“扩音器设计”论文

1、巢湖学院2015届本科毕业论文（设计）扩音器设计摘 要 如今的社会，扩音器已然成为我们日常生活的必需品，根据实际的需要和放大电路器件的不同，扩音器的设计方案也有很多种类。此次论文设计主要围绕扩音器的工作原理，并就扩音器的各个组成部分的功能作用和如何实现进行了分析，扩音器的旨意在于将原始信号进行放大，本次设计的重点为音调控制电路和功率放大电路。本次设计用到EWB仿真软件，通过对扩音器各部分电路理论分析计算后，用EWB软件对设计出的电路进行仿真工作，在仿真结果准确后，进行扩音器实物的制作，对实物进行音频放大、音调和音量调节等功能的测试，从而实现扩音器的放大功能。关键词：扩音器；音调控制；功率放大；

2、EWBThe Design of the Loud-speakerAbstract In modern society, microphone has become our necessities of daily life, according to actual requirement and different amplification circuit devices, the design scheme of microphone also has many types. This paper design mainly turns on the operating principl

3、e of the loud-speaker and makes an analysis of the function of microphone and how to bring about that, the decree of loud-speaker is amplifying the primary signal, the key point of this design is the tone control circuit and power amplifying circuit.This design gets on with EWB simulation software t

4、o carry out the simulation of the circuit designed by means of analyzing and calculating the function of microphones various components, after obtaining the accurate simulation results, making the object of loud-speaker, in addition to that, making analysis of the function of audio amplifier, tone a

5、nd volume adjustment, and so on. It realizes the amplification function of microphone thereby. Keywords: loud-speaker; Tone control; Power amplifier; EWB1目 录1 引言12 扩音器的组成12.1 扩音器构成12.2 前置放大器22.3 音调控制电路22.4 功率放大器23 扩音器电路的设计33.1 前置放大器的设计33.2 音调控制电路的设计33.3 功率放大器的设计123.4 整流桥电路的设计134 实物的制作与调试144.1 电路的安装1

6、44.2 电路调试155 设计心得及体会156 致谢15参考文献161 引言扩音器的问世丰富了人们的日常生活，它所涉及到的领域也越来越广，扩音器于1950年发明，从那以后技术员们为了丰富它的功能做出了不懈的努力。随着科技的发展，扩音器从有线发展到无线，种类也越来越多。原来的扩音器，采用了电子管，体积比较庞大，也比较笨重。随着如今电子元件不断的小型化、集成化，便携式扩音器应运而生，得到了广泛的应用。不要看它体积小，但是播放出来的声音也是非常出色的。现在的扩音器体积大小不等，功能和用途也在不断地细化，适合老师和导游用的扩音器一般都是体积比较小的，它们用起来比较方便，可以把它们称为教学扩音器和导游扩

7、音器，这两款扩音器极大地保护了使用者的嗓子，像那些人流量比较大的场所、大型演讲活动等诸如此类的都使用比较大的扩音器，这样才能营造出更好的效果。2 扩音器的组成2.1 扩音器构成扩音器在公共场所得到广泛地应用，它把来自音源的微弱信号放大成大功率信号，其由三部分组成，分别为音调控制电路、前置放大器和功率放大器。各种信号源送来的信号进行选择、放大是通过前置放大电路完成的，再经音调控制电路，以获得适当的频率特性；最后由推动级将其送到功率放大电路加以放大，音频信号得到足够功率后，推动扬声器发出声音，从而实现扩音器功能。如下图1所示:前置放大音调控制功率放大 话筒输入 图1扩音器的组成图2.2 前置放大器

8、小信号放大器是前置放大器的别称,它在扩音器电路中扮演着重要的角色。在正常的情况下，从麦克风输入进来的有用信号最大幅度可能仅有若干毫伏，而共模噪声最大幅度可能高达几伏，甚至更高，所以前置放大器的输入漂移和噪声等因素对于整体电路的精度至关重要，放大器自身的共模抑制比也起到了很重要作用。因此，前置放大电路要求噪声要小、输出的阻抗要低、输入阻抗要高。2.3 音调控制电路当人们听音乐时，希望能够听到悦耳的声音，但因为不同的爱好，有些人较喜欢声音浑厚而深沉，有的人则喜欢清脆响亮。这就需要音调控制电路来实现，其作用是对信号频率特性进行人为的操作，使信号频率特性中某一段频率特性得到增加或降低，从而达到我们想要

9、的那种效果。在一般扩音器装置中都配备了音调控制电路，普通扩音器中音调控制电路是相对较简单的，而高品质的扩音器中音调控制电路是比较复杂的。音调控制也被称为音质调节，如果按其调节的频率范围来划分的话，有高低音调节和多频段调节。音调控制电路有很多种类，但是常用的就只有三种:一是衰减式RC音调控制电路，它较容易产生失真，但调节范围还是相对比较宽的；二是反馈式音调控制电路，其失真比较小，调节范围也比较狭窄；三是图示式频率均衡电路，由于电路构造比较繁琐复杂，一般的扩音器中是不会采用的。2.4 功率放大器如何驱动扩音器的负载，这就需要功率放大器将输入信号提到一定程度上满足负载工作条件。当扩音器的负载为一定值

