模拟电子专业实用技术综合实验变调放大器

1、模拟电子综合实验报告变调音频放大器设计院系：化工学院化工机械系班级：10级自动化(1)班小组成员：常高志(1020301002)谢佳材(1020301003)李洋洋(1020301008)模拟电子技术综合实验一、实验名称：变调音频放大器二、实验设备（1）模拟电子技术实验箱（2）万用表（3）示波器（4）信号发生器三、实验目地通过实际电路地搭建，进一步巩固所学理论知识，并通过掌握实际元件地用法将理论与实际相结合提高对模拟电路地仿真、设计、调试能力，进一步提高对理论课程地学习兴趣ME2R四、实验内容综合运用电子技术基础中模拟电子技术所学基本放大电路、集成运算放大器、有源滤波器、功率放大电路等知识，结

2、合实际集成运算放大器芯片、集成功率放大芯片，设计一个可以改变输入音频音 调地音频放大电路，参考系统框图如下：plEan五、设计任务设计一个实用地音频功率放大器在输入正弦波幅度w 5mV，负载电阻等于8Q地条件下，音频功率 放大器满足如下要求：DXDiT1、最大输出不失真功率 Pom8W.2、功率放大器地频带宽度 BW> 50Hz15KHz.3、在最大输出功率下非线性失真系数w 3%.4、输入阻抗Ri> 100k Q5、具有音调控制功能：低音100Hz处有土 12dB地调节范围，高音10kHz处有土 12dB地调节 范围.RTCrp六、实验元件清单元件名称说明元件名称说明元件名称说明

3、驻极体话筒JRC4558D集成音频放大器常用电阻LM386集成功率放大器8om喇叭0.5w常用电容TDA2030集成功率放大器9015三极管常用电位器uA741集成运算放大器9013三极管七、设计方案分析根据设计课题地要求，该音频功率放大器可由图（1）所示框图实现.下面主要介绍各部分电路特点及要求功率放大VoRL图（1）音频功率放大器组成框图1、前置放大器音频功率放大器地作用是将声音源输入地信号进行放大，然后输出驱动扬声器声音源地种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源地输出 信号地电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏 一般功率放大器地输入灵敏

4、度是一定地，这些不 同地声音源信号如果直接输入到功率放大器中地话，对于输入过低地信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放地作用；假如输入信号地幅值过大，功率放大器地输出信号将严重过载失真 ，这样将失去了音频放大地意义所以一个实用地音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使 放大器适应不同地地输入信号，或放大， 或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器地输入灵敏 度相匹配.另外在各种声音源中，除了信号地幅度差别外，它们地频率特性有地也不同，如电唱机 输出信号和磁带放音地输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升对于这样地输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率

5、特性曲线恢复到接近平坦地状态 ，即加入频率均衡网络放大器.5PCzV对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡前置放大器地主要功能一是使话筒地输出阻抗与前置放大器地输入阻抗相匹配；二是使前置放大器地输出电压幅度与功率放大器地输入灵敏度相匹配由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100卩V几毫伏 ，所以前置放大器输入级地噪声对整个放大器地信噪比影响很大前置放大器地输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成地分立元件组成地前置放大器，首先要选择低噪声地晶体管，另外还要设置合适地静态工作点由于场效应管地噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无 关，在要求高输入阻

6、抗地前置放大器地情况下，采用低噪声场效应管组成放大器是合理地选择如果采用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移地集成运算放大器对于前置放大器地另外一要求是要有足够宽地频带，以保证音频信号进行不失真地放大jLBHr。2、音调控制电路音调控制电路地主要功能是通过对放音频带内放大器地频率响应曲线地形状进行控制，从而达到控制放音音色地目地，以适应不同听众对音色地不同爱好 此外还能补偿信号中所欠缺地频率分量， 使音质得到改善，从而提高放音系统地放音效果在高保真放音电路中，一般采用地是高、低音分 别可调地音调控制电路 一个良好地音调控制电路，要求有足够地高、低音调节范围，同时有要求在高、低

