扩音机电路的设计与实现

1、一、报告概耍31、课题名称32、报告摘耍33、关键字3二、设计任务耍求3三、所用元器件及测试仪表清单4i丿u、设计思路与总体结构图 4五、分块电路和总体电路的设计51、前置放大器设计52、音调控制器设计63、功率输出级设计84、protel绘制的全电路原理图95、实际电路照片*9六、电路所实现功能和实际测试数据91、分级调测102、电路总体功能与测试113、所实现功能评价12七、故障及问题分析13八、实验总结与结论13九、pcb板图14十、参考文献14一、报告概要1、课题名称扩音机电路的设计与实现2、报告摘要本实验采丿ij计算机辅助设计的方法，分析并设计了扩音机电路，实现了音频放 大、音调和音

2、量调节等功能。报告中首先给出设计u标和电路功能分析，然后讨论各 级电路具体设讣和原理图，后给出了实际搭建电路测试的数据及分析，最后总结本次 实验并给出了 pcb板图。3、关键字扩音，音调控制，功率放人二、设计任务要求1、设计一个对话筒输出信号具有放大能力的扩音电路，设计指标和给定条件为：1）最大输出功率不小于2w2）负载阻抗为8q3）貝有音调调控功能，即用两个电位器分别调节高音和低音。当输入信号为1khz 时，输出为odb；当输入信号为1 oohz正弦时，调节低音电位器可以使输出功 率变化±12db；当输入信号为lokhz吋，调节髙音电位器也可以使输出功率变 化±12db4

3、）输出功率的大小连续可调，即用电位器可以调节咅量的大小5）频率响应：当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位置w, -3db的频率范 围是 80hz6khz,即 bw=6khz6）输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mv,直流输出电压不超过 50mv,静态电源电流不超过100ma2、设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），f protel软件绘制完整的电路原理图 （sch）及印制电路板图（pcb）三、所用元器件及测试仪表清单电路元器件测试仪器集成运算放大器lf353 （2个）单片集成功率放人电路tda2030a （1个）面包板（1个）水泥电阻（1个）电阻电容若干导线若干其他直流稳压电源

4、 函数信号发牛器万用表示波器品体管毫伏表四、设计思路与总体结构图扩咅设备的基本功能是将从话筒等输出的微弱信号放大成大功率信号，以驳动扬声 器发声。据此，扩音机电路需要釆用运算放人器和集成音频功率放人电路作为基本架 构。如图1所示。音 调 控 制 级图1.扩咅机电路总体结构图功 率 放 大 级各级主要功能和耍求：前置放人主耍完成小信号放人，耍求输入阻抗高，输出阻抗 低，频带宽，噪声小；音调控制主要实现对输入信号高低音的提升和衰减；功率放人器 决定藥个电路的输出效率、菲线性失真等指标，要求效率高、失真小、功率大。各级增益的分配：总增益为 a = otj omaxl40055前置放大100倍，咅调控

5、制中频放大1倍，功放级电压放大8倍，总放大倍数为400倍。五、分块电路和总体电路的设计1、前置放大器设计理论分析前置放大级放大微弱信号，对零输入吋的噪声、电流、电压有较高要求，考虑选 用集成运放lf353,查阅元件手册获得如下器件参数：lf353输入阻抗输入僵置电流单位増吉频率辕换速率参数(fmq50x10灼4mhz13v us而置放大级由lf353纟|成两级放大电路。两级各放大10倍：a =a - ioul u2再由：可使： r 6 =心=100kq, 其它参数按照通常经验给出。电路图r6 (=1ookc241r.=rs = iokqr91ook 12vlouf-12vc110ufloopf

6、 *12v810uf-twzzt=c4gnd图2.前置放大器电路图gndloouf2、音调控制器设计理论分析音调控制器功能为：调节音响放人器的频率响应，更好地满足人耳的听觉特性。音 调控制器对高音和低音进行提升或哀减，对中音信号増益不变。音调控制器幅频率特性 曲线如图3所示。a、屮频段:等效电路图如图4所示。此吋有：a= =_1.51k*12vlf353nuo图4.中频等效电路图b、低频段：等效电路图如图5、图6所示。此时rpl从左端滑到右端，容抗将增大，电路增益也增大。即：调节rpl可改变低咅放大倍数，产生提升和衰减的效果。us51kc7o.oluf*12vr12cd-51kttrh1 51

7、kc6r12口51ko.oluf3+ 甲51ktljf353nuouo(dgnd图5低频提升电路图图6低频衰减电路图c、高频段：与低频时同理，调节rp2产住高咅提升和衰减的效果。电路图咅调控制器总电路图如图7所示。图7.音调控制器总屯路图pentawattuihc12tda2om)d24speakei5-c11c140 liif220uf3、功率输出级设计理论分析功放要求功率尽可能大，失真尽可能小，效率尽可能高。此处选用tda2030a型集成功率放大电路，该芯片手册上给出了外部常规接法，如图8所示。该器件主要特 点为：上升随率高、瞬态互调失真小；输出功率较大；外围电路简单，使用方便；5 脚单列

8、直插封装，体积小；内含保护电路，安全可靠。ordering numbers : tda2030ahtda2030av图8.tda2030a外形图和常规外部接法电路图参考器件手册给出的接法，得功放级整体电路图如图9所示。gnd22k r,9gnd图9.功率放人级总体屯路图4、protel绘制的全电路原理图图10.protel绘制的全电路图5、实际电路照片图11.实际搭建电路照片六、电路所实现功能和实际测试数据由于存在多级电路，j1参数要求严格，木实验实际搭建电路测试时采用“先分级搭建并测试，后总体调测叩勺方法。1、分级调测a、前置放大级测试%0.516测试第一级丽置放大，a = v = 5.2/