10、时，在非线性失真允许的范围内，希望功率放大器输出的功率能够达到最大值，同时也希望其输出信号的非线性失真为最小，实现尽可能高的效率。功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比，用表示，值越大，功率放大器转换的效率就越高。因此，就功率放大电路的选择，我们要在形式上、工作状态上把关，确保选择一个比较合适的功率放大电路。3 扩音器电路的设计 3.1 前置放大器的设计话筒的输出信号一般都比较微弱，只有几毫伏，因此需要一个放大器将它不失真地放大，此放大器一般加在音调控制电路的前面称为前置放大器。此前置放大器有两部分的作用，一是将输入的微弱信号不失真放大，二是减少噪声干扰，提高整个电路

11、的信噪比。考虑到减少噪声的要求，我们采用运算放大器NE5532来设计前置放大器，它是一种低噪声、高性能的运算放大器。采用此元件可以把输入信号不失真地输出，同时也能很好地改善电路瞬态性能，使电路的整体性能指标进一步得到提高。如果采用分立元件的话，电路比较复杂且各项性能指标也不理想。图2所示的是前置放大器电路图。 图2 前置放大器电路图 图3 前置放大电路的仿真结果图前置放大器的输入端用了一个1uF电容串联2.2K的电阻，在低频下，由于1uF的电容存在，对低频进行衰减，起到高通的作用。前置放大器的输出端串联了一个电阻和一个电容，电容为了输出隔离直流，电阻起到信号分压的作用。前置放大电路的仿真结果如

12、上图3所示。3.2 音调控制电路的设计扩音器输出频率的高低是通过音调控制电路调节和控制的。从而达到优化音色的目的，以此来满足观众们对音色的要求、渲染某种气氛、达到某种效果。音调控制电路对低音有调节作用，同时对高音也有调节作用，由此可知，音调控制电路由低、高通滤波器两部分组成。低通滤波器对低音做出调节，高通滤波器对高音做出调节，从而实现音调控制电路对输出频率的高低进行调节和控制。此次音调控制部分我们采用了反馈式音调控制电路，它的工作原理如下图4所示。阻抗元件Z1、Z2是由RC构成的、放大器A是一理想放大器，我们采用NE5532，它的开环增益和输入阻抗都趋于无穷大，而输出阻抗近似为零。所以，放大电

13、路闭环增益为上式中，显然阻抗Z1和Z2会随着输入信号的频率变化而变化，Avf也会随着其变化而变化。在放大器A的反馈支路上接一个RC衰减网络，这样就可以构成一个反馈式音调控制电路，如图5所示。为了分析方便，选择 图4 原理图 图5 反馈式音调控制电路图 工作原理：当信号频率介于低音频区域时，电容C2近似看成开路，上半部分电路可以完成信号的传输特性和反馈作用，由此知道低音调节电位器是W1，如图6所示。当输入信号的频率较高时，电容C1近似看成短路，那么此时电路如图7所示。影响频率特性的主要因素是由下半部分电路决定的，由此知道高音调节电位器是W2。 图6 低音简化电路图 图7 高音简化电路图当输入信号

14、为低音时，信号的提升和衰减是通过改变W1的位置来实现的，要想低音能够得到提升则需要将W1向左滑动，当W1一直滑动到最左侧时，电流不从R3上流过，R3相当于短路，那么此时低音被提升的电路图如图8所示。当电容C1有低音信号通过时，C1产生的容抗会比较大。由于放大器的负反馈作用，输入的低音信号便能够得到提升。电路频率响应分析如下：由图8知，电压放大倍数为： （其中,） 令 ， 则有把，代入上式，得1. 当信号频率处在中音频区域时，即，求得 故 2. 当信号频率降低到时，求得 故 3.当信号频率进一步降低到时，求得 故 4.当信号频率降低到时， 求得 故 根据上面的推导计算后，可以作出判断，在中音频区

15、域时，它的闭环增益为0dB，随着信号频率慢慢的降低，增益将逐渐地增大。曲线的斜率约为-20dB/十倍频程，当和时，曲线出现了转折点，那么可以看出和是两个转折频率，低音信号经过此电路，增益最大可以提升到20dB。下图9所示的幅频响应特性曲线图是经EWB软件仿真得到的。 图8 低音提升电路图 图9 低音提升幅频响应特性图当输入信号为低音时，信号的提升和衰减是通过改变W1的位置来实现的，要想低音能够得到衰减则需要将W1向右滑动，当W1滑动到最右端时，电阻R3被短路，那么此时低音被衰减的电路图如图10所示。电路频率响应分析如下：由图10知，电压放大倍数为：（其中 ，）令 ，则有把，代入上式，得1. 当

