音乐彩灯及音响放大电路

1、1n 1任务任务n 设计一种组合式彩灯控制电路，该电路由二设计一种组合式彩灯控制电路，该电路由二路不同控制方法的彩灯组成，彩灯可采用不路不同控制方法的彩灯组成，彩灯可采用不同颜色的发光二极管组成不同的图案来实现。同颜色的发光二极管组成不同的图案来实现。n 设计功率放大电路，要求能从话筒输入音乐，设计功率放大电路，要求能从话筒输入音乐，扬声器能播放音乐。扬声器能播放音乐。 一一、设计任务和要求、设计任务和要求2n 2要求要求n 两路控制电路具体要求为：两路控制电路具体要求为：n （1）第一路按话筒输出信号的音量的强弱）第一路按话筒输出信号的音量的强弱（信号幅度的大小，要有三级）控制彩灯。（信号幅

2、度的大小，要有三级）控制彩灯。音强时，亮的灯多且彩灯的亮度加大，反之，音强时，亮的灯多且彩灯的亮度加大，反之，亮度减弱。亮度减弱。n （2）第二路按话筒输出信号的音调的高低）第二路按话筒输出信号的音调的高低（信号频率高低）控制彩灯。（信号频率高低）控制彩灯。 高频段高频段20006000Hz，控制绿灯。，控制绿灯。低频段低频段0（即正半周）时，（即正半周）时，D1截止，截止，D2导通，此时导通，此时n 当选择当选择R1=Rf1时，时，n n 当当VI 0（即负半周）时，（即负半周）时，D1导通，导通，D2截止，此时截止，此时n C和和R4组成滤波电路，以减小整流后的纹波电压。可选组成滤波电路，

3、以减小整流后的纹波电压。可选C为为10F,最后在调试中确定最后在调试中确定 iffofovRRRRvRRv)(1122122ifovRRv2201oovv13n 半波整流电路半波整流电路n 精密全波整流电路见精密全波整流电路见P104图图4.11.1 10 k D1 10 k I R3 R2 D2 Rf1 R1 + A2 O + A1 10 k Rf2 30 k O1 1N4008 O1， 5.1 k 7.5 k R4 C 14n 5. 高通、低通滤波器电路高通、低通滤波器电路 n 人耳听觉范围的信号频率在人耳听觉范围的信号频率在20Hz20kHz之间。之间。为简便起见，可将音频信号分为两个不

4、同的频段，为简便起见，可将音频信号分为两个不同的频段，分别用低、高通滤波器来区分这两段频率信号，然分别用低、高通滤波器来区分这两段频率信号，然后经驱动电路使彩灯工作。低、高通滤波器电路可后经驱动电路使彩灯工作。低、高通滤波器电路可参考参考P106实验实验12，采用二阶有源滤波电路，根据，采用二阶有源滤波电路，根据截止频率，选取适当参数即可。截止频率，选取适当参数即可。15n 例如：设低通滤波器的上限截止频率例如：设低通滤波器的上限截止频率fH为为500Hz，采用图采用图5.4.2(a)所示电路形式的巴特沃斯低通滤波所示电路形式的巴特沃斯低通滤波器电路。器电路。n 首先选择电容首先选择电容C0.

5、01F，由于，由于 ， 则则n 取标称值取标称值30k串串1.8k。n 考虑到二阶巴特沃斯滤波器的考虑到二阶巴特沃斯滤波器的Q0.707和和 ，则，则Rf0.586R1n 再由再由Rf/R163.7 k，可求得，可求得R1172.4k和和Rf101.02k。R1取标称值取标称值160 k串串13 k，Rf取标称值取标称值100 k串串1k。RCfH21kCfRH85.311001. 050021216586. 11311QRRAfvf166.6.功率放大器功率放大器 功率放大器功率放大器( (简称功放简称功放) )的作用是给音响放的作用是给音响放大器的负载大器的负载RL( (扬声器扬声器) )

