1、模拟电路课程设计包含四个设计题目，按以下要求1.学习范例2.选择一个题目3.改变其中一个或多个技术指标4.按范例要求得到改变技术指标后的设计结果，并按范例格式写出课程设计报告。题目: 音响放大器 专 业 电气工程及其自动化 班 级 方 09102 学 号 20096559 姓 名 完成日期: 2011 年 6 月 26 日I一课程设计内容设计一个具有话筒扩音，音调控制，音量控制，电子混响，卡拉 OK 伴唱等功能的音响放大器。主要技术指标 （1） 额定功率 Po1W( C3，在低频区 C3可以视作开路, 电路作为低通滤波器；在中高频区，C1、 C2可以视为短路，电路作为高通滤波器。具体分析如下：
2、（1）当 时0f C5图 2.4.1 音调控制器电路7当 RP1的滑臂在最左端低频时，对应于提升最大的情况，如图 2.4.2。 1当 RP1的滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况，如图 2.4.3。 2分析表明，图 2.4.2 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：(式 2.4.1)1212 /)()( jRPVjAio式中 或者21CRP211CfL, 或212)(212)(RPfL图 2.4.3 所示电路是一个一阶有源低通滤波器，当 时，C 2可视为开路，运放的反向输入端可Lf以视为虚地，R4 的影响可以忽略，其增益函数的表达式为： 121)(RAV在当 ,故可由下式
3、：1210LLfff时 ， 因 为 1212 /)()( jPjio得： 计算其模： jRPVA .121 VLVARA5.0211此时的电压增益相对于 AVL 下降了 3dB。在当 ,故可由式 2.4.1时 ，2Lf图 2.4.2 RP1的滑臂在最左端的等效电路 图 2.4.3 RP1的滑臂在最右端的等效电路8得： 计算其模： 10122jRPAV VLV ARPA14.0212此时的电压增益相对于 AVL 下降了 17dB。同理可以得出图 2.4.3 所示电路的相应表达式，其增益相对于中频区的衰减量。（2）当 时0fC1、C 2视为短路电路作为高通滤波器的等效电路如图 2.4.4：将 C1
4、、 C2视为短路 ,R1、R 2、R 4从星型连接改做为三角形连接后的电路图如 图 2.4.5：若取 R1=R2=R4,则 Ra=Rb=Rc=3R1=3R2=3R4当 RP2的滑臂在最左端高频时，对应于高频提升最大的情况，如图 2.4.6： 1图 2.4.4 高通滤波器的等效电路RcRP2VoVi C3R3Ra Rb图 2.4.5 高通滤波器等效电路的转换电路9当 RP2的滑臂在最右端时，对应于高频衰减最大的情况如图 2.4.7。 2分析表明，图 2.4.6 所示电路是一个一阶有源高通滤波器，其增益函数的表达式为：（式 2.4.2）43i /)j(1ab)j( RVAO式中 或者33)CR(a
5、131)C(2Hf, 或34 32fH当 时，C 3视为开路，此时电路电压增益 AVO=-1（0dB） 。)(1Hf在当 时，因为 ，由式 2.4.2 得 AV3= AVO120Hff2此时电压增益 AV3 相对于 AVO 提升了 3 dB。在当 时，C 3视为开路，此时电压增益 AV4= AVO2Hf 210此时电压增益 AV4 相对于 AVO 提升了 17dB。在当 时，C3 视为短路，此时电压增益 AVH=（Ra+R 3）/R 32Hf同理可以得出图 2.4.8 所示电路的相应表达式，其增益相对于中频区的衰减量。vo图 2.4.6 RP2的滑臂在最左端的等效电路 图 2.4.7 RP2的
6、滑臂在最右端的等效电路10音调控制电路的幅频特性曲线如图 2.4.9 所示：根据音响放大器的设计技术指标，要使 ，结合 的表达式可知，VLHA20dBVLA、 、 的阻值一般取到几千欧到几百欧。现取 ，有1R21P 1PR47K， 。210.8LCFf12PR52LKf取标称值，则 ， 。由前述的假设条件可得，2.C2， ， ，12351RK1PR=470K120.CF，40a3pF由于在低音时，音调控制电路输入阻抗近似为 ，所以级间耦合电容可取1R。1ioCF图 2.4.9 音调控制电路波特图图 2.4.8 中频区增益等效电路112.5 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
