音响放大器设计与调试yxx最终版

1、音响放大器设计与调试音响放大器设计与调试P114第五阶段实验第五阶段实验返回2一、实验目的一、实验目的o了解集成功率放大器内部电路工作原理，o掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法；o掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术。返回3 话音放大器 电子混响器磁带放音机 混合前置 放大器 音调控制器 功率放大器 扬声器 话筒 二、音响放大器的基本组成二、音响放大器的基本组成 话音放大器的作用是不失真地放大声音信号。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。主要是控制、主要是控制、调节音响放大调节音响

2、放大器的幅频特性器的幅频特性给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20k(亦有低输出阻抗的话筒如20，200等)将磁带放音机输出的音乐信号与话音放大后的声音信号混合放大 。返回41. 话音放大器话音放大器 话音放大器的作用是不失真地放大声音信号。采用同相放大器，其输入阻抗远大于话筒的输出阻抗，能与输出阻抗较高的话筒配接。 1F R11 10k vi1 C11 10F 话筒 10k R12 9V A1 RL C12 1 返回52.混合前置放大器混合前置放大器 其作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合放大。1212(

3、)FFoRRVVVRR v v1 1为话筒放大器输出电压为话筒放大器输出电压v v2 2为放音机输出电压为放音机输出电压 v1v2R1R2RFvo返回63.音调控制器音调控制器（选做）（选做） 音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性使声音变得更好听一些。 f f0 0（等于（等于1kHz1kHz）表示中音频率）表示中音频率，要求增益，要求增益A AV0V0=0dB=0dB f fL1L1表示低音频转折频率，一表示低音频转折频率，一般为几十赫兹般为几十赫兹 f fL2L2( (等于等于1010f fL1L1) )表示低音频表示低音频区的中音频转折频率区的中音频转折频率 f fH1H1表示

4、高音频区的中音表示高音频区的中音频转折频率频转折频率 f fH2H2( (等于等于1010f fH1H1) )表示高音频转表示高音频转折频率，一般折频率，一般为几十千赫兹为几十千赫兹 音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持与衰减，中音频的增益保持0dB0dB不变。因此，音调控不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。返回7音调控制器的电路音调控制器的电路由低通滤波器与高通滤波器构成音调控制器设电容C1=C2C3，在中、低音频区，C3可视为开路，在中、高音频区，C1、

5、C2可视为短路。 viR1RP1R2C1C2R4C3R3RP2C5voC4返回8当当ff0时时 当RP1的滑臂在最左端时，对应于低频提升最大的情况 。 (a) vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 20 17 3 0 3 17 20 fLx fL1 fL2 f0 (1kHz) fHx fH2 fH1 f/Hz 20dB/10 倍频 AV /dB 返回9当当ff0时时 当RP1滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况。 (b)viC1R4R1RP1R2vo 20 17 3 0 3 17 20 fLx fL1 fL2 f0 (1kHz) fHx fH2 fH1 f/Hz 20dB/10 倍频

6、 AV /dB 返回10当当ff0时时 分析表明，右图所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其增益函数的表达式为： (5-5-2) 式中， )2/(1 )( /121L1211CRPfCRP或)2/()( )( / )(22121L2221212CRRPRRPfCRRPRRP或 vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 12121io/ )(j1/ )(j1jRRRPVVA返回11当当ff0时时 当当ffffL1L1时，时，C C2 2可视为可视为开路，运算放大器的反向开路，运算放大器的反向输入端视为虚地，输入端视为虚地，R R4 4的影的影响可以忽略，此时电压增响可以忽略，此时电压增益益 ：1

7、21VL/ RRRPA vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 20 17 3 0 3 17 20 fLx fL1 fL2 f0 (1kHz) fHx fH2 fH1 f/Hz 20dB/10 倍频 AV /dB 返回12当当ff0时时 在f=fL1时，因为fL2 =10fL1 ，故可由式：j1j1.01121V1RRRPA模 此时电压增益相对AVL下降3dB。 121V1R2/ )RRP(A vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 12121io/ )(j1/ )(j1jRRRPVVA得得返回13当当ff0时时 在f=fL2时，由式(5-5-2)得j101j1121V2RRRPAVL

