电类综合实验

1、14电磁研究生电类综合实验-小型音响放大器的设计、仿真与调试姓名：学号： 指导老师： 16研究生电类综合实验-小型音响放大器的设计、仿真与调试1.实验目标和要求通过学习和训练，掌握基于计算机和现代EDA技术的电路系统设计仿、真和实验调试方法。要求：1、能够运用Multisim等EDA软件对常规模拟、数字电路进行设计、性能仿真和分析，掌握基于EDA技术的电路设计基本方法和步骤。2、掌握小型模/数综合电路的设计、硬件电路搭建、实验调试和参数测试方法。2.实验原理小型音响放大器的设计、仿真与调试：音响系统是指用传声器把声波信号转换为电信号，经过一些电路的处理，最终用扬声器将电信号再转换为声波信号重放

2、的系统。图2-1简单音响系统的组成本实验音频放大器的组成：图2-2 简单的音频放大器前置放大器：有一定增益、输入阻抗比较高（远高于话筒输出阻抗）、输出阻抗比较低（不影响音调控制电路的正常工作）、噪声系数尽可能小，可采用基于集成运放的同相输入比例运算电路。本设计采用UA741芯片。UA741是高增益运算放大器，用于军事、工业和商业应用，这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作，还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。图2-3 UA741芯片图图2-4 前置放大器电路图电压增益计算公式：音调控制器：对低音（几十几百赫兹）或高音（几千几十千赫兹）的增益进行

3、提升或衰减，而保持中音（几百 几千赫兹）的增益不变，达到补偿声学特性，美化音色等目的。音调控制器电路中的芯片也是UA741。图2-5 音调控制器电路图图2-6 音调控制器频率响应图fL1：低音转折频率，一般为几十赫磁；fL2：中音转折频率， fL2=10fL1；f0：中音频率或称中心频率f0=1KHz；fH1：中音转折频率；fH2：高音转折频率， fH2=10fH1，一般为几十千赫磁；功率放大器：压和电流都得使输出电到放大，输出足够大的功率，驱动喇叭发声。本设计采用TDA2030芯片。TDA2030是意法半导体公司生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。该集成电路广泛应用于汽车

4、立体声收录音机、中功率音响设备，其电路体积小，采用超小型封装（TO-220），可提高组装密度。同时输出功率大。图2-7 TDA2030芯片图图2-8 TDA2030外围电路图实验技术指标:音频放大器使用±12V双电源供电，扬声器阻抗8 ，其它技术指标如下： 输入信号幅度峰值为10mV时，输出功率Po >1W ； 输入信号频率范围f L f H40Hz20kHz； 音调控制器特性 1kHz 处增益为 0dB，100Hz和10kHz处有±12dB 的调节范围，AuL = AuH = ±20dB ； 前置放大器输入电阻Ri > 20k；3.实验设计方法电压增

5、益的分配：5V10mV250mV250mV25倍1倍20倍mA741CP运放的-3dB增益带宽积约为：1MHzTDA2030 -3dB增益带宽积约为：50kHz前置放大器设计要点：1、 电压增益计算公式：2、 输入阻抗计算公式：音调控制器设计要点：一般取几阻值十千欧姆到几百千欧姆比较合适。功率放大器设计要点：电压增益计算公式：其余电容、电阻和二极管等元器件尽量采用厂家推荐值；4电路的仿真4.1.前置放大集成电路仿真4.1.1.置放大电路原理图图4-1 前置放大集成电路图仿真结果图为：图4-2 前置放大器输入输出电压比较图由于话筒提供的信号非常弱，要在音调控制级前加一个前置放大器。考虑到设计电路

6、对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器ua741。前置放大电路是由ua741放大器组成的一级放大电路，放大倍数 ，即1+R3/R1，取R3=240K电位器,R1=10K,所用电源Vcc=+12V，Vee=-12V。经过前级运放的放大， 放大倍数由R3可调，本模块设计放大倍数为25倍。由通道一检测数据可知电压增益A=246.65mV/9.99mV约为25.4.2音调控制器仿真4.2.1音调控制器原理图：图4-3 音调控制器原理图仿真结果为：图4-4 音调控制器输入输出电压比较图4.2.2.低频频率响应图图4-5 12dB和3dB对应的频率点10KHz,2.48