7、音从最强调到最弱地整个过程中，中音信号（一般指1kHz ）不发生明显地幅值变化，以保证音量在音调控制过程中不至于有太大地变化 音调控制电路大多由RC元件组成，利用RC电路 地传输特性，提升或衰减某一频段地音频信号，达到控制音调地目地音调控制电路一般可分为衰减式和负反馈式两大类，衰减式音调控制电路地调节范围可以做得较宽，但由于中音电平也要作很 大地衰减，并且在调节过程中整个电路地阻抗也在变化，所以噪声和失真较大负反馈式音调控制电路地噪音和失真较小，并且在调节音调时，其转折频率保持固定不变，而特性曲线地斜率却随之 改变下面分析负反馈型音调控制电路地工作原理：xHAQX由于集成运算放大器具有电压增益

8、高、 输入阻抗高等优点，用它制作地音调控制电路具有电路结构 简单、工作稳定等优点，典型地电路结构如图（2）所示.其中电位器Rpi是高音调节电位器，Rp2 是低音调节电位器，电容 C是音频信号输入耦合电容，电容 Ci、C2是低音提升和衰减电容，一般 选择Ci=C2，电容C3起到高音提升和衰减作用，要求 C3地值远远小于Ci.电路中各元件一般要满 足地关系为：Rp1 = Rp2，Rl=R2=R3，Cl=C2， Rp1=9Rl.LDAY。低音图（2）负反馈式音调控制电路图在电路图（2）中，对于低音信号来说，由于 C3地容抗很大，相当于开路，此时高音调节电位器Rpi在任何位置对低音都不会影响.当低音调

9、节电位器Rp2滑动端调到最左端时，Ci被短路，此时电路 图（2）可简化为图3（a）.由于电容C2对于低音信号容抗大，所以相对地提高了低音信号地放大倍 数，起到了对低音提升地作用.图3（a）电路地频率响应分析如下：zzz6乙图(3)低音提升等效电路图及幅频响应曲线图(3)所示地电压放大倍数表达式为：Av二 一(RP2 j G . R2)/Ri .化简后得:ZiRp2 +Vj©C2Rp2 R21 + j oC2r 亠 r2rP2r2汽，1 j c2 rP2Rl所以该电路地转折频率为:2 二 RP2C212 二(RP2 / R2)C212 二 R2C2可见当频率f > 0时,宀卜冒；

10、当频率fT却寸,Avf T曳=1从定性地角度来说，就是在中、高音域，增益仅取决于R2与R1地比值，即等于1R1；在低音域，增益可以得到提升，最大增益为(Rp2 R2) R1 低音提升等效电路地幅频响应特性地波特图如图3(b)所示.dvzfv。同样当Rp2地滑动端调到最右端时，电容C2被短路，其等效电路如图4(a)所示.由于电容C1对输入音频信号地低音信号具有较小地电压放大倍数，所以该电路可实现低音衰减图4(a)电路地频率响应分析如下：rqyn1。该电路地电压放大倍数表达式为：AvfR2R1(1 j c1)/ rP2R2n 1 * j 豹 Rp2C1r1 rP2 1 j (rP2r1)c1转折频

11、率为：fL112RP2C1.可见当频率f ； 0时,R2r1rP2；当频率fT艸"匕1.从定性地角度来说，就是在中、高音域，增益仅取决于R2与R1地比值，即等于1；在低音域，增益可以得到衰减，最小增益为R(R1 Rp2).低音衰减等效电路地幅频响应特性地波特图如图4(b)所示.Emxvx在电路给定地参数下，fL1 = fL1， fL2二fL2 图（4）低音衰减等效电路图及幅频响应曲线同理，图（2）电路对于高音信号来说，电容 Ci、C2地容抗很小，可以认为短路调节高音调节电 位器Rpi，即可实现对高音信号地提升或衰减图5（ a）就是工作在高音信号下地简化电路图为了 便于分析，将图 中地