8、121V214. 0102ARRRPA模 此时电压增益相对AVL下降17dB。 vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 返回14当当f f0时时 音调控制器的高频等效电路如图所示 ：viC3R3R1R2R4voRP2C C1 1、C C2 2可视为短路，作为可视为短路，作为高通滤波器高通滤波器。返回16当当f f0时时 将C1、C2视为短路，R4与R1、R2组成星形连接，将其转换成三角形连接后的电路如图所示： viC3R3RaRbvoRP2Rc41221c12424b24141a/RRRRRRRRRRRRRRRRRR若取R1=R2=R4，则Ra = Rb = Rc = 3R1 = 3R2

9、= 3R4返回17当当f f0时时 RP2的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大的情况 ,等效电路见右图： vi C3 R3 Ra Rb vo viC3R3RaRbvoRP2Rc返回18当当f f0时时 RP2的滑臂在最右端时，对应于高频衰减最大的情况，等效电路见右图： vo Rb vi Ra R3 C3 viC3R3RaRbvoRP2Rc返回19当当f f0时时 分析表明，右图所示电路为一阶有源高通滤波器，其增益函数的表达式为： 43abio/j1/j1)j (RRVVA式中， 2/1 /133aH133a3CRRfCRR或33H233421 /1CRfCR或 vi C3 R3 Ra Rb v

10、o 返回20当当f f0时时 当ffH1（ f0时时在f=fH2时,V0V4210AA此时电压增益AV4相对于AV0提升了17dB。 vi C3 R3 Ra Rb vo 返回22当当f f0时时 当f fH2时，3视为短路，此时电压增益 AVH = (RaR3)/R3 vi C3 R3 Ra Rb vo 返回23当当f f0时时 同理可以得出图(b)所示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。 vo Rb vi Ra R3 C3 (b)(b)返回2420LL210 xxff 通常先提出对低音频区fLx处和高音频区fHx处的提升量或衰减量x(dB)，再根据下式求转折频率fL2(或fL1)

11、和fH1(或fH2),即 6LL22xxff6HH12xxff20HH110 xxff 20 17 3 0 3 17 20 fLx fL1 fL2 f0 (1kHz) fHx fH2 fH1 f/Hz 20dB/10 倍频 AV /dB 返回254.功率放大器功率放大器 功率放大器(简称功放)的作用是给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望：o 输出的功率尽可能大o 输出信号的非线性失真尽可能地小o 效率尽可能高 返回26LM386集成功率放大器集成功率放大器 LM386是广泛用于收录音机、对讲机、电视伴音等系统中的低电压通用型低频集成功放。1、8 开路时，开路时

12、， AV = 20( (负反馈最强负反馈最强) )1、8 交流短路交流短路 AV = 200( (负反馈最弱负反馈最弱) )电压串联电压串联负反馈负反馈镜像电流源镜像电流源+VCC接旁路接旁路电容电容复合管电路复合管电路R5RRRRA/2657VF R为外接电阻。返回27三、设计举例三、设计举例 o 例：设计一音响放大器，要求具有音调输出控制、卡拉OK伴唱，对话筒与录音机的输出信号进行扩音。 o 已知条件：n+VCC = +9V(单电源)n话筒(低阻20)的输出电压为5mVn录音机的输出信号电压为100mVn集成功放LM386 1只n8/2W负载电阻RL 1只n8/4W扬声器1只n集成运放NE

13、5532 1只返回28主要技术指标主要技术指标o额定功率：Po1W( 20。返回29设计过程（设计过程（1）o确定整机电路的级数o根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益o分别计算各级电路参数，通常从后向前级逐级计算o根据技术指标要求音响放大器输入为5mV时，PO1W，则输出电压Vo2.8V。总电压增益AV=Vo/Vi560倍(55dB)。 话放级混放级音调级5mVAV18.5 倍18.5dB42mVAV23 倍9.5dB125mVAV30.8 倍2dB100mVAV430 倍29.5dB3VAV=612 倍(56dB)功放级返回30功率放大器设计功率放大器设计功放级的电压增益： vi +9V

14、 C3 0.1F C 10F C1 3 2 10F 6 1 8 5 LM386 C2 250F RL 8 10F C4 4 5 R 2k A4 * 2 .31/26574VRRRRA返回31音调控制器音调控制器(含音量控制含音量控制)设计（设计（1）viR3147kR3247kRP31470kC34C310.01FC320.01F47kR349VC33470pFR3313k10k10910k118A34RP32470kC3510FC414.7FRP3310k14LM324vo100F返回32o已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。o由式(5-5-16)、(5-5-17)得到