7、KHz图4-6 17dB对应的频率点18.36KHz图4-7 -12dB和-3dB对应的频率点10KHz,2.48KHz图4-8 -17dB对应的频率点18.36KHz4.2.3.中频频率响应图图4-9 1KHz对应的增益0dB4.2.4.高频频率响应图图4-10 -12dB和-3dB对应的频率点91.70Hz,355.17Hz图4-11 -17dB对应的频率点41.49Hz图4-12 12dB和3dB对应的频率点91.76Hz,355.8Hz图4-13 17dB对应的频率点42Hz低频时，将RW2放中间，RW1调100%或0%。其中0%时是提升作用，100%时是衰减作用；高频时，RW2调到

8、100%或0%，RW1放中间,其中0%时是提升作用，100%时是衰减作用；中频两个滑动变阻器都放中间。Rw的滑臂滑到左右端时，可以用和提升区类似的方法得到衰减区频率特性。滑动变阻器只有在两侧时才对低频或高频有提升和衰减，而在中间时低频或高频也是没有作用的。所以放中间时频率特性是一条直线。4.3功率放大器仿真4.3.1.功率放大器原理图图4-14 功率放大器原理图仿真结果图：图4-15 功率放大器输入输出电压比较图由一通道检测可以看出电压增益为A=207.47mV/9.99mV约为21。输出功率结果图：图4-16 输出不失真时测得输出功率1.72W4.4完整电路图仿真4.4.1.完整电路原理图图

9、4-17 完整电路原理图图4-18 完整电路输入输出电压比较图由通道一检测的数据可知完整电路增益A=1+5.289V/10mV=529.9,即本设计电压总体放大了530倍，比设计时25*21=525（相应电阻没有做了一点调整）略大一点，可能是级联时引入了其他信号，也可能是临时使用了近似阻值替代电阻。整体调试效果图：图4-19 整体调试输出电压5.24V和输出功率1.72W将各级电路连接起来，整体调试，确保电路最终输出波形不失真，并检验其他参数均达标。5电路调试图4-20 完整电路图图4-21 电路输入信号10mV/1KHz图4-22 电路输出电压6.96V/1KHz实际搭电路时功放电路中R1和

10、R2分别选择了和，由增益计算公式A=1+R1/R2约为28，电路总体增益=25*28=700,理论输出电压应该为10mV*700=7V。实测与理论值有误差，分析原因：一方面可能是所使用的电阻值没有达到所标的值有误差；另一方面可能是测量时由于电路中引入了其他信号导致测量不稳定读数有误差；另外理论计算时采用了近似值计算存在误差。6总结回顾整个设计过程，发现自己真的有很多不足，真是书到用时方恨少。在课程设计过程中，温故而新，学到了很多有关模拟电子技术理论和实际方面的知识，从理论中得出结论，才能真正的提高自己的实际动手能力和独立能力，从中获得经验和知识。对以前所学过的知识理解不够深，不够透，掌握不够牢

11、固。在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的指导下顺利完成了。由于课本上的知识太多，而我们的这个成果也只能体现的知识一部分的知识，这也体现出我们的空缺，设计中出现的很多元件的功能都不能很好的理解，而我们能做的，只有去理解它们，摸清它们的原理，这也丰富我我们的知识。在该如何设计电路，并且使之能实现我们需要的功能的过程中，培养了我们的设计思维，增加了实际操作能力。这次让我体会到了设计电路的艰辛与成功之后的喜悦。此仿真电路的实现对搭建实际电路有借鉴与指导意义。这样在电路设计仿真完成之后再构建实际电路,就能有效降低成本,大大提高了教学和专业设计的效率。一个较大的电路系统中，每一个环节都是很重要的，

12、先要有一个较为合理的原理图，然后才能对原理图中的每一部分进行仿真修改，这往往不是一蹴而就的，需要不断地反复。仿真调试时，要把整个电路分成几块，每块单独调试，这样才能减少故障率，提高调试的效率。采用模块化设计和封装，先对单元电路模块进行仿真分析，再对总体电路进行仿真分析，以提高仿真效率，并使总体电路简单。为提高仿真效率，等仿真结果满足要求以后，再将自己设计的前置放大模块、音调控制模块、功放模块接入总体电路中。通过对该题目的设计及仿真分析，我们可以体会到，实际应用中，完全由纯硬件组成的电路还是过于复杂，调试比较麻烦，故障点比较多，系统的稳定性也不太确定。正是由于纯硬件电路的这些缺陷才推动了现代电子的迅猛发展，无论是单片机、PLC还是CPLD，都是尽量减少电路中的硬件部分，尽可能地将需要硬件电