音响系统放大器设计

1、 音响系统放大器设计一、 设计任务与要求1.1一般说明：音响系统中的放大器决定了整个音响系统放音的音质、信噪比、频率响应以及音响输出功率的大小。高级音响中的放大器通常分为前置放大器和功率放大及电源等两大部分。前置放大器又可分为信号前置放大器和主控前置放大器。信号前置放大器的作用是均衡输入信号并改善其信噪比；主控前置放大器的功能是放大信号、控制并美化音质；功率放大器及电源部分的主要功能是提供整机电源及对前置放大器来的信号作功率放大以推动扬声器。其组成框图如图所示：均衡放大器话筒放大器音调控制放大器噪声滤波器功率放大器电源信号前置放大器主控前置放大器唱机话筒调谐器扬声器平衡调节音量调节1.2设计任

2、务： 设计一个音响系统放大器。具体要求如下： 负载阻抗 ； 额定功率 ； 带宽 ； 失真度 ； 音调控制 低音（100hz）±12db; 高音（10khz）±12db; 频率均衡特性符合riaa标准； 输入灵敏度 话筒输入端5mv; 调谐器输入端100mv; 输入阻抗 ri500k; 整机效率 50%；二、方案设计与论证本设计由语音放大器、混合前置放大器、音调控制器及功率放大器五部分组成。此设计方案具有使用元件少，电路简单明了等特点。其工作原理如下：当语音信号由话筒输出后，进入语音放大器放大。信号连同磁带放音机产生的信号一同进入混合前置放大器，并进行放大。放大后的信号进入音

3、调控制器，然后进入功率放大器进行功率放大后，由扬声器输出声音。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点，因此本设计采用晶体管件设计放大器。还可以配合来自声源特别是数码声源的音质而设计和使用。它不会使声音降级。此外它还具有效率高，电力损失小等优点。2.1 放大电路的比较与论证方案一：采用ua741运算放大器设计电路，ua741通用高增益运算通用放大器，早些年最常用的运放之一，应用非常广泛，为双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22v，差分电压±30v，输入电压±18v，允许功耗500mw。方案二：采用lm324通用四运算放大器，双列直

4、插8脚封装，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。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。 方案选取：ua741是通用放大器，性能不是很好，满足一般需求，而lm324四运放大器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。本设计放大倍数不高，lm324能达到频响要求，故选用lm324四运放大器。2.2 音频功率放大电路的比较与论

5、证方案一：采用sl34集成功率放大器， sl34是低电压集成音频功放，功耗低、失真小，工作电压为6v，8负载时，输出功率在300mw以上。主要用于收音机及其它功放。方案二： lm386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。lm386电源电压4-12v，音频功率0.5w。lm386音响功放是由nsc制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15v，消耗静态电流为4ma，当电源电压为12v时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mw的功率。它的典型输入阻抗为50k。方案三：tda2030芯片所组成的功放电路，

6、它是一款输出功率大，最大功率到达35w左右， 静态电流小，负载能力强，动态电流大既可带动4-16的扬声器，电路简洁，制作方便、性能可靠的高保真功放，并具有内部保护电路。方案选取：本课题要求音响放大器的输出功率在5w以上，然而lm386达不到这功率，故选用tda2030。频率响应flfh50hz15khz；而单电源供电音频功率放大器已经达到所需要的目标。并且它较少元件组成单声道音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等特点。而btl电路虽然也有以上的功能，但制作复杂，不利于维修。三、单元电路设计与参数计算3.1 话音放大器与混合前置放大器的设计由于话筒的输出信号一般只有5mv左右，而输出阻抗达到2

7、0k(亦有低输出阻抗的话筒如20，200等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10khz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。图1-1所示电路由话音放大器与图4-4混合前置放大器两级电路组成，其中u1a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a=1+r2/r1=16.8 。 图1-1 话音放大器电路图 图1-1中的混合前置放大器的电路中，u1a作反相放大器。电路中电容c3、c2是用作噪声去耦合的，可以用小体积大容量的钽电容或普通电解电容，一般选为10f。耦合电容的作用是阻止前后两级电路的信号相互干扰影响，并且不会影响信号的传递。

8、 图1-2 混合前置放大器的电路3.2 音调控制器的设计音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性，理想的控制曲线如图1-4中折线所示。图1-3中，表示中音频率，要求增益avo=0db；表示低音频转折频率，一般为几十赫兹； (等于)表示低音频区的中音频转折频率；表示高音频区的中音频转折频率； (等于)表示高音频转折频率，一般为几十千赫兹5。图1-3 音调控制曲线音调控制放大器的作用是实现对低音和高音的提升和衰减，以弥补扬声器等因素造成的频率响应不足。技术指标通常为：低音(100hz)±12db，高音(10khz)±12db。目前的高级音响设备大多已采用“多频段频率均衡”

