1、无锡工艺职业技术学院毕业设计（论文）题 目： 专业音响设计 系 部： 电子信息系 专 业： 应用电子技术 学 号： 2009261125 学生姓名： 唐玉 指导教师： 马建华 职 称： 二 OO 年 月 日无锡工艺职业技术学院4摘 要音响系统主要分为两部分低频功率放大器和音箱组成。低频功率放大器主要应用是对音频信号进行功率放大，本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。整个电路主要由稳压电源、前置放大器、音调调节、左右声道放大器、重低音放大器共五部分构成。稳压电源主要是为前置放大器、重低音滤波电路提供稳定的直流电源。前置放大器主要是电压的放大。左右声道放大器、重低
2、音放大器实现电流、电压的放大。设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。实验结果表明该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性, 为功率放大器的设计提供了广阔的思路。音箱主要用来还原声音。关键词：前置放大级电路 调音电路 后级放大电路 电源电路5目 录一 绪 论 .41.1 概述 .51.2 音响的未来 5二 方案设计 72.1 总体方案论证 72.2 单元模块方案论证： 82.2.1 弱信号前置放大级电路 ： 82.2.2 调音电路 ： 82.2.3 功率放大级： 82.2.4 重低音放大级 .92.2.5 电源电路 ： .102.3 方案选择： .1
3、0三 单元模块设计 .113.1 弱信号前置放大级和调音电路： .113.2 功率放大电路: 123.3 电源电路： .14四 PCB 的制作 .154.1 电路原理图设计: 154.2 PCB 布局设计 1564.3 电路 PCB 板介绍 .17五 系统调试 .195.1 稳压电源调试 .195.2 前置运放和音调调节调试 .205.3 功放机和重低音调试 205.4 系统的总机调试 .20总 结 .23致 谢 .24参考文献 .25附录： .26前 言 音响系统在家庭影院、会议室中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况
4、下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。音响系统主要由功率放大部分和音箱组成。功率放大部分主要是放大信号、调节声音音调。音箱用来还原声音。本次设计音响系统采用集成电路完成，攻放部分有三部分组成前置放大级、音调调节和功率放大级。前置放大级主要任务是完成小信号电压放大任务，同时要求低噪声、低温漂。音调调节主要完成高低音、左右平衡、音量7调节。功率放大级主要任务是在允许的失真限度内,尽可能高效率地向负载提供足够大的功率，要求是输出功率要大、效率要高。通过详尽的资料查询和严密的方案论证后，我们选择通过集成运放NE5532、LM4558/TA7630P 、LM3886 的
5、配套使用来使本电路系统设计简洁、实用并且达到高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的指标。8一 绪 论1.1 概述音响系统主要由听觉系统（人的耳朵） 、硬件系统（器材） 、软件系统（信号源）及听音环境组成。 音源是指将音源软件中的磁信号或数字信号转换为电信号的器材，它主要包括 DVD、S-VCD、V CD、C D、调谐器、卡座及高保真录像机等。功 率 放大器主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。 音箱是一套音响器材的喉舌，音源软件最终的声音依靠音箱来表现，音响器材重放声的优劣完全靠音箱去表达，因此音箱在音响器材中有着举足轻重的作用。1.2
6、 音响的未来数字化音响。数字技术是一种新技术，所以数字音响在解决模拟音响噪声的失真问题时发展而成。音响采用了数字技术之后，记录的数字信号从取样频率到量化特性。而且可以和上位机互换，这与模拟设备无法比拟。数字录音可以把时间、人名、地址一起录入带中，采用微型键盘来完成编目工作，更换曲目编号，再加上遥控功能，使你能够自动地搜索需要的曲目，使用方便。 影视听设备一体化。数字音响随着电声技术、影视技术、计算机技术的发展，它们在家庭中可以构成混然一体的多媒体影视音频系统。这样的系统，能听到各种在输入端增添各种需要的信号输入和功能转换，通过电脑处理就能使受众看到各种图像和听到各种声音。9烤上钢琴漆的音响。这
7、款音响的最大特点在于它采用独特的烤漆技术，为音响烤上了钢琴漆，在气质上体现出欧洲 19 世纪浪漫风情。色彩黑白色相结合，带有哥特式建筑特有的冷峻与简洁，作为家庭摆设，能为屋内环境增添不少高贵的气氛。 “音箱虫” 。这个小装置的中心部件是一个美军用于声纳装置的特殊材料，叫 TerfenolD，含 60的铁和一些其他的稀有金属。把它放在磁场里，它就会发出轻微的振动，幅度虽然不大，只有 1 微米，但是振动力量非常强，只要把它连在一个光滑、坚硬的表面，比如窗户的玻璃或人的头盖骨，都能把它们变成音箱。它的设计者给了它一个可爱的名字“音箱虫” 。 互动 PC 音响系统。这种可以安装到 PC 上的微型立体音
