电路系统总电压增益 。由于实际电路中会有损耗，应留有裕量，故取。下面进行各级增益分配：音调控制级在。时，增益为1（0db），但实际电路有可能衰减，取集成功放电路增益应

2、较大，取混合级，一般采用集成运放组成，但受到增益带宽限制，增益不宜过大，取。话筒放大级，采用集成运放电路构成。 图2 各级电压增益分配(2)电路论证分析1）功率放大电路由于采用集成功率放大器，电路设计变得十分简单，只要查阅手册便可得到功放块外围电路的元件值，如图3所示。由此可得功放级的电压增益av4为av4=r11/rf=100r11是la4102内部反馈电阻r11=20k，如果输出波形出现高频自激（叠加毛刺），可以在（13）脚与（14）脚之间加0.15f的电容。 图3 功率放大器设计2）音调控制器音调控制器是控制、调节音响放大器输出频率高低的电路，其控制曲线如图4中折线所示。图中 中音频率，

3、要求增益；低音转折频率，一般为几十赫芝；中音频转折频率；中音频转折频率；高音频转折频率，一般为几十千赫芝。图4音调控制曲线从图中可见，音调控制器只对低音频或高音频进行提升或衰减，中音频增益保持不变，音调控制器由低通滤波器和高通滤波器共同组成。实现此方案，可有两种形式。一种是用专用集成电路la3600，外接发光二极管频段显示器，可看见各频段的增益提升与衰减的变化情况，在高中档收录机、汽车音响等设备中，一般采用专用音调控制集成电路。另一种是采用集成运放构成音调控制器，如图5所示。图5 音调控制电路设，在中、低音频区，可视开路，在高音频区，、可视为短路。 时，音调控制器低频等效电路如图6所示，其中图

4、6（a）为的滑臂在最左端，对应于低音频提升最大的情况，图6（b）为滑臂在最右端，对应于低音频衰减最大情况。图6（a）实质上是一个一阶有源低通滤波器，其传递函数表达式为 （a） (b) 图6 音调控制器低频等效电路(a)低音频提升 ( b)低音频衰减 式中 或 或 时，可视为开路，运放的反相输入端为虚地，因运放输入电流，影响可忽略，此时电压增益为： 时，由式得 模为 此时电压增益相对下降了。时，由式得 模为 此时电压增益相对下降了。范围内，电压增益衰减速率为/10倍频程。同样可得出图6(b)所示电路表达式，其增益相对于中频为衰减量。音调控制器工作在低音频时，幅频特性如图2左半部虚线所示。当时，音

5、调控制器高音频等效电路如图7(a)所示。在高音频段、可视为短路，与、 组成星形联接，为分析方便，将其转换成三角形联接后的等效电路如图7(b)所示。 (a) (b)图7 音调控制器高频等效电路(a)高音频等效电路 (b) 三角形联接后的等效电路电阻关系式为若取，则这时高频等效电路如图8所示，图8（a）为的滑臂在最右端时，对应于高频提升最大的情况，图8（b）为滑臂在最左端时，对应于高频衰减最大的情况。该电路为一阶有源高通滤波器，其传递函数表达式为 或 或 （a） （b）图8 高频等效电路（a）高频提升 （b）高频衰减通过低频等效电路相同方法分析，可得到以下关系式：时，可视为开路，时， 时， 时，可

6、视为短路，电压增益为 范围内,电压提升速率为20db/10倍频程，音调控制器高频幅频特性如图4中右半部虚线所示。实际应用中，通常是给出低频区和高频区处的提升量或衰减量x(db),再根据下式求出转折频率和。即 （3）话筒放大器与前置放大器电路由话筒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筒放大器电路，其放大倍数av1为av1=1+ r12/r11=7.8（17.8db）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fh= 10khz的频响要求。混合前置放大器的电路由运放a2组成，这是一个反向加法