7、负载 RL(扬声器)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，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。图 2.5.1 LA4100LA4102集成功率放大器内部电路 C214 电源 1312110981234567自举 偏流输入制波抑纹 空退耦输出 空 空 电源地 消振 消振 反馈LA410LA4102 C1 96RFCF 5 43121014C3 C4131 CH CRLCDCB LA410vi VC图 2.5.2 LA4100 接成 OTL 电路12三、主要技术指标参数计算根据技术指标要求，首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计
8、算各级电路参数，通常从功放级开始向前级逐级计算。音响放大器的输入为 5mV 时，额定功率 P1W，负载阻抗为 8，则输出电压 82.00PRVL总电压增益 Av=Vo/Vi566 倍，由于实际电路中会有损耗，故取 Av=600 各级增益分配如下图所示电路总增益要求约 4001000，需要合理分配每级增益。话音放大级由于要求高保真，增益可以设置低，一般为 510 倍左右，混音放大器也要求失真度要小，放大倍数一般为35 倍左右，功放的增益 30 倍左右，所以 RF 的取值 600左右。3.1 话音放大器的设计如图 2.1.1 所示，话音放大电路 等于 7.5，令 R2 等于 20K，有 VFA 2
9、1RAfVF可得 等于 130K 。要求 远大于 20K，而输入阻抗约为 R1，则 R1 取 500K，在 2.1fRiR中已经计算得 C1=0.4uF, C3=0.8uF, C2 取几个微法。3.2 混合前置放大器的设计根据 21ififOVRVVi1为话筒放大器输出的电压，Vi2 为放音机输出的电压，V o为混合后输出的电压。所以取Rf =30K R1=10K；音放机输出插孔的信号电压一般为 100mV，已基本达到放大的要求不需要话。取 R2 =30k 。3.3话音放大器与混合前置放大器的混合设计 功放级音调级混合级话放级AV1=7.5 AV2=1 AV3=0.8 AV4=1005mv37
10、.5mv37.5mv 30mv3V图 3.1 增益分配示意图13vo2 1F R11 10k 10k vi1 C11 10F 话 筒 10k 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 10k10k 5 6 9V 4 11 + A2 C22 10F 1 7 1 4 LM324 5mV 1 4 LM324 3.4音调控制器的设计根据音响放大器的设计技术指标，要使 ，结合 的表达式可知，VLHA20dBVLA、
11、 、 的阻值一般取到几千欧到几百欧。现取 ，有1R21P 1PR47K， 。210.8LCFfR1252LRf取标称值，则 ， 。由前述的假设条件可得，2.25K， ， ，12351RK1P=470120.CF，40a3CpF由于在低音时，音调控制电路输入阻抗近似为 ，所以级间耦合电容可取1R0.2F0.4F2F130KR图 3.3.1 话音放大与混合前置放大两级电路组成综合电路14。10ioCF已知 fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。fL2 及 fH1； fL2 = fLx *2x/6=400Hz，则 fL1 =fL2/10=40Hz ； fH1 = fHx /2x/6=
12、2.5kHz 则 fH2= 10fH1=25kHz 3.4.1音调控制器的仿真EDA 仿真电路图设计如下：vi R31 47k R32 47k RP31 470k C34 C31 0.1F C32 0.1F 47k R34 9V C3 470pF R3 13k 10k 10 9 10k 1 8 A3 4 RP32 470k C35 10F C41 4.7F RP3 10k 1 4 LM324 vo 10F 图 3.4.1 音调控制器实现电路151、低音衰减与提升：将高音提升与衰减电位器 PR2 滑动端调到居中位置（即可变电阻器 PR1 的百分比为 50%） ，低音提升和衰减电位器 PR1 滑头
