实验五_音响放大器的设计说明

1、东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称： 电路与电子线路实验2 第 5 次实验实验名称： 音响放大器的设计 院（系）： 吴健雄学院 专业： ： 学号： 实 验 室: 实验组别： 同组人员： 实验时间： 评定成绩： 审阅教师： 1、 实验目的1、了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。2、系统、综合地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识，在单元电路设计的基础上，利用Multisim软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。3、通过设计、调试等环节，增强独立分析与解决问题的能力。2、 实验容设计一个音响放大器，要现话筒扩音、音量控制、混音功能、音调可调（选作）等功能。1、基本

2、要求功能要求：话筒扩音、音量控制、混音功能额定功率：0.5W(失真度THD10%)负载阻抗：8频率响应：fL50Hz，fH20kHz输入阻抗：20k话音输入灵敏度：5mV2、提高要求音调控制特性：1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节围。3、发挥部分可自行设计实现一些附加功能。3、 电路设计1、项目分析1）话音放大器 话放的输入音源采用驻极体话筒； 话放增益一般为510倍左右，可采用同相放大器实现； 由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20k，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻

3、抗。2）混合前置放大器 混合前置放大器的作用是将放大后的话音信号与Line In（输出MP3作为背景音乐信号源）信号混合放大，起到了混音的功能； 使用加法器实现信号的合成。3）功率放大 功率放大的作用是给音响放大器的负载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的大，输出信号的线性失真尽可能的小，效率尽可能的高； 常用形式有OTL电路和OCL电路等。4） 电路结构框图5） 电路增益分配（1）输出功率：（2）负载：（3）对应输出电压：由公式得：（4）电压增益：已知输入电压，则电压增益（5）方法倍数分配：A=10A=4A=1A=102、 电路原理图1）话音放大器话音放大器由如图所示电

4、路组成，即由A1组成的同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话筒放大器电路。电路满足条件：故其放大倍数为：电路中的所有电容的作用都是滤波。2） 混合前置放大器如图所示的是混合前置放大器，它的作用是将mp3输出的声音信号与话音信号混合放大。它是一个反相加法器电路，输出电压与输入电压之间的关系为：式中，为话音放大器的输出信号，为mp3的输出信号。电位器的作用是对输入的mp3信号进行衰减。电路中的所有电容都用于滤除输入、输出信号中的低频段干扰信号。3） 音调控制器如图所示的是音调控制器，它的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，控制曲线如下图所示：由图可见，音调控制器只对低音频或高

5、音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变，所以音调控制器的电路由低通滤波器与高通滤波器共同组成。音调控制器电路图中的上面部分是低通滤波器，上面的电位器是低音电位器，可用于调节低频信号的增益；下面部分是高通滤波器，下面的电位器就是高音电位器，可用于调节高频信号的增益。在音频围的低频部分，电容相当于开路，因此有效的反馈是由和组成的。运放起反相放大器的作用，它的电压增益借助于低音电位器在如下围可变：随着频率的增加，逐渐旁路掉，知道后者最终被短路而对响应没有影响为止。在最大低音提升或抑制的情况下，开始起作用的频率近似等于：在音频的高频端，电容器相当于短路，因此增益就由高音电位器控制。如果满足的条件

6、，可以证明，高频增益的变化围是：低于频率以下，高音控制逐渐失去对响应的影响，这个频率近似为：根据上述四个公式，令，可计算得到如电路图中所示的参数。4） 功放电路因为Multisim中没有LM386，所以使用Proteus进行仿真。功放电路采用LM386的典型电路，该电路的电压放大倍数是20倍，可以通过调节输入信号后面接的电位器来改变放大倍数，当电位器接入电路的电阻为50%时，电路的电压放大倍数为10倍。3、 电路的仿真结果1） 话音放大器使用示波器进行仿真分析。如下图所示，输入信号接通道A（绿线），输出信号接通道B（黄线）。当输入信号峰峰值为4.533mV时，输出信号峰峰值为45.176mV，

7、增益为10，符合实验要求。2） 混合前置放大器如下图所示，输入信号1接通道A（蓝线），输入信号2接通道B（黄线），输出信号接通道C（绿线）。当输入信号1与输入信号2的频率相同时，电路仿真图如图(a)所示。当输入信号1的峰峰值为-48.837mV，输入信号2峰峰值为-97.639mV时，输出信号的峰峰值为586.797mV，满足输出信号峰峰值为两路输入信号峰峰值之和的4倍。结合输入输出波形，可以看出：输出信号是两路输入信号叠加后再放大四倍得到的。图(a)当输入信号1与输入信号2的频率不同时，电路仿真图如图(b)所示。当输入信号1的峰峰值为-49.987mV，输入信号2峰峰值为-99.343mV时

8、，输出信号的峰峰值为598.688mV，满足输出信号峰峰值为两路输入信号峰峰值之和的4倍。结合输入输出波形，可以看出：输出信号是两路输入信号叠加后再放大四倍得到的。图(b)3） 音调控制器使用波特图仪进行仿真分析。如下图(a)、图(b)所示，调节低音电位器，得到当频率为125Hz时，增益可调围是-12.38212.378dB，且此时调节高音电位器，对低频和中频信号的增益几乎不产生影响。曲线中点：1kHz, 0dB图(a)图(b)如下图(c)、图(d)所示，调节高音电位器，得到当频率为8kHz时，增益可调围是-11.29111.496dB，且此时调节低音电位器，对高频和中频信号的增益几乎不产生影