8、响设备，可以收听到当地的 AMFM 以及互联网无线电台播出的音乐节目，并将从互联网上下载和 CD 光盘上的音乐以 MP3 文件的格式储存到计算机硬盘中。这套音响设备仅重 7 英磅，非常方便使用，用户可以在听音乐的同时运行其他程序，两者之间不会出现相互干扰的情况。电子音响蜡烛。这套电子音响蜡烛由蜡烛体、蜡座和光控电子音响系统组成，其特点是各种造型的蜡烛点燃后通过光导纤维将光信号传至模拟发声电路，经扬声器播送音乐，使蜡烛能够边燃边播乐，如果烛光熄灭，音响就停止。 10二 方案设计 2.1 总体方案论证系统原理方框图如图1所示。根据题目任务 , 我们设计有五个基本电路 前置放大电路 调音电路 左右声
9、道后级放大电路 重低音放大电路 电源电路图 1 系统原理框图其中前置级主要完成小信号的电压放大任务；音调调节完成音量大小、高低音、平衡调节；左右声道功率放大级和重低音放大级则实现对信号的电压和电流放大任务；电源部分则为整个功放电路提供能量该系统是一个高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的音响与脉冲传输、放大兼容的实用电路。下面对每个单元电路分别进行论证。信号源前置放大电路重低音放大电路音调调节电路 后级放大电 源112.2 单元模块方案论证：2.2.1 弱信号前置放大级电路：弱信号前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。符合上述条件的集成电路有：M52
10、12、LM5213、LLM1875、TDA1514、NE5532、NE5534 等。本系统设计选用 NE5532，因为同众多的运放相比, NE5532 具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能, 被称为“ 运放之皇” 。这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能, 较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出, 使电路的整体指标大大提高。2.2.2 调音电路：调音电路主要实现音量调节、高音调节、低音调节、平衡调节。能达到以上要求的电路有:LM1036、LM4610、NE5532、TA7630 等。本系统设计选用 TA7630，因为和其它调音电路相比，TA7630 具有电路简
11、单、温度漂移小、音量控制范围、易调试等特点。2.2.3 功率放大级：方案一： 功率放大输出级采用分立元件构成的OCL 电路，驱动级采用集成芯片，整个功放级采用大环电压负反馈。这种方案的优点是：由于反馈12深度容易控制，故放大倍数容易控制。且失真度可以做到很小，使音质很纯净。但外围元器件较多，调试要困难一些。方案二：采用专用的功放集成芯片。LM3886是 一 款 功 率 放 大 集 成 块 ，体 积 小 巧 ， 外 围 电 路 简 单 ， 且 输 出 功 率 较 大 。 该 集 成 电 路 内 部 设 有 过 载过 热 及 感 性 负 载 反 向 电 势 安 全 工 作 保 护 。根据题目设计要
12、求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试得好，则性能很可能高过较好的集成功放。许多优质功放均是分立功放。但其中只要有一个环节出现问题或者搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载、过流、过热等损坏还得加复杂的保护电路。现在市场上有许多性能优异的集成功放芯片，如TDA2040A、LM1875、TDA1514等。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求是没有问题的。另外集成运放还有性价比高的特点。故本系统设计选用
13、方案二。该方案的优点是：技术成熟，外围元器件少，保护功能较完善，调试简单，便于扩功等。2.2.4 重低音放大级方案一：采用 LM4558 作重低音滤波，LM3886 作重低音后级放大。方案二：采用 NE5532 作重低音滤波，LM3886 作重低音后级放大。通过上网查资料，咨询指导老师，首先采用了方案二，确定原理图，画出 PCB 图，但是通电测试之后，发现低音呈现很浑浊，不厚重。然后采13用第二种方案测试，画出原理图，做出 PCB 测试之后发现重低音有明显变化，变得厚重。之后通过分析 NE5532 和 LM4558 性能参数，NE5532 在性能参数上远 胜于 LM4458，但是在此电路上的差
14、异却不相符。根据测试效果最终选定方案一做重低音放大。只是最后没有找出差异不符的原因，确实是一大遗憾。2.2.5 电源电路：本系统电源设计采用RS808作整流，10000uF的铝电解电容作滤波，LM1812、LM1912 作稳压。2.3 方案选择：由前面的方案论证得知，设计本系统有两种方案，一种方案是采用集成电路与分立元件相结合的方案，另一种是全部采用集成芯片的方案。为尽可能的降低噪声影响，减小非线性失真，以及考虑到外围元器件过多会给系统引入噪声等干扰因素造成不利影响，本设计采用方案二：全部采用集成运放芯片搭建电路。为了得到较好的音质效果我们决定在前置放大级电路中采用集成双运放 NE5532,音