15、转折频率fL2及fH1； nfL2 = fLx *2x/6=400Hz， fL1 =fL2/10=40Hz ； nfH1 = fHx /2x/6=2.5kHz ， fH2= 10fH1=25kHz 。 音调控制器音调控制器(含音量控制含音量控制)设计（设计（2） 由式(5-5-5)得AVL=(RP31+R32)/R3120dB。其中，R31、R32、RP31一般取几千欧姆至几百千欧姆。现取RP31=470k，R31=R32=47k，则 dB8 .2011313231VLRRRPA返回33音调控制器音调控制器(含音量控制含音量控制)设计（设计（3）由式(5-5-3)得 uFfRPC0.00821

16、L13132取标称值0.01F，即C31=C32=0.01F。 由式(5-5-9)得 R34=R31=R32=47k ，则 Ra=3R4=141k 返回34音调控制器音调控制器(含音量控制含音量控制)设计（设计（4）由式(5-5-15)得 R33=Ra/10=14.1k 取标称值13k由式(5-7-12)得 pF49021H23333fRC取标称值470pF 取RP32=RP31=470k，RP33=10k，级间耦合与隔直电容C34=C35=10F。 返回35话音放大器与混合前置放大器设计话音放大器与混合前置放大器设计 vo2 1F R11 10k 10k vi1 C11 10F 话筒 10k

17、 3 2 R12 75k 9V 4 11 A1 录音机 vi2 100mV C13 10F RP12 10k C23 10F R23 30k R21 10k C21 10F RP11 10k C12 10F vo1 R22 30k 10k 10k 5 6 9V 4 11 + A2 C22 10F 1 7 1 4 LM324 5mV 1 4 LM324 图中电路由话音放大与混合前置放大电路组成。A1组成同相放大器，其放大倍数 dB5 .185 . 811112VlRRA返回36整机框图整机框图 C12 R11 10k 1F 10k 2 3 9V R12 75k A1 4 11 1 C11 10F

18、 话筒 C13 C14 RP11 10k 10F 1 4 LM324 10F 电子混响器 R31 47k RP31 470k R32 47k C31 0.01F C32 0.01F 9V R34 47k 9 10 R22 9V 30k 6 10k 5 10k A2 7 C24 10F 1 4 LM324 R21 10k R23 30k C21 10F C23 10F 录音机 C22 10F RP21 10k RP32 470k R33 13k A3 10k 1 4 LM324 C35 10F RP33 10k 470pF C33 10k 10k 4 11 8 4 11 +9V C3 0.1F

19、C 10F C1 3 2 10F 6 1 8 5 LM386 C2 250F RL 8 10F C4 4 5 R 2k A4 * 音量控制器音量控制器返回37四四.电路安装与调试技术（电路安装与调试技术（） （1）合理布局，分级装调）合理布局，分级装调 o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o一般按照电路的顺序一级一级地布线o功放级应远离输入级o每一级的地线尽量接在一起o连线尽可能短，否则很容易产生自激。 返回38（1）合理布局，分级装调）合理布局，分级装调 o安装前应检查元器件的质量o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极性，不能接错o从输入

20、级开始向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。o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。 返回39（2）电路调试技术）电路调试技术 o电路的调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性能指标测试。o分级调试又分为静态调试与动态调试。 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。话放、混放、音调电路均由运放组成，若运放是单电源供电，其静态输出直流电压均为VCC/2，功放级的输出(OTL电路)也为VCC/2，且输出电容CC两端充电电压也应为VCC/2。若是双电源供电，直流电压均为0。返回40（2）电路调试技术）电路调试技术 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偏差的。 返回41五五.设计任务（设计任务（P128）o功能要求：功能要求：n具有话音放大、音调控制（选做）、音量控制等、卡拉OK伴唱等功能o已知条件：已知条件：n集成功放LM386n高阻话筒20k，输出信号5mVn集成功放NE5532n10/2W负载电阻1只n8/4W扬声器1只n音源（MP3 or PC）n电源电压9V(双电源)返回42o技术指标要求：技术指标要求：n额定功率：Po0.3W（3%）n负载