音频放大器课程设计

课程设计说明书课程设计名称：模拟电路课程设计课程设计题目：音频放大器设计学院名称：信息工程学院专业：电子信息科学与技术 班级：学号：姓名:评分：教师：2011年3月15日摘要进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。在一些电子设备中，常常要求放大电路的输出级能够带动较重负载，因而要求放大电路具有较高的效率，能够根据负载的要求提供足够的输出功率。本系统是基于三极管元件设计而成的一种音频放大器，由前置放大电路、带通滤波电路、混频电路、功率放大电路和电源电路五部分构成。前置放大电路主要由差分放大电路构成，外加恒流源提供偏置，抑制电路的温漂，提高共模增益比。然后通过由一个二阶压控电压源高通滤波器和一个二阶压控电压源低通滤波器构成的带通滤波器，再接入一个混频电路（可加入背景音乐），最后通过电容耦合到功率放大电路中除去了直流对后级放大电路的影响。混频电路由一个简单的加法器构成。功率放大电路是由LM386这种低电压通用型集成功率放大器构成的单端输入电路，它能防止高频自激，并减小非线性失真。本次课程任务分为五人同时完成了各模板电路再单步调试然后进行系统组装，在实验室进行调试，整个过程涉及到理论计算，电路板布局，焊接技术，电子仪器的使用等一系列知识要点。本方案基本上实现了由声音信号转变为电信号，经过语音前置放大电路放大再通过带通滤波器滤波，最后经过功率放大电路放大由喇叭发出声音。在接入5mv的频率范围内，可以在喇叭处发出声音，同时对咪头进行语音可以改变喇叭的语音效果，混频输入音乐背景，最后系统的效果相当于一个卡拉OK，具有放大语音的作用。关键字：电子设备输出功率声音信号电信号放大目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 1\o"CurrentDocument"第一章设计内容及要求 •第二章系统组成及工作原理2.1系统组成 32.2工作原理 4第三章功率放大电路设计\o"CurrentDocument"3.1功率放大电路 5・\o"CurrentDocument"3.2模块组成及工作原理 5第四章功率放大电路调试\o"CurrentDocument"4.1实验与调试 7\o"CurrentDocument"4.2测试结果与分析 7・第五章系统调试\o"CurrentDocument"5.1实验与调试 8\o"CurrentDocument"5.2测试结果与分析 9\o"CurrentDocument"结论 11\o"CurrentDocument"参考文献 12附录一 13附录二 14■几■亠前言科学技术是第一生产力。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大，才能使一个名族变得富强。而作为二十一世纪的主义，作为一名大学生，不仅仅要将理论知识学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。电子课设是电子技术学习中非常重要要的一个环节，是将理论与实践相结合的环节，是真正锻炼学生实践能力的环节。音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音量和功率级都要理想——如实、有效且失真低。音频范围为约20Hz〜20kHz，因此放大器在此范围内必须有良好的频率响应（驱动频带受限的扬声器时要小一些，如低音喇叭或高音喇叭）。根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC音频的数瓦，再到“迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。第一章设计内容及要求1.1.