9、电路来达到更好地校正频响效果. 音调控制放大器一般取它的中频增益为1，但要能满足音调的调节范围。由此得出功率放大部分的电压增益应大于70倍，即37db以上。常用的音调控制电路有衰减式音调控制电路和反馈式音调控制电路两类，由于后者失真较小，所以应用较广。本系统采用反馈式音调控制电路如图1-4所示。图1-4 音调控制器电路音调控制器只对低音的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0db不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。由运算放大器构成的音调控制器，图1-4所示。这种电路调节方面，元器件较少，在一般收音机，音响放大器中应用较多。该音调控制放大器是由一个音调控制网络和运算放大器

10、 所组成的负反馈放大器，其中r14和r17是分别调节高音和低音的两个电位器，调节r14和r17两个电位器以改变反馈系数，从而改变放大器的幅频特性，以达到音调控制作用。3.3功率放大电路的设计功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。当负载一定时，希望其输出的功率尽可能大，其输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高，功放的常见电路有otl(output transformerl

11、ess)电路和ocl(output capacitorless)电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功放，也有专用集成电路功放。tda2030a是sgs公司生产的单声道功放ic，该ic体积小巧，输出功率大，最大功率到达40w左右；并具有静态电流小（50ma以下），动态电流大（能承受3.5a的电流）；负载能力强，既可带动4-16的扬声器，某些场合又可带动2甚至1.6的低阻负载；音色中规中举，无明显个性，特别适合制作输出功率中等的高保真功放等诸多优点。图1-5 功率放大电路音响放大器输出失真度小于某一数值（如1%) 时的最大功率称为额定功率，其表达式为：p0=v0²/rl式中，为额定负

12、载阻抗；（有效值）为两端的最大不失真电压。vo常用来选定电源电压（2v0）。四、总原理图及元器件清单1总原理图2元件清单元件序号型号主要参数数量备注r1、r3、r4、r9、r10、r19、r20、r2510k8r2158k1r7、r839k2r1513k1r311k1r12、r26、r27、r29100k4r5、r13、r1847k3r284.7k1r6、r11、r3010k滑动变阻器3r14、r17、470k滑动变阻器2c11uf电解容1c2、c6、c1210uf3c3、c5、c4、c7、c8、c1810uf电解容6c9、c1010nf2c11510pf1c134.7uf1c1922uf1c

13、202uf1c21100nf1c222.2mf1u1lm3241u3tda20301d3、d4二极管2五、仿真调试与分析5.1 静态工作点测试接上电源(次级为12伏)，不带负载情况下接通电源，按下电路板上电源开关，测试滤波电容两端输出电压应为14v左右。若出现异常应该立即断电。5.2 最大输出功率测试 将4负载接入功率输出端。再将信号源调至频率f=1000hz，输出电压为1v，接到音频放大器的声道输入端。将音调调节电位器调到最大。功率输出端接上示波器、毫伏表。图1-6测试的接法调节音量电位器，使输出信号失真度thd=1%时，测出功率放大器的输出电压vo的值，由公式p=vo2/16计算放大器的最

14、大输出功率。5.3 频率特性测试调节1000hz输入信号幅度（或调音量电位器），使输出信号为1v。测出电路输入信号的大小vi的值。调节输入信号的频率，保持输入信号vi的大小不变，测量输出信号的大小。找出上下限频率fh和fl，求出通频带bw=fh-fl。5.4 输出结果1.话音放大器输出波形2.混合前置放大电路与话音放大电路输出波形3.音调控制电路输出波形4.功率放大器输出波形六、结论与心得本次课程设计很好的结合了我们所学习的模电知识，对设计者的要求首先要对模电知识的熟练应用，了解前置放大器与功率放大器的原理以及元件参数设计标准。做出音响很具有实际用处。实际的音响除了简单放大之外还有很多功能调节

15、，所以经过一个多星期的资料收集与查询，又经过几天的总体构思，我决定做一个分为四部分，可以对话筒以及音源都能够放大，并且可以调节高低频率的音响。设计过程中，每一元件都需要精心的计算，电路图的设计也需精心琢磨。所有这一切培养了做学问严谨态度和科学精神；本次设计为今后学习甚至工作积累了经验。在焊接过程中遇到了多多少少的问题 ，需要自己细心耐心解决。因为搞设计的如果没有耐心和严谨的话，是不可能有所成就的。养成这样的习惯对自己以后的道路很有帮助。在本次设计实验中自己也暴露出不少缺点，其中包括电子电路基本知识不扎实、对电子设计类软件和集成电子产品不了解等。针对自身的不足，查漏补缺。在以后的学习中要多查阅电子学习资料，以丰富自己的理论知识，夯实理论基础。作为当代大学生，仅仅掌握理论知识是远远不够的，还需要大量的实践，加强素质，成为一名合格的大学生。 七、参考文献1 谢自美.电子电路设计.实验.测试.武昌：华中理工大学出版社，1994.2 余孟尝.数字电子技术基础简明教程 m .北京：高等教育出版社，2006：78813 江晓安，董秀敏，杨松华.数字电子技术 m .西安：西安电子科技大学出版社，2008：158164.4 罗杰，谢自美.电子线路设计实验测试(第4版) m .北京：电子工业出版社，2008：96102.5 王港元.电工电子实践指导 m .江西：江西科学技术出版社，2009：