9、nr u99.23倍。达到设计要求b、音调控制级测试输入500mv,输出488mv,波形反向，实现第二级功能c、功率放大级测试主要屮频测试参数如表3所示。输入电压输出电压电压增益输出功率d = 031 vu =62po附，w%) w表3.功放级中频测试数据对比器件手册给出的数据，外接直流源12v时，功放典型输出功率为5w。可知 电路连接正确，器件工作正常。2、电路总体功能与测试a、最大输入输出电压与电流测试数据如表4所示。最大输 入电压%最人输出电 压最人输 出电流输出功率效率2.66 mvvo = 5.6 卩0.71 a匕=第 = 3.92”“ p。3.92 w“n = = 43. %p 0

10、.71j-12k $表4.全电路输入输出测试数据b、噪声测试当输入信号为宀=0人 即输入端短路时，输出电压儿=4.1山c、频率响应当高、低音调电位器处于不提升也不衰减位置时：f = hz , f=7.l()khz , ln3db带宽bwlakhz od、音量调节测试调节竹,7观察示波器，输出电压连续可调，最小输出电压可趋近0v,增大咅量输岀电压可达到最人输出电压值。由此可知音塑也连续可调。e. 音调控制性能测试中频时调节咅量控制可变电阻器，使得输出波形不失宾。从示波器读収数据。测试结果和数据处理如表5所示。输入信号卩.高音调节3 状态3低音调节3 状态q.1输出电压3.11电压脊

11、益q11提升/衰相1.15lmw100hzp.11不克减3不探升3最大提升卩2.091w522db3+15.8dbp最丈:克减30.237v433.3dbap ll.odba plkhz-p不宸减也不提升q0.844vp44.3dbaodbplokhz八最大提升3p不衰减3不提升4.12.160vp537db3p+9.4db&最大衰减30.272vp34.5dbpp9.8dba表5全电路音调控制测试数据3、所实现功能评价综上测试数据，电路实现功能总结评价如下表:功能3、设计要求3.1实测结果卩e.3、.1结果评价e.1亀出功率4«!qp王 211awav1pf- 3.92 i

12、f z 3um(n、 “ .1 .1、音调调控e咼音低音分别可调3高音可调:珥9.4 dhx.8加 低音可调：15.8jz? - 11.0mop功率可调相连续可调卩t商出电压连渎可调心*1el.1p爲衰减且不提升时卩 80/z <f<6uk p九= 3 h= 7.10 khz册加？khz噪声抑制3 p输入短路时噪声输出4匕=4mlnonm”p23-额率响应3p磁怎蔻点且个淀廿西3807/3 </<6khzp九二 13 叫= 7.10 khz牡7kh二pz 3、*嗓声抑制3输入短路时噪声输出9；£”< 1° 讪、匕-=4加 、on"-1

13、pm-p p扩音机电路设计与实现实验报告七、故障及问题分析 短路故障主要是山于电路本身元件较多容易混接以及而包板上电路排布的混乱导致交叉而短 路。在实际搭建电路过程中，出现短路导致整电路无法正常工作。为解决这-问题，搭 建电路吋采川分级搭建测试的方法，并且搭电路严格按照横平竖百规则将问题分解，由 大化小，个个击破，最终顺利排除故障。 参数设置问题器件木身的误差不可避免，为了达到实验耍求，需要使设计具有一定的调节 灵活度和指标富裕度。第一级电路基本保持100倍增益不变，电压增益误差的调节和消 除由中间级电路加以完成，三个可变电阻可以实现增益和频带的调肖，以抵消元件参 数误差带来的影响。另外，功放

14、级通过改变r19和r18实现功率放大的调节。 器件损坏本次实验共发现了 3个器件已经损坏。第一个为片电容c15击穿，现象为接通直流 电源后1欧屯阻烧坏；第二个为音频控制级的le353损坏，表现为音频控制级不能通过调 节rp1, rp2实现低高频增益的调节；第三个为功率电阻，表现为电路接通并加上输入信号 后输出电流只有几十亳伏。器件更换后问题消除，检验第二级吋花费的时间比较多，后来 连接了低频等效电路图发现还是不能调节，逐一检查器件发现lf353 ±。做实验前可以进 行一些器件完好性的检杳，比如连接一个简单的rc电路检杳电容，通过万用表测量功率电 阻阻值等。八、实验总结与结论>

15、实验前的预习一定要到位，明确知道每一步的设计原理、注意事项，才能减少实验中不必要 错误的发生；> 连接电路要耐心、细心，减少错误发生概率，在实验前最好使用万用表进行一些电阻的选 择，减少误差；> 可以借助仿真软件、各种仪表检查电路的错误，如借助仿真得到的各节点电压电流检查电路 何处出现短路断路；> 此次实验从设计到实现，每一步都伴随着问题的不断的产生与解决，经过艰辛的调试、测 量，最终完成实验，除了极个别的参数与设计要求稍有差距z外，其余参数均满足设计指 标。实验总体是成功的；> 通过这次试验进一步加深了自己对电路实验的认识，模拟电路具有不稳定性，需要不断测试 调节來增加其稳定性，还学会了protel软件的使用；> 实验屮充满了挑战，但在一次次的迎接挑战屮也锻炼了自己対电路的掌控能力。九、pcb板图r8 rio a &2 rlq 丄 tclsvc12c4n