6、提供一定的输出功率。提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。高。 17 LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电。 工作电压范围宽，4-12V or 5-18V。 外围元件少。 电压增益可调，20-200。Avf=2R7/(R5+R6/R)低失真度。 为使外围元件最少，电压增益内置为20。18192021 音响放大器输出失真度小于某一数值音响放大器输出失真度小于某一数值( (

7、如如5%) )时的最大功率称为额定功率。其表达式为时的最大功率称为额定功率。其表达式为 L2ooRVP 式中，式中，RLRL为额定负载阻抗；为额定负载阻抗；Vo(Vo(有效值有效值) )为为RLRL两端的最大不失真电压。两端的最大不失真电压。VoVo常用来选定电源电常用来选定电源电压压VCC VCC occ22VV 音响放大器主要技术指标及测试方法音响放大器主要技术指标及测试方法 22测量测量Po的条件如下：的条件如下： 信号发生器的输出信号信号发生器的输出信号( (音响放大器的输入信音响放大器的输入信号号) )的频率的频率fi=1kHz，电压，电压Vi=5mV，用双踪示波，用双踪示波器观测器

8、观测vi及及vo的波形，应无明显的波形失真。的波形，应无明显的波形失真。 注意注意 在最大输出电压测量完成后应迅速减小在最大输出电压测量完成后应迅速减小ViVi，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。 23测量测量Po的步骤是：的步骤是： 功率放大器的输出端接额定负载电阻功率放大器的输出端接额定负载电阻RL( (代替代替扬声器扬声器) )，逐渐增大输入电压，逐渐增大输入电压Vi，直到，直到vo的波形刚的波形刚好不出现削波失真好不出现削波失真( (或或3%) )，此时对应的输出电，此时对应的输出电压为最大输出电压，由式压为最大输出电压，由式(4.13.2)(

9、4.13.2)即可算出额定即可算出额定功率功率Po。 24式中，式中，Po为输出的额定功率；为输出的额定功率；Pv为输出额为输出额定功率时所消耗的电源功率。定功率时所消耗的电源功率。 %100/voPP25三、实验内容与步骤三、实验内容与步骤 n 1. 分配各级电路的电压增益分配各级电路的电压增益n 根据本系统任务要求，整级电路分为两大部分，根据本系统任务要求，整级电路分为两大部分，一部分由两级电路组成，一部分由三级电路组成。一部分由两级电路组成，一部分由三级电路组成。电路总的电压增益为各级电路电压增益之积，据电路总的电压增益为各级电路电压增益之积，据此来分配各级电压增益，同时还需考虑各级基本

10、此来分配各级电压增益，同时还需考虑各级基本放大电路所能达到的增益。放大电路所能达到的增益。n （1）为了提高信噪比）为了提高信噪比S/N，放大器电路的增益可，放大器电路的增益可以适当取大。以适当取大。n （2）整流、滤波电路的电压增益分配还应同时考）整流、滤波电路的电压增益分配还应同时考虑到为避免输出波形产生饱和失真，输出信号的虑到为避免输出波形产生饱和失真，输出信号的幅值应小于电源电压。幅值应小于电源电压。26三、实验内容与步骤三、实验内容与步骤 n 1. 分配各级电路的电压增益分配各级电路的电压增益指标分配通常从最后级开始向前级逐级计算指标分配通常从最后级开始向前级逐级计算如设计好功放增益

11、为如设计好功放增益为20倍，则语音放大电路增益为倍，则语音放大电路增益为30倍倍即可。即可。同理，音乐彩灯电路，最后驱动红灯时电压为同理，音乐彩灯电路，最后驱动红灯时电压为1.8V，此，此电压应为截至频率所对应的电压，则低频时电压应为电压应为截至频率所对应的电压，则低频时电压应为1.8/0.707=2.546V，总增益计算分配同上，总增益计算分配同上27n 2. 根据已分配确定的电压增益和设计已知条件，根据已分配确定的电压增益和设计已知条件，分别确定各级电路的电路方案，选取各元件参数。分别确定各级电路的电路方案，选取各元件参数。n 3在实验电路板上组装电路。安装前要对整机电在实验电路板上组装电