7、器电路，输出电压v02的表达式为 根据图2的增益分配，混合级的输出电压v0237.5mv，而话筒放大器的输出v01已经达到了v02的要求，即v01=av1v11=39mv，所以取r21=r22。录音机输出插孔的信号v12一般为100mv，已经远大于v02的要求，所以对v12要进行适当衰减，否则输出会产生失真。取r23=100k，r22=r21=39k，以使录音机输出经混合级后 图9 话筒放大器与前置放大器也达到v02的要求。如果要进行卡拉ok歌唱，可在话放输出端及录音机输出端接两个音量控制电位器rp11、rp12（见图9），分别控制声音和音乐的音量。(3)方案实现1）功放电路设计查阅手册，可选

8、择功放外围元器件值。la4102功放集成电路其内部电路中有电压串联负反馈环节，内部电路反馈电阻为20,只要改变外接反馈电阻，即可改变集成功放增益。 图10 功放电路该电路接成电压串联负反馈形式，外接反馈电阻可由下式计算 取200起隔直作用，使电路组成交流电压串联负反馈电路，取33f。起相位补偿作用，用于消除高频自激振荡，一般取几十皮法。取51pf。为otl电路输出电容，两端充电电压为vcc/2，一般取耐压大于vcc/2的几百微法电容。取耐压25v，470f电解电容。为反馈电容，用于消除自激振荡，一般取几十几百皮法。取560 pf。为自举电容，使集成电路内部输出复合管的导通电流不随输出电压升高而

9、减小。取耐压25v，220f电解电容。、用于消除纹波，一般取几十几百微法。取220f，取100f电解电容。起电源退耦滤波作用，用于消除低频自激振荡，取100f电解电容。2）音调控制器设计音调控制器n3及外围电路组成。根据题意，125hz和8khz处有12db调节范围。即，代入式（4.2.9）得 则 又 代入式（）得 则 因此 、不能取得太大，否则运放漂移电流影响不能忽略不计。同时也不能太小，否则流过电流将超出运放输出能力。一般取几千欧至几百千欧。取=470, =47，取值正确与否代入式（）进行验算。满足设计要求。由式（）求得值取标称值0.01f，可得因此取标称值。由式（）得取标称值。与等值取4

10、70，级间耦合与隔直电容c34=c35，取10f。图11 单调控制器电路3）话筒放大器与混合前置级设计话筒放大电路由及外围电路组成， 图12 话筒放大器与混合前置级耦合隔直电容取10f，为话筒放大后音量调节电位器，取10根据级间增益分配，该电路为同相输入放大器。取,代入算得,取标称值，这时。该电路为单电源供电交流放大器，在电源与同相输入端及同相输入端与地之间，各接入电阻给集成运放，以提供合适的偏压。取10f。混合前置放大器电路由运放组成，为反相输入加法器电路。根据增益分配，混合级输出电压，而话筒放大器输出已达到的要求。即，所以取。录音机插孔输出的信号一般为，已远大于要求，要对进行适当衰减，否则

11、会产生限幅失真（截顶失真）。取为，为使音量可调，电位器取。(4)音响放大器电路图根据以上设计，可画出音响放大器电路图如附录所示。三安装调试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,运算变压器,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. 电路调试技术电路的调试过程一般

12、是先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性能指标测试。分级调试又分为静态调试与动态调试。动态调试是指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。静态调试时，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(otl电路)也为vcc/2，且输出电容cc两端充电电压也应为vcc/2。 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

13、大的变化，甚至两级不能进行级联。产生的主要原因：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0.1uf小电容相并联。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毛刺。常见的低频自激现象是电源电流表没有规则地左右摆动，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级产生了正反馈。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。 图13 常见高频自激现象 3

14、整机功能试听用8/4w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 将低阻话简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，扬声器付出的声音应清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。l 电子混响效果 将电子混响模块按图 接入，用手轻拍话筒一次，扬声器发出多次重复的声音，身高时钟频率，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调控控制电位器，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，手握话筒伴随歌曲歌唱，适当控制话音放大器与录音机