15、调调节 TA7630P,重低音滤波 LM4558，功率放大级中 LM3886。14三 单元模块设计3.1 弱信号前置放大级和调音电路：前置放大电路可以采用集成运算放大器构成的前置放大器,也可以采用专用前置放大器IC 构成的前置放大器电路 ,从经济方面考虑本设计采用的是集成运算放大器NE5532，NE5532 具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能, 被称为“运放之皇”。 调音电路采用 TA7630P 芯片，它具有音量、低音、高音、平衡调节。为提高前置放大器电路输入电阻和共模抑制性能,减少接口、输出噪声,使 NE5532 与 TA7630P 合成一块。 如图 2 前置放大电路、调音电
16、路47KR61053uFC8pNE9GD.aUfTAP+V-L图2图 2 中 C24、C25 分别为隔直流电容,是为满足各级直流反馈、稳定直流工作点而加的。但对于交流成分,必须呈现短路状态,即要求 C24、C25 的容抗远小于放大器的输入电阻。R5、R1 为各级运放输入端的平衡电阻。对于前置放大器,要求杂信号最强时, 输出不失真,即在 时, mVUPI70,15输出 。所以 取 。VUOM1 7.15.0/1POMUA15A当输入信号最小,即 =10mV 而输出不衰减时I,=A1 =1510=150 mV。PO,1PI,调音块 TA7630P 是一个多路直流控制电路，具有电源供给范围宽、串音小
17、、温度漂移小、音量控制范围宽等特性。其 2 脚、15 脚为信号输入，6 脚、12 脚为信号输出，10 脚、9 脚、7脚、8 脚分别为高音、低音、平衡、音量大小电压控制。3.2 功率放大电路:集成功率放大电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。以下介绍采用集成芯片构成的的功率放大器电路图。1691038457IC6KR2nFuGND+Vlm-AM_LOUTP图 3采用集成功放 LM13886 构成的低频功率放大器电路如图 3 所示。LM3886
18、 是一个输出功率最大可达到 68W 的音频功率放大器，Avo 为90dB,失真率为 0.015%(1KHz,20W)，带宽为 70 KHz，具有 AC 和 DC 短路保护电路和热保护电路，电源电压范围为 1660V，采用 TO-220 封装。它在应用中外围元器件少，调试简单，便于扩功，使得功率放大级电路简洁，实用，输出功率大，非线性失真小。173.3 电源电路：直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量，根据以上设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，需要稳压电源输出的一种直流双电源15V 和25V。因三端稳压器具有结构简单、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，本设计中采用三端稳压电
19、路，市电降压所使用的是大功率环行变压器，简称环牛。交流电源经整流堆整流，由两个 10000uF、两个 4700uF 电解电容并并上 0.1uF 电容依次滤掉各种频率干扰后输出, 输出电压直流性能好, 实测其纹波电压很小, 为了能在个环境中适应，电路中还设计了避雷电路。如图 4 电源稳压电路图10uFC59672+V-n3.8TPpINUGDOLMZA_J图 418四 PCB 的制作4.1 电路原理图设计: 电路原理图的设计主要是 PROTELDXP 的原理图设计系统（Advanced Schematic）来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用该软件所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功
20、能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。 产生网络表 : 网络表是电路原理图设计（SCH ）与印制电路板设计（PCB ）之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出来。 印制电路板的设计: 印制电路板的设计主要是针对 PROTELDXP 的另外一个重要的部分 PCB 而言的，在这个过程中，我们借助 PROTELDXP 提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的等工作。 其设计可按一下步骤完成：1、设计图纸大小 2、设置 ProtelDXP 设计环境 3、旋转零件 4、有原理图布线 5、调整线路 6、报表输出 7、文件保存及打