12、路。安装前要对整机电路进行合理布局，安装时要特别注意运放，二极管路进行合理布局，安装时要特别注意运放，二极管等主要器件的引脚和极性，不能接错。从放大器电等主要器件的引脚和极性，不能接错。从放大器电路开始逐级安装，安装一级调试一级，安装两级要路开始逐级安装，安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。进行级联调试，直到整机安装与调试完成。281. 合理布局，分级装调合理布局，分级装调 音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，功放级应

13、远离输入级，每一级的地线尽量接地布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。 安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装，也可以极性，不能接错。从输入级开始向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。装两级要进行级联调试，直到整机安

14、装与调试完成。29 电路的调试过程一般是先电路的调试过程一般是先分级调试分级调试，再，再级联调级联调试试，最后进行，最后进行整机调试整机调试与与性能指标测试性能指标测试。 分级调试又分为分级调试又分为静态调试静态调试与与动态调试动态调试。 静态调试时，将输入端对地短路，用万用表测静态调试时，将输入端对地短路，用万用表测该级输出端对地的直流电压。由运算放大器组成的该级输出端对地的直流电压。由运算放大器组成的电路，其静态输出直流电压均为电路，其静态输出直流电压均为VCC/2，功放级的，功放级的输出输出(OTL电路电路)也为也为VCC/2，且输出电容，且输出电容CC两端充电两端充电电压也应为电压也应

15、为VCC/2。若是若是双电源供电双电源供电，直流电压均，直流电压均为为0 0。 动态调试是指输入端接入规定的信号，用示波动态调试是指输入端接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，并测量各项性能指标是否满器观测该级输出波形，并测量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元器件数值是否合乎要求，否则是不会出现很大，元器件数值是否合乎要求，否则是不会出现很大偏差的。偏差的。30 单级电路调试时的技术指标较容易达到，但进行单级电路调试时的技术指标较容易达到，但进行级联时，由于级间相互影响，可能使单级的技术指标级联时，由于级间相互影响

16、，可能使单级的技术指标发生很大变化，甚至两级不能进行级联。产生的主要发生很大变化，甚至两级不能进行级联。产生的主要原因：原因： 一是布线不太合理，形成级间交叉耦合，应考一是布线不太合理，形成级间交叉耦合，应考虑重新布线；虑重新布线； 二是级联后各级电流都要流经电源内阻，内阻二是级联后各级电流都要流经电源内阻，内阻压降对某一级可能形成正反馈，应接压降对某一级可能形成正反馈，应接RCRC去耦滤波电去耦滤波电路。路。R R一般取几十欧姆，一般取几十欧姆，C C一般用几百微法大电容与一般用几百微法大电容与0.10.1 F F小电容相并联。小电容相并联。 31 由于功放级输出信号较大，对前级容易产生影响

17、由于功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。集成块内部电路多极点引起的正反馈易，引起自激。集成块内部电路多极点引起的正反馈易产生高频自激，常见高频自激现象如下图所示。产生高频自激，常见高频自激现象如下图所示。 可以加强外部电路的负反馈予以抵消，如功放级可以加强外部电路的负反馈予以抵消，如功放级脚与之间接入几百皮法的电容，形成电压并联负脚与之间接入几百皮法的电容，形成电压并联负反馈，可消除叠加的高频毛刺。反馈，可消除叠加的高频毛刺。 常见的低频自激现象是电源电流表有规则地左常见的低频自激现象是电源电流表有规则地左右摆动，或输出波形上下抖动。右摆动，或输出波形上下抖动。 产生的主要原因是输出信号通过电源及地线产产生的主要原因是输出信号通过电源及地线产生了正反馈。可以通过接入生了正反馈。可以通过接入RCRC去耦滤波电路消除。去耦滤波电路消除。 32n 五实验报告要求五实验报告要求n 原理电路的设计，内容包括：原理电路的设计，内容包括：设计方案论