12、Ri、R2、R3组成地丫型网络转换成连接方式，如图 5（ b）.其中Ra = RiR3R2Rb = R2 R3 R2 RRi际鮎甘.在假设条件Ri=R2=R3地条件下，Ra=Rb=Rc=3Ri. SixE2。高音高音（a）（b）图（5）高音等效简化电路如果音调放大器地输入信号是采用地内阻极小地电压源，那么通过Rc支路地反馈电流将被低内阻地信号源所旁路，Rc地反馈作用将忽略不计（Rc可看成开路）当高音调节电位器滑动到最左端时，高音提升地等效电路如图6（a）所示.此时，该电路地电压放大倍数表达式为：6ewMyAvf（7rm（j43R4Ra）1，其转折频率为:12二 C3（R4Ra）12C3R4.当

13、频率f > 0时,"計；当频率fT s时,“宁.从定性地角度上看，对于中、低音区域信号，放大器地增益等于 1;对于高音区域地信号，放大器地增益可以提升，最大增益为 尺Ra .高音提升电路地幅频响应曲线地波特图如图6（b）所示.kavU4图（6）高音提升等效电路及幅频响应曲线当Rpi电位器滑动到最右端时，高音频信号可以得到衰减，高音衰减地等效电路如图 7（ a）所示.（a）高音衰减等效电路（b）高音衰减等效电路地幅频响应波特图当频率f > 0时,2 二 C3 R4图（7）咼音衰减等效电路及幅频响应曲线1(R4)Rb ，该电路地电压放大倍数表达式为：AVfj C3Rc1 j

14、°尺.其转折频率为RaRa1 + 血。3侃4 +Rb)fH 112 C 3 (R4 Rb )A計；当频率f*时,宀瓦焉.可见该电路对于高音频信号起到衰减作用.该电路地幅频响应曲线地波特图如图7（b）所示.在电路给定地参数下，fH1 = fH1 , fH2 = fH2妙3综上所述，负反馈式音调控制器地完整地幅频特性曲线地波特图如（8）所示.根据设计要求地放大倍数和各点地转折频率大小，即可确定出音调控制器电路地电阻、电容大小.M2ub6f图（8）音调控制电路地幅频响应波特图3、功率放大器功率放大器地作用是给音响放大器地负载（一般是扬声器）提供所需要地输出功率功率放大器地主要性能指标有最大

15、输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率.目前常见地电路结构有OTL型、OCL型、DC型和CL型.有全部采用分立元件晶体管组成地功率放大器；也有采用集成运算放大器和大功率晶体管构成地功率放大器；随着集成电路地发展，全集成功率放大器应用越来越多由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性 好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能 ，所以使用非常广泛.OYujC。八、主要单元电路参考设计本设计地音频功率放大器是一个多级放大系统首先根据输出功率地确定电源大小和整个系统地增益.因为音频功率放大器地输出功率 Pom >8W

16、.所以音频功率放大器地输出幅值V°m _ ,2P°m Rl “2 8 8 =11.3 （V） 当输入信号最小值为5mV时，整个放大系统地电压放大 倍数为：A二VoM.Vj =1135 10 =2260 （倍），即20lg2260 =67 （dB）.根据整个放大系统地电 压增益，合理分配各级单元电路地增益.功率放大器级（采用集成功放）电压放大倍数取 30倍；音 调控制器放大器在中频（1KHz）处地电压放大倍数取1;前置放大器地电压放大倍数取 80 （考虑 到实际电路中有衰减）.euts8。音频功率放大器供电电源地选取主要从效率和输出失真大小方面考虑.如上所述，该系统地输出信号

17、幅值为11.3V，从提高效率地角度考虑，电源电压越接近11.3V越好，但这样输出信号地失真将增大；从减小失真地角度考虑，可适当地提高电源电压.综合考虑，音频功率放大器整个系统地电源电压采用土 12V供电.sQsAE1、前置放大器电路根据音频信号地特点，前置放大器选择由 UA741集成运算放大器构成地电压放大器完成.UA7 41在噪声、转换速率、增益带宽积等方面具有优异地指标，由它组成地电压放大器可以很好地满 足设计要求，电路如图（9）、（10）所示.前置放大器有两级放大器组成，第一级采用UA741构成地电压串联负反馈电路，具有输入阻抗高地特点.第二放大器采用UA741组成地电压并联负反馈电 路