13、调到最左边（低音提升最大位置，即可变电阻器 PR1 的百分比为 100%）.调节信号发生器，使输出信号 f=40HZ,Vm=100mV,调节电路中音量调节电位器 PR3，使电路输出电压达到最大值，记录此时 PR3 的数值和输出电压的幅值。PR3= 0 K Vom= 698.0mV保持 PR3 的数值和输入信号幅度不变，讲频率特性测试仪接入电路，设置工作频率的范围为 40HZ-1KZ,测试电路的幅频响应曲线，并记录。 （由于此时 C1 被短路，当 F 增大是，Vo 将减小。 ）观察所记录的幅频响应曲线，从图中独处低音部分的最大提升量并做记录，判断其是否符合理论设计的指标。F=40HZ 时，低音的
14、最大提升量= 17.004dB将低音提升和衰减电位器 PR1 滑动端调到最右边（低音衰减最大位置，即可变电阻器PR1 的百分比为 0%） ，重复（ 3）的步骤。 （由于此时 C2 被短路，当 f 增大时，Vo 将增大。图 3.4.1.1 音调控制器的仿真示意图16）F=40HZ 时，低音的最大衰减量= -16.933dB2、高音提升和衰减将低音提升与衰减电位器 PR1 滑动端调到居中位置（即可变电阻器 PR1 的百分比为 50%） ，高音提升和衰减电位器 PR2 滑头调到最左边（低音提升最大位置，即可变电阻器 PR2 的百分比为 100%）.调节信号发生器，使输出信号 f=10KHZ,Vm=1
15、00mV,调节电路中音量调节电位器 PR3，使电路输出电压达到最大值，记录此时 PR3 的数值和输出电压的幅值。PR3= 0 K Vom= 463mV 保持 PR3 的数值和输入信号幅度不变，讲频率特性测试仪介入电路，设置工作频率的范围为 10KHZ-1KZ,测试电路的幅频响应曲线，并记录。 （由于此时 C2 被短路，当 F 减少时，Vo 将减小。 ）观察所记录的幅频响应曲线，从图中独处高音部分的最大提升量并做记录，判断其是否符合理论设计的指标。F=10KHZ 时，高音的最大提升量=13.274dB 将高音提升和衰减电位器 PR2 滑动端调到最右边（高音衰减最大位置，既可变电阻器PR2 的百分
16、比为 0%） ，重复（ 3）的步骤。 （由于此时 C2 被短路当 f 减少时，Vo 将增大。 ）F=10KHZ 时，高音的最大衰减量=-12.78dB 3.5功率放大器的设计因为 故取 RF=20010VAFR117RF、CF 与内部 R11组成交流负反馈支路，控制功放级的电压增益 AVF,即：CB 为相位补偿电容，CB 减小，带宽增加，可消除高频自激。CB 一般取几十到几百皮法。CC 为 OTL 电路的输出端电容，两端的充电电压为等于 VCC/2.，CC 一般取耐压值远大于VCC/2 的几百微法的电容。CD 为反馈电容，消除自激振荡，CD 一般取几百皮法。CH 为自举电容，使复合管 T12，
17、T13 的导通电流不随输出电压的升高而减小。C3、 C4可滤除纹波，一般取几十至几百微法。C2 为电源退耦滤波，可消除低频自激。6、整机电路设计图 3.5.1 功率放大器的设计图18C1C3RfR1R2- +C2A 1+ 9 VAB+150K 500K 20K 1 u F10 uF10 uF话筒R11RfR21R32C21C12 C22C31RP1- +RP2A2放 音 机R 31+9 VR1R3R4R2Rp2C1C3C5C4C2- +Rp1+9VVo47K47K470K 47K13K 470KR010K6800pF6800pF10uF10uF560p F+Rf CfCBC1C2220uFC3
18、220uFC4 100uFCHCDCC9V4102+ -1K4.7uF33uF51pF470uF220uF+ 560pF电子混响器10uF 10uF10uF30K10K10K30K10K图 3.6.1 音响放大器整机电路设计19四.音响放大器的测试4.1相关性能参数的测量额定功率：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 1达式为：PO=VO2/RL，式中，RL 为额定负载阻抗， VO 为 RL 两端的最大不失真电压有效值。测量时函数发生器输出 fi=1kHz 正弦波作为音响放大器的输入信号，功率放大器的输出端接额定负载电阻，如有音调控制器，控制器的两个电位器调节到中间位