9、响。图(c)图(d)此外，由图(a)、图(b)、图(c)、图(d)可以看出，无论是调节高音电位器还是低音电位器，1kHz的信号的增益始终约等于0dB。综上所述，音调控制器的设计基本符合实验要求。4） 功放电路由于功放电路的设计是直接采用LM386的典型电路，比较有保障，所以省略了仿真过程。四、硬件电路功能与指标，测试数据与误差分析1、硬件实物图（照片形式）：话音放大器混合前置放大器音调控制器功放电路2、按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试，记录测试数据，分析电路性能指标。1）额定功率： 音响放大器输出失真度小于某一数值时的最大功率称为额定功率。其表达式为： 式中，为额定负载阻抗；(有效值)为

10、两端的最大不失真电压。常用来选定电源电压VCC, 测量的条件为：信号发生器的输出信号(音响放大器的输入信号)的频率，电压，音调控制器的两个电位器置于中间位置，音量控制电位器置于最大值，用示波器观测及的波形。实际搭建电路，用示波器观察输入输出信号如下图所示：由上图可以看出，最大不失真电压，因此电压有效值为：，根据公式计算得：，这显然大于要求的，因此设计是合理的。2）频率响应：测量方法： 音响放大器的输入端接(等于5mV)，两个电位器都置于最左端，使信号发生器的输出频率从20Hz至50kHz变化(保持vi=5mV不变)，测出负载电阻上对应的输出电压，用半对数坐标纸绘出频率响应曲线，并在曲线上标注与

11、的值。 直接用扫频仪进行测量。3）输入阻抗： 在电源输出端串联一个的电阻作为，测得，则输入阻抗为100k，远远大于要求的20k，因此设计合理。4） 输入灵敏度：测量方法：将音调控制器的两个电位器调节到中间位置，音量控制电位器调到最大值，使从零开始逐渐增大，直到达到额定功率值时所对应的输入电压值即为输入灵敏度。由图可知，输入灵敏度峰峰值为4.40mV，小于题目要求的5mV，故满足实验要求。5）噪声电压：音响放大器的输入为零时，输出负载上的电压称为噪声电压。测量方法：将音调控制器的两个电位器调节到中间位置，音量控制电位器调到最大值，输入端对地短路，用示波器观测输出负载端的电压波形，用交流毫伏表测量

12、其有效值。6） 整机效率：整机效率的计算公式为：式中，为输出的额定功率；为输出额定功率时所消耗的电源功率。在输出额定功率的情况下，将电流表串入VCC支路中，测得总电流I=0.5A，又有Vcc=7.5V，代入公式计算得：7）音调控制特性（扩展）： 所有的音调控制器的输入信号峰峰值均为100mV: 当时，调节两个电位器，输出信号的峰峰值不会产生太大变化。由图可知，电压增益，略大于实验要求的0dB（1倍），基本达到实验要求。 当时，下图(a)所示是最大增益情况，图(b)所示是最小增益情况。图(a)图(b)由图(a)可知，放大时，最大输出电压，最大电压增益，略小于实验要求的12dB（4倍），基本达到实

13、验要求。由图(b)可知，缩小时，最小输出电压，最小电压增益，大于实验要求的-12dB（0.25倍），有一定误差。 当时，下图(c)所示是最大增益情况，图(d)所示是最小增益情况。图(c)图(d)由图(c)可知，放大时，最大输出电压，最大电压增益，略小于实验要求的12dB（4倍），基本达到实验要求。由图(d)可知，缩小时，最小输出电压，最小电压增益，大于实验要求的-12dB（0.25倍），有一定误差。综上：音调控制器实现了对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变，但是对于低频或高频增益的提升或衰减的围与要求的存在一定误差，尤其是在对信号进行衰减时，这说明在参数选择上仍存在不足。8

14、）整机信号试听效果：（1）话音扩音：声音清晰，音量大小也可以调节。（2）Mp3音乐试听：各种音乐播放效果都相当不错，且实现了音量和音调的可调。（3）混音功能：混音的效果很好，音乐播放时对着话筒讲话声音可以听见的同时又不会完全盖过音乐，两个信号大小调节较好，又很清晰。（4）音调控制（提高）：对高音和低音的放大调节效果明显，缩小调节则效果不是特别明显。3、 出现故障问题及处理方法总结：（1）出现的故障及排除方法1） 分模块调试电路均已通过，但两级电路连接在一起时产生失真。解决方法是在两级电路之间接一个射极跟随器。本次实验中共加了两个射极跟随器，分别加在混合前置放大器与音调控制器之间、音调控制器与功

15、放电路之间。2） 输入交流信号时，输出信号产生了一些毛刺，解决方法是在每一级输出后串联一个小电容，滤除毛刺。3） 在每一级输出串联一个电容后，后一级输出信号会上下移动，即有电容充放电的过程，解决方法是将输出后串联的电容换小一点。4） 话筒接入电路后会产生啸叫，这一般是话筒外壳接地不善引起的，解决方法是在话筒输入和地之间接一个的电容。5） 功放电路的低频自激比较明显，解决方法是在功放电源和地之间接一个的滤波电容。（2） 体会与总结通过本次实验，我经历了一次完整的实验过程：学习、设计、实现、分析、总结，每一个环节都是十分重要的。我学会了如何系统、综合地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识，在单元电路设计的基础上，利用Multisim软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。本次实验的四个模块电路，其中前两个是模电理论课上学习过的容，直接应用并加以少许改进就可以了；还有两个则是通过自己查找资料进行学习后进行设计的，这提