16、信号频率处于中音频区域时，即，求得 故2.当信号频率降低到时，求得 故3. 当信号频率进一步降低到时，求得 故4.当信号频率降低到时，求得 故根据低音提升的分析方法，我们同样可以求得低音衰减的幅频特性，在接近中音频区的闭环增益为0dB，从开始，随着频率的降低，到时，进入平坦部分，达到最大衰减量为-20dB。下图11所示的幅频响应特性曲线图是经EWB软件仿真得到的。 图10 低音衰减电路图 图11 低音衰减幅频响应特性图当输入信号为高音时，信号的提升和衰减是通过改变W2的位置来实现的，为了能够很好地分析，采用等效变换的方法，把星形连接的、变换成三角形连接的、，变换后的图形如下图12所示。 图12

17、 高音等效电路图其中Ra、Rb、Rc的值可通过下式计算出：当W2向左端滑动时，高音信号能够得到提升，当W2滑动到最左端，此时的电路图如图13所示。由图13知，电压放大倍数为： （其中 ，）令 ，则有把，代入上式，求得1. 当信号频率处在中音频区域时，即，求得 故 2.当信号频率上升到时，那么有 故 3. 当信号频率不断上升，直到时，那么有 故 4.当信号频率时，那么有 故 根据上面的分析计算后，可以作出判断，在中音频区域时，它的闭环增益为0dB，伴随着频率的升高，增益也会逐渐上升，曲线的斜率约为-20dB/十倍频程，当和时，曲线出现了转折点，那么可以看出和是两个转折频率，高音最大可以提升到20

18、dB。下图14所示的幅频响应特性曲线图是经EWB软件仿真得到的。 图13 高音提升电路图 图14 高音提升幅频响应特性图当W2向右端滑动时，高音信号可以得到衰减，当W2滑动到最右端，此时的电路图如图15所示。由图15知，电压放大倍数为： （其中，）令 ，则有把，代入上式，求得1. 当信号频率处于中音频区域时，即，那么有 故2.当信号频率上升到时，那么有 故3.当信号频率不断上升，直到时，那么有 故4.当信号频率时，那么有 故根据高音提升的分析方法，我们能够求得高音衰减的幅频特性，对信号频率处在中音频区时，其闭环增益为0dB，从开始，随着频率的升高，增益将不断衰减，到时，进入平坦部分，达到最大衰

19、减量为-20dB。经EWB软件的仿真可以得到如下图16的幅频响应特性曲线图。 图15高音衰减电路图 图16 高音衰减幅频响应特性图根据设计要求，估算反馈式音调控制电路元件参数，得，3.3 功率放大器的设计扩音器的核心电路是功率放大器，我们一般将其简称为功放，它的作用就是将接收的微弱信号进行放大，从而推动扬声器发出声音，一套良好的扩音器系统，功率放大器起到关键性的作用。功放电路一般工作在大信号状态下，它的特点是要求输出比较大的功率、效率要高、非线性失真要小。根据功放管的导电类型，功率放大电路可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类4种类型。在这里我们选用TDA2030型集成功率放大电路，它具有输出功率大、

20、失真小的特点。功率放大器的电路如下图17所示。采用两块TDA2030组成本次功率放大器电路，TDA2030（1）为同相放大器，输入信号先经过交流耦合电容，然后反馈到同相输入端，而TDA2030（2）为反相放大器，它的输入信号是先由TDA2030（1）输出端U0经R5和R7分压器衰减后，再经过电容反馈得到的。下图18所示是功率放大电路的仿真结果。 图17 功率放大器电路图 图18 功率放大电路仿真结果图3.4 整流桥电路的设计整流桥电路是通过四个二极管（IN4007）桥接方式整流，利用电容滤波来得到电源。给NE5532、TDA2030供电使其工作。电路图如下图19所示。图19 整流桥电路图扩音器

21、各部分电路设计完成后，将它们级联起来形成的整机电路图如下图20所示。图20 整机电路图4 实物的制作与调试4.1 电路的安装在安装前，应使用仪器对各元器件的标称值以及性能参数进行认真的检测，确保各元器件符合电路设计的要求。进行电路安装时，首先要妥善安排各元器件的位置，合理布局，既要做到布局紧凑，引线尽可能短，又要避免各引线之间的相互交叉，防止造成短路现象。扩音器工作性能是好还是坏，一方面取决于电路的设计，另一方面在于焊接技术。因此在焊接之前，我们需要掌握和理解焊接的基本要领，确保实物制作完成后没有漏焊、虚焊等现象。为了让制作出来的实物美观大方，元器件的安装布局至关重要，焊锡时应保证焊点光亮、圆滑，大小适中，周围干净清洁。焊接各元器件时，应保持耐心和细心，尽量减少元器件的损坏，降低不必要的开支。扩音器实物图如下图21所示。图21 扩音器实物图4.2 电路调试电路安装完毕后，不要过于着急地通电测试，应做好前期的检查工作，在通电之前，确保电路没有虚焊、漏焊等现象。如果盲目地通电测试，有可能会损坏元器件从而带来新的问题。电路的调试一般会选用“先分后联”的调试方法，所谓“先分后联”就是先分级调试，再级联调试，最后转入整机调试