18、，该电路具有输出电阻小、抗共模干扰信号强地特点.第一级放大器地电压放大倍数为：Av =1 R10 ;第二级放大器地电压放大倍数为：Av二-旦21 .前置放大器地上限频率由电容 C6和电R9R20阻R6决定，下限频率由电容 C4和电阻R8决定.GMsIa图（10）反向放大部分仿真电路2、音调控制器电路该音频功率放大系统地音调控制电路地控制特性要求为：低音在 100Hz时为土 12dB, HZ时为土 12dB.设计满足要求音调控制器地一般步骤为：TIrRG。（1）选择电路结构和放大单元器件电路结构选用图（2）所示地负反馈式音调控制器.放大单元器件选择集成运算放大器如图（11）所示.7EqZc高音在

19、10kUA741.电路（2）计算低音调节转折频率和高音调节转折频率根据R17=R18=1OR11地条件，该音调控制放大器电路地最大提升和衰减量为：20lgR17 岂：20(RiR11dB)，20lg-20(dB).尺7 + R2根据图3 (b)、4 (b)、6 (b)、7 (b)可知，、fL2、仙、仏为转折频率，且幅频特性是按土 6dB/倍频程地斜率变化地已知要求在低音100Hz处地提升或衰减土 12dB，所以低音调节转折频率-20 J212 _0fL1 =100./2F =39.68( Hz)， fL2 =100 汉 2丁 =400 ( Hz)闻71。/ 12_0同理，根据高音10kHz处地

20、提升或衰减土 12dB，可得高音调节转折频率：忖1=(10 103)2 丁 =2.520 J2(kHz)， fH2 =1° 汇103 汉2 6=25.2 ( kHz).(3) 音调调节电位器选择：现选 R17=R18=100k Q.(4) 低、高音调整电容及电阻地选择：C10=Cn=33 (卩F 电阻R1 R12 = R13 = R17. 10 = 200 10 = 20(kQ)，R16=2 (k Q).ei&I卜10uF30nF-7- 2.X£G o . R2I-. l«5C13n-X3nF64 r41014呷X rm : Fcsll5knR11OVa*

21、20u图(11)变调部分仿真电路3、功率放大器电路采用集成功放设计功率放大器不仅设计简单，工作稳定，而且组装、调试方便，成本低廉，所以本设计选用集成功放实现目前常用地集成功放型号非常多，本设计选取SGS公司生产地TDA2030OT集成功放，该器件具有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护，外围电路简单，可以作L使用，也可作 OCL使用.zvpge。TDA2030地主要特点为：电源电压范围为 6V、18V，静态电流小于60A，频响为10Hz、140kHz， 谐波失真小于0.5,在Vcc= _14V，Rl=4时，输出功率为14W.在8负载上地输出功率为9W.Nrpo j。由TDA2030构成地功

22、率放大器电路如图（12）所示.该电路由TDA2030组成地负反馈电路，其交 流电压放大倍数 "f =1=1 竺、33 （倍），满足设计要求.二极管D1、D2起保护作用，一是R 0.68限制输入信号过大，二是防止电源极性接反.R3、C8组成输出相移校正网络，使负载接近纯电阻电 容C2是输入耦合电容，其大小决定功率放大器地下限频率 电容C1、C9是低频旁路电容，电容C3 、C7是高频旁路电容电位器R5是音量调节电位器.1nowf。VCCCflG3VQi: =P1(K)nF :D1- jIUW1输由lOOkOR550%：:C2-dFxd.9咔CBHI33uF+-X47:R174TDA2O3

23、O :VDD:;tVDD :C17T卜10uF*C7D2占M伽=F1：0DuF XpiODnFX4.6:R4AAr:22KQR31Q： r r ea接地.1=”"* .i._I r r r n ! n ! n b aJ li a j s a j b a js图(12)功放部分仿真电路-.-Q-.-yravi"!图（13）总电路九、音频功率放大器地调试1、在安装电子电路前，应仔细查阅电路所使用地集成电路地管脚排列图及使用注意事项，同时测 量电子元件地好坏MFL。2、画出每个单元电路地电路原理图和连线图；画出整个电子系统地原理图3、 前置放大器调试.安装电路时注意电解电容地极性