21、印输出4.2 PCB 布局设计PCB 布局在设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可以这样认为，合理的布局是 PCB 设计成功的第一步。 布局的方式分两种，一种是交互式布局，另一种是自动布局，一般是19在自动布局的基础上用交互式布局进行调整，使其成为便于布线的最佳布局。设计时要考虑整体美观， 一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的。 在一个PCB 板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。布局时要注意的事项： 1、印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符？2 、能否符合 PCB 制造工艺要求？3、
22、有无定位标记？ 4、元件在二维、三维空间上有无冲突？ 5、元件布局是否疏密有序，排列整齐？6 、是否全部布完？7、需经常更换的元件能否方便的更换？8、插件板插入设备是否方便？ 9、热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离？ 10、调整可调元件是否方便？ 11、在需要散热的地方，装了散热器没有？空气流是否通畅？ 12、信号流程是否顺畅且互连最短？ 插头、插座等与机械设计是否矛盾？ 线路的干扰问题是否有所考虑？设计电路时，为了能减少外界及本身电路的干扰，需要考虑以下几方面：(1) 电源线布置：1、根据电流大小，尽量调宽导线布线。2 、电源线、地线的走向应与资料的传递方向一致。3、在印制板的电源输入端
23、应接上10100F 的去耦电容。(2) 地线布置：1 、数字地与模拟地分开。2 、接地线应尽量加粗，致少能通过 3 倍于印制板上的允许电流，一般应达 23mm 。3、接地线应尽量构成死循环回路，这样可以减少地线电位差。(3) 去耦电容配置：1、印制板电源输入端跨接 10100F 的电解电容，20若能大于 100F 则更好。2 、每个集成芯片的 Vcc 和 GND 之间跨接一个0.010.1F 的陶瓷电容。如空间不允许，可为每 410 个芯片配置一个110F 的钽电容。 3、对抗噪能力弱，关断电流变化大的器件，应在 Vcc和 GND 间接去耦电容。4、去耦电容的引线不能太长，尤其是高频旁路电容不
24、能带引线。(4) 器件配置：印制板在机箱中的位置和方向，应保证发热量大的器件处在上方。(5) 功率线、交流线和信号线分开走线功率线、交流线尽量布置在和信号线不同的板上，否则应和信号线分开走线。4.3 电路 PCB 板介绍在此音响系统中，电路板分为三部分。1、稳压电源，电路中尽可能的使电源线加粗，地线要比电源线宽，为了使地线电阻尽可能的减少，增强电路抗干扰能力，本电路的覆铜全为地线。如图 5 所示：21图 52、后级放大，为了使散热片能更好地固定，在 PCB 板中使重低音和左右声放大结合，LM3886 按热片的宽度排列成一排。如图 6 所示：5 43 2100 123 4 5108642 197
25、5311 2 12123212 112 21212 1211 2212112 121212132 12323 121 3108642 19731 51212211212212121 2112122112 212121 21211234876513579124681023 1231 1231212122112212112211212图 64.4 电路 PCB 板制作由于此图较简单，在实验室我们能很快制作出电路板，下面我将制作电路板的详细过程列举出来： 第 1 步：利用一个能生成图像的软件生成一些图像文件，比如用低版本的PROTEL 组织 SCH， 再利用网络表生成相应 PCB 图，以备打印。 第
26、 2 步：将 PCB 图打印到热转印纸上（所谓的热转印纸就是不干胶纸的黄色底衬！）。=现在有这样的专门买的纸张。 第 3 步：将打印好 PCB 的转印纸平铺在覆铜板上，准备转印。 第 4 步：用热转印机加温（要很热）将转印纸上黑色塑料粉压在覆铜22板上形成高精度的抗腐层。 第 5 步：转印机加温加压成功转印后的效果如果不怎么好，要拿油性笔涂画线路 第 6 步：准备好三氯化铁溶液进行腐蚀。 第 7 步：效果还不错吧！注意不要腐蚀过度，腐蚀结束，准备焊接。 第 8 步：清理出焊盘部分，剩下的部分用于阻焊。 第 9 步：安装所需预定原件并焊接好。 第 10 步：测试以验证其正确性。通过上面的方法能容
27、易的得到我们所需要的电路板，但是焊接完的电路成品的效果好坏取决于电路原理图设计的好坏以及制作出的电路板的好坏。五 系统调试调试前的直观检查连线是否正确，检查电源输出值是否符合实验标准；检查元器件的安装情况：元器件的管脚之间有没有短路，连接处有没有接触不良，集成电路 NE5532、LM4558 的管脚是否接对及集成块的缺口是否与底座对位。5.1 稳压电源调试电源电压输出值稳定，直接输出正电压输出为为+28V,输出负电压输出23为为-28V,其经过稳压块的正电压输出为+12V，负电压输出为-12V，。虽然运放所加正负电压不对称时可能会引起直流偏移，即在输入信号为0时，输出信号并不为0，但考虑到 N