基本要求〗基本要求〗负载阻抗：负载阻抗：Rl=8Q频率响应：300Hz—3KHz输出阻抗：Ri'2°ko共模抑制比：KCMR-60dB语音滤波器（带通滤波器）：带通频率范围300Hz-3KHz额定输出功率：POM<1W电源电压：+5V第二章系统组成及工作原理2.1系统组成声音信号-电信号语音前置——>1带通滤波器——>混频电路——>功率放大电路 放大电路图2.1音频放大器流程图本系统主要由语音前置放大电路、滤波电路、混频电路、功率放大电路、电源电路等5个模块组成。1、 语音前置放大电路用一个LM324构成一个放大倍数稍微小点的放大器，作用是使咪头得到的信号前置放大。属于同相放大器，放大增益为11。2、 滤波电路用一个下限为300Hz的高通电路与一个上限为3KHz的低通电路串联构成带通滤波电路，作用是过滤掉不相干的波。放大增益为1。3、 混频电路用一个LM324构成一个简单运放器，作用是构成两个信号的叠加。放大增益为1。4、 功率放大电路用一个LM386集成功率放大器构成的一个单端输入放大电路，作用是将混合信号的功率放大。电路的放大增益可利用滑动变阻器调节，理论要的放大增益为50。5、电源电路利用三端稳压器设计稳压电路，作用是为前面4个模块提供所需的电压.2.2工作原理开始时声音信号通过咪头（话筒）被转化成为电信号，接着通过语音前置放大电路将功率较微弱的电信号进行足够的放大，然后通过滤波电路把一些对实验无用的、不相干的频率的波给过滤掉，从而只剩下我们需要的波，经过混频电路时，我们从外面输入另一个信号，然后两个信号进行叠加，再通过功率放大电路将混合信号的功率进行放大，从而得到功率足够大的信号来带动喇叭，最后经过喇叭把经过混合、放大的信号转化成功率较大的声音。第三章功率放大电路设计3.1功率放大电路R3iknR3ikn在集成功率放大电路输入端输入信号，通过LM386该低电压通用型集成功率放大器的电压放大作用，在输出信号大且满足失真度要求的前提下，根据负载的要求，通过调节外接阻容串联电路中的电阻大小改变电路的电压放大倍数，提供所需的输出功率来带动负载，根据理论分配，放大倍数为50。3.2模块组成及工作原理（1） LM386是一种低电压通用型集成功率放大器，其性能优良，稳定可靠，所用外围元件少，结构简单，调试方便，输出功率大，效率高，而且集成功放的内部电路中还设有过压、过流及过热保护电路，能保证其安全可靠工作。（2） 集成功率放大电路为单端输入方式，输入信号由C1接入同相输入端一3脚，反相输入端2脚接地。管脚1、8开路时，其内部负反馈最强，整个电路的电压放大倍数为20，若在1、8脚之间外接旁路电路电容，可使电压放大倍数提高到200。在实际使用中，常常在1、8脚之间外接阻容串联电路，通过调节电阻的大小使电路的电压放大倍数在20-200之间变化。5脚外接电容C3为功放输出耦合电容，以便构成OTL电路。Rl、C4是频率补偿电路，用以消除负载电感在高频时产生的不良影响，改善功放的高频特性并防止高频自激。第四章功率放大电路调试实验与调试通电观察。接通电源后，先不要急于测试，首先观察功放电路是否有冒烟、发烫等现象。若有，因迅速切断电源，重新检查电路，排除故障。静态测试。将功率放大器的输入信号接地，测量输出端对地的电位应为0V左右，电源提供的静态电流一般为几十mA左右。若不符合要求，应仔细检查外围元件及接线是否有误；若无误，可考虑更换集成功放器件。动态测试。在功率放大器的输出端接额定负载条件下，功率放大器输入端加频率为1KHZ的正弦波信号，调节输入信号的大小，观察输出信号的波形。若输出波形变粗或带有毛刺，则说明电路发生自激振荡，应尝试改变外接电路的分布参数，直至自激振荡消除。然后逐渐增大输入电压，观察测量输出电压的失真及幅值，计算最大不失真输出功率。改变输入信号的频率，测量功率放大器在额定输出功率下的频带宽度是否满足设计要求。测试结果与分析1、测试原理，方法采用函数信号发生器、示波器进行输入输出信号测量，观察波形失真情况。2、 测试仪器函数信号发生器，示波器。3、 测试结果由函数信号发生器输入交流信号，观察输出的波形、放大倍数、频率然后记录与仿真的数据分析比较。