19、置，音量控制电位器调到最大值，用双踪示波器观察 Vi 及 Vo 的波形，失真度测量仪监测 Vo的波形失真（无失真度仪可用肉眼观察无明显失真） 。逐渐增大输入电压 Vi，直到输出的波形刚好不出现削波失真，此时对应的输出电压为最大输出电压，同时可算出额定功率值。频率响应：调节音量旋钮使输出电压约为最大输出电压的 50%， Vi=5mV，测量方 2法和其他实验中幅频特性曲线的测量方法相同。输入阻抗：从音响放大器输入端(话音放大器输人端)看进去的阻抗称为输入阻抗，测 3量方法和放大器的输人阻抗测量方法相同。输入灵敏度：使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压有效值称为输入灵敏度。 4测量时函数发生器输
20、出 fi=1kHz 正弦波作为音响放大器的输入信号，功率放大器的输出端接额定负载电阻，如有音调控制器，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，测量方法是，使 Vi 从零开始逐渐增大，直到 Vo 达到额定功率值时所对应的输入电压值即为输入灵敏度。噪声电压：音响放大器的输入为零时，输出负载 RL 上的电压称为噪声电压，测量时 5功率放大器的输出端接额定负载电阻，如有音调控制器，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 RL 端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。整机效率：在输出额定功率的情况下，将电流表串入 VCC 支路
21、中，测得总电流 I， 6则效率为20oCPVI4.2 整机信号试听用 8、4W 的扬声器代替负载电阻 RL，进行以下功能试听：话音扩音：将低阻话筒接话音放大器的输人端，应注意，扬声器输出的方向与话筒 1输入的方向相反，否则扬声器的输出声音经话筒输人后，会产生自激啸叫。讲话时，扬声器传出的声音应清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。Mp3 音乐试听：将 MP3 输出的音乐信号，接入混合前置放大器，扬声器传出的声音 2应清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。混音功能：MP3 音乐信号和话筒声音同时输出，扬声器传出的声音应清晰，适当控 3制话音放大器与 Line In 输出的音量电位器，可以控制话音
22、音量与音乐音量之间的比例。五、实验设计总结与感悟本学期我们开设了电子技术基础（模拟部分） 课，这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业有着密切的联系，且是理论方面的指示。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。 ”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期电路刚学完之际，进行一次模拟电子线路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。历时这一个星期的课程设计即将画上圆满的句号。回头看看，不禁感慨众多，课程设计这么复杂，仅仅是一个音响放大器就涉及很多的电路知识。高科技生活离不开电子技术，是它让我们的身边这一切如此快捷
23、方便，并且通过了这次模拟电子电路课程设计，我才了解到我们所学的知识只是原来是如此地贴近我们，它们就在我们身边，在我们身边或大或小的地方，而并不是我原先所想象的那样遥不可及，总是好像在那种大房子里面的大机器才会用到这些东西，感觉那些是科学家做的事情，对于我们来说是天方夜谭。而如今，我才知道了这一切。这次课程设计是我深刻认识到学好一门知识很难，做好一件事也很难，我们要想做好一件设计，一个产品，都离不开我们所学习的知识，一次，经历这次课程设计我认为今后每21个人都应该有更大动力学习本专业的知识，将我所学的知识来赋予实践。22参考文献1 康华光主编 .电子技术基础模拟部分M.第五版，北京：高等教育出版社，20002 王愉节，窦勤耘编 .电子技术实验指导M.第一版，贵阳：贵州科技出版社，20043 彭军主编 .实用电子技术M.第一版，北京：科学出版社，20064 郝国法，梁柏华编 .电子技术实验M.第一版，北京：冶金工业出版社，2007