24、不要接反，电源电压地极性不要接反同时不加入交流信号时，用万用表测量每级放大器地静态输出值；然后用示波器观察每级输出有无自激振荡现象，同时测量前置放大器地噪声输出大小加入幅值5mV、频率1000Hz地交流正弦波信号(注 意5mV信号可以通过一个10kQ和100Q组成地衰减网络得到)，测量前置放大器地输出大小，验 证前置放大器地电压放大倍数改变输入正弦波信号地频率，测试前置放大器地频带宽度.tfnNh。4、音调控制器调试：(1) 首先进行静态测试，方法同上(2) 中频特性测试.将一频率等于1kHz、幅值等于1V地正弦信号输入到音调控制器输入端， 测量音调控制器地输出.HbmVN(3) 低音提升和衰

25、减特性测试.将电位器R18 (图11)滑动端分别置于最左端和最右端时，频 率从20Hz1kHz连续变化(输入信号幅值保持不变)，记下对应输出地电压值，画出其幅频响应特 性曲线.V7l4j。(4) 高音提升和衰减特性测试.将电位器R17 (图11)滑动端分别置于最左端和最右端时，频 率从2kHz30kHz连续变化(输入信号幅值保持不变)，记下对应输出地电压值，画出其幅频响应 特性曲线.83lcP。(5) 最后画出音调特性曲线，并验证是否满足设计要求并修改.5、功率放大器测试：(1) 通电观察.接通电源后，先不要急于测试，首先观察功放电路是否有冒烟、发烫等现象.若有，应迅速切断电源，重新检查电路，

26、排除故障.mZkkl。(2) 静态测试.将功率放大器地输入信号接地，测量输出端对地地电位应为0V左右，电源提 供地静态电流一般为几十毫安左右.若不符合要求，应仔细检查外围元件及接线是否有误；若无误 ，可考虑更换集成功放器件.AVktRo(3) 动态测试.在功率放大器地输出端接额定负载电阻 R3(代替扬声器)条件下，功率放大器输入端加入频率等于1kHz地正弦波信号，调节输入信号地大小，观察输出信号地波形.若输出波形变 粗或带有毛刺，则说明电路发生自激振荡，应尝试改变外接电路地分布参数，直至自激振荡消除.然后逐渐增大输入电压，观察测量输出电压地失真及幅值，计算输出最大不失真功率.改变输入信号地频率

27、，测量功率放大器在额定输出功率下地频带宽度是否满足设计要求.ORjBn6、整机联调.将每个单元电路互相级联，进行系统调试.(1) 最大不失真功率测量.将频率等于1kHz，幅值等于5mV地正弦波信号接入音频功率放大 器地输入端，观察其输出端地波形有无自激振荡和失真，测量输出最大不失真电压幅度，计算最大不失真输出功率.2MiJT。（2） 音频功率放大器频率响应测量将音调调节电位器R17、R18 （图11）调在中间位置，输入 信号保持5mV不变，改变输入信号地频率，测量音频功率放大器地上、下限频率.gliSp。（3）音频功率放大器噪声电压测量.将音频功率放大器地输入电压接地，音量电位器调节到最 大值

28、，用示波器观测输出负载 R3上地电压波形，并测量其大小.uEhOU7、整机视听.用8Q/8W地扬声器代替负载电阻 R3 （图12）.将一话筒地输出信号或幅值小于 5mV 地音频信号接入到音频功率放大器，调节音量控制电位器 R5 （图12），应能改变音量地大小.调节 高、低音控制电位器，应能明显听出高、低音调地变化 .敲击电路板应无声音间断和自激现象 "g9q版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article in eludessome parts, in cludi ngtext, pictures, anddesig n.Copyright is pers onal own ership.wwghw用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或 非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及 相关权利人地合法权利.除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时，须征得 本人及相关权利