第五章系统调试5.1实验与调试图5・1系统组成实物图在确定了电路、领好元器件之后，首先划分模块，对每个模块电路进行布局。首先焊接芯片电路部分，在焊接完这部分电路之后，再对分好的模块单独测试、调节使其与方阵的结果相符。并排除了焊接上的一些问题后，电路基本上能够正常工作。接着焊芯片各节点的联系兀件电路，在焊接完电路后并检查完，接通电源后，喇叭只能发出一种单频率的声音，并逐渐上升成为刺耳的噪音，结果电路确实能够放大语音，但是由于“咪头”与喇叭相距太近，产生了自激。解决方法是将“咪头”用长导线连接，使其与喇叭相距较远的距离。此电路还可以通过调节200K滑动变阻器的阻值，改变放大声音的大小。测试结果与分析1、测试原理，方法采用函数信号发生器、示波器进行输入输出信号测量，观察波形失真情况。2、 测试仪器函数信号发生器，示波器。3、 测试结果由函数信号发生器输入1Omv，频率分别为30OHz、lKHz、3KHz交流信号.观察输出的波形、放大倍数、频率然后记录与仿真的数据分析比较。表5-1系统测试数据表输入信号幅度5mV5mV5mV输入信号频率300HzlKHz3KHz输出信号幅度2.702.422.32此带通滤波器的频率范围近似于300Hz--3KHz，频率的改变在设计的允许范围内可以减少输出图形的失真！数据分析通过实验与仿真对比!可以得知在不失真的带通范围在300hz到3khz内，放大倍数理论值为625.而实验值在这数值的附近560到650之间波动。可以知道频率与放大倍数存在关系，可以根据此关系可以求得实验的带通值！在300HZ到3KHZ的范围内,输出的图形比较较清晰，达到了实验要求。各模块的数据在误差允许的范围内。结论这是一次比较系统的电子电路设计，是一次将理论与实践相结合的设计。其中包括了电路的设计，资料的查询，分析问题解决问题的能力，甚至还是对焊接技术及审美观念的一个考验。如果不能以一种认真的态度去面对这次设计，而只是简简单单的在书本之中寻找到一个电路图，并将其简单的焊接起来。那就失去了本次电子课设的意义了。已经选择了电子信息科学与技术这一个专业，就必需去提高自己的动手能力了。在焊接的时候，学会电焊应该是最大的收获，下面简单介绍以下焊接的体会，焊接最需要注意的是焊接的温度和时间，焊接时要使电烙铁的温度高于焊锡，但是不能太高，以烙铁接头的松香刚刚冒烟为好，焊接的时间不能太短，因为那样焊点的温度太低，焊点融化不充分，焊点粗糙容易造成虚焊，而焊接时间长，焊锡容易流淌，使元件过热，容易损坏，还容易将印刷电路板烫坏，或者造成焊接短路现象。任何电路的设计都不是只存在一个电路。它是有各个小模块组成的，因而在电路的设计中就必须注意将电路模块化。这样才能有针对性的将问题解决。如果不将电路模块化，而只是将电路焊接好来。只怕当焊接完检查电路之时，自己都不知道从何处下手。同时，电路的焊接或多或少的存在一些问题，很少在焊接完成的时候，电路不存在任何的问题。在遇到问题时要做的是去分析问题解决问题，而不是气愤，埋怨。虽然比较好的将电路完成了，但是还是发现存在一些问题。动手能力不够强，必须加强。必须培养分析问题和解决问题的能力，在电路设计中必须有替代的思想。在今后的学习中必须注意将理论与实践相结合，再好的理论，都必须由实践去证明。通过此次设计，对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在可以主动的去学习，明白自己该学习哪个方面，重点是什么？也掌握了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。这次课程设计巩固了对低频知识点的理解，同时也培养了操作能力。参考文献1、王港元.电工电子实践指导（第二版）.江西科学技术出版社，2005.2、 谢自美.电子线路设计、实验、测试（第二版）.华中理工大学出版社，20003、 张友汉.电子线路设计应用手册.福建科学技术出版社，2000.4、 郝鸿安等.555集成电路实用大全.上海科学普及出版社.5、 陈兆仁.电子技术基础实验研究与设计.电子工业出版社，2000.6、 毕满清.电子技术实验与课程设计