28、E5532的低噪声性能和LM3886在8 负载上，对正负电压输出微小的不对称不再做调整。5.2 前置运放和音调调节调试在此我们在前置和音调调节分两节调试，检测到个管脚坐的电压正常，插上芯片， 接通电源，旋转电位器时，其引脚电压有明显变化。5.3 功放机和重低音调试电路板音频输出接上音箱后，挺起声音有些浑浊，低音成分不够，断电后，把原来的瓷片电容换成 CBB 类的红色威马电容，考虑到成本，稍微与发烧级挂上勾。接通电后，听上去音质达到了一定的理想效果。5.4 系统的总机调试经上述分单元模块电路分别调试好，我们将各模块连接起来，进行系统整体的调试。调节电位器，高音明亮、强穿透力，低音淳厚、丰满，重低
29、音沉重、圆润。 但系统静音时，带有一丝的沙哑声，静噪没达到理想效果，有待改善。24图 8、9 实物图：图 825图 926总 结详细介绍了一种简单实用、价格低的低频功率放大器的电路设计方法, 及整套音响系统的设计方案。 从实验的各项数据分析 ,本电路具有很好的频率响应特性, 从测得的带宽可以看出,该功率放大器可以很好地实现对低频信号的放大作用,能较好地达到实际要求, 也符合理论上的要求，音箱及调音PCB 由另一个组员电子 08302 班陈友完成。分别调试好之后组合在一起经过测试，得到不错效果。此次毕业设计是我大学生活重要的一步。从最初的选题，开题到写论文直到完成论文。其间，查找资料，老师指导，
30、与同学交流，反复修改论文，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。 通过这次实践，我了解了音频功率放大器用途及工作原理，熟悉了音频功率放大器的设计步骤，锻炼了设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的制作能力。 但是毕业设计也暴露出自己很多不足之处。特别是对重低音部分调试结果的差异不明白，深感遗憾。这次实践是对自己大学两年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很不全面。马上要毕业了，自己的求学之路还很长，以后更应该在工作实践中不断学习
31、，努力使自己 成为一个对社会有所贡献的人。27致 谢经过几个月的准备，这个产品于完成了，在此谨向在这段时间里精心指导我们的老师致谢。感谢马建华老师在上课之余悉心的为我们指导，从论文的选题、计划的制订，到论文的撰写，都始终倾注着他的心血。他为人师表，治学严谨，在生活中平易近人，在教学和科研工作中兢兢业业，力求做到精益求精。在这段时间里正是他的督促和教诲，才使我们的产品能按时的完成，也正是他的精益求精，才使我学到了很多知识。同时我还要感谢我的任课老师以及在此期间帮助过我的同学。感谢无锡工艺职业技术学院对我的栽培以及在这两年中传授我知识的老师们。最后，向评阅本论文及参加论文答辩的专家和老师及同学们致
32、以最为崇高的谢意。28参考文献1 黄永定 电子整机试训音响设备 20072 华成英、童诗白 模拟电子学基础（第四版）北京：高等教育出版社 20063 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之模拟电子线路设计 北京：电子工业出版社 20074 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛系统设计 北京：北京航空航天大学出版社 20065 谭博学、苗汇静 集成电路原理及应用（第二版） 北京：电子工业出版社 20086 黄智伟 印制电路板设计技术与实践 北京：电子工艺出版社7 谷丽华、辛晓宁、么旭东 实用低频功率放大器的设计 沈阳化工学院学报 2005 年 01 期8 NE5532、 LM4558、L7812
33、、L7912、LM3886 等器件的 DATA SHEET29附录：10uFC596472+V-n3.8TPpINUGDOLMA_JKR()EfH/BSlm305432 100123 450121001 23 45 67821211221121221122 1 2121321132132108642 1975315678 4321 12 121212 122112212112121212 2121122121513 791246810312132 321231 2121 21211212211 212 1 21 22112 1 2 3212121135791246810124 34321231321231231 231122312121 122 121212 1 231312 1212313212348765 12 12129101121314151687654321 121221122112121212 1212121212 12 12121212 121221 21125678 43218 123456732132121321212121212121212121211212121212121212 12121122121312312 312312212121 12
