畢業(yè)設(shè)計--音響放大器的設(shè)計.doc

南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文作者 江光瑞 學(xué)號 10942p18 系部 電子信息學(xué)院 專業(yè) 電子信息工程（檢測及應(yīng)用） 題目 音響放大器的設(shè)計 指導(dǎo)教師 湯 艷 評閱教師 完成時間： 2012 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(論文)中文摘要題 目：音響放大器的設(shè)計摘要： 音響放大器是由話筒放大器、混合前置放大器、電子混響器、音調(diào)控制器、功率放大器幾部分組成。 本設(shè)計采用集成運放芯片LM324和LM4102。其中LM324是四運算集成電路，它采用14腳直插封裝。它內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器。除電源用外，四組相互獨立；LA4102是一種應(yīng)用很廣的集成功放。它常被用于收錄機(jī)、對講機(jī)等小功率電路中。關(guān)鍵詞： 音響放大器 LM324 LM4102 集成電路 運算放大器 集成功放畢業(yè)設(shè)計(論文)英文摘要Title:Audio amplifier designAbstract: audio amplifier is by a microphone amplifier, mix the preamplifier, electronic reverb units, tone controller, a few parts power amplifier.This design USES the op-amp integrated chip LM324 and LM4102. Among them LM324 is four operation integrated circuit, it USES 14 feet straight in packaging. Inside it contains four groups form identical operational amplifier. In addition to the power is used outside, four groups independent; LA4102 is a kind of application is very wide integrated amplifier. It is often used to tape recorder, intercom, and other small power circuit.Key words: Audio amplifier LM324 LM4102 Integrated circuit Operational amplifier Integrated amplifier 目錄 1. 設(shè)計目的2. 設(shè)計意義3.設(shè)計內(nèi)容 3.1主要技術(shù)指標(biāo) 3.2 音響放大器的基本組成 3.3音響放大器各部分電路分析 3.3.1話音放大器 3.3.2電子混響延時器MN3207 3.3.3混合前置放大器 3.3.4音調(diào)控制器 3.3.5功率放大器 3.4音響放大器的設(shè)計過程 3.4.1功率放大器設(shè)計 3.4.2音調(diào)控制器（含音量控制）設(shè)計 3.4.3話筒放大器與混合前置放大器設(shè)計 3.5 各級電路的調(diào)試及測試 3.5.1話筒放大器與混和放大器的調(diào)試 3.5.2音調(diào)控制器的調(diào)試 3.5.3功率放大器調(diào)試 3.5.4 測量主要技術(shù)指標(biāo) 3.5.5整機(jī)功能測試 3.6 Multisim2001軟件在電子線路實驗中的應(yīng)用4結(jié)果分析5設(shè)計心得6參考文獻(xiàn)1.設(shè)計目的（1）了解音響放大器的構(gòu)成，并組成一個簡單的音響放大器。（2）理解音調(diào)控制器，集成功率放大器的工作原理和應(yīng)用方法。（3）理解和掌握音響放大器的主要技術(shù)指標(biāo)和測試方法。（4）根據(jù)給出的技術(shù)條件和指標(biāo)，設(shè)計音響放大器。（5）能夠獨立搭接電路、掌握調(diào)試技術(shù)。2.設(shè)計意義 （1）音響技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、場效應(yīng)管的歷史時期，在不同的 歷史時期都各有其特點。預(yù)計音響技術(shù)今后的發(fā)展主流為數(shù)字音響技術(shù)。 （2）通過音響放大器設(shè)計，使我們認(rèn)識到一個簡單的模擬電路系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)包括信號源、輸入級、中間級、輸出級和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號源的作用是提供待放大的電信號，如果信號是非電量，還須把非電量轉(zhuǎn)換為電信號，然后進(jìn)入輸入級，中間級進(jìn)行電流或電壓放大，再進(jìn)入輸出級進(jìn)行功率放大，最后去推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)做某項工作。3.設(shè)計內(nèi)容（1）設(shè)計一音響放大器，要求具有音調(diào)輸出控制，對話筒的輸入信號進(jìn)行擴(kuò)音（2）以集成功放和運放為核心進(jìn)行設(shè)計。（3）已知：VCC=+9V，話筒模擬輸入電壓為5mV，電子混響延時模塊1片，集成功放LA4102 1片，8 /2W 負(fù)載電阻一只，8/4W 揚聲器一只，集成運放LM324 1片。3.1主要技術(shù)指標(biāo) 額定功率 Po1W(g 20W。3.2音響放大器的基本組成話音放大器電子混響器 話筒功率放大器音調(diào)控制器混合前置放大器磁帶放音機(jī) 揚聲器 3.3音響放大器各部分電路分析 3.3.1話音放大器 話音放大器的作用是不失真的放大聲音信號（最高頻率達(dá)到10KHZ），話筒的輸出信號一般只有5mv,而輸出阻抗達(dá)到20K,所以輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗,其中放大倍數(shù)A=R2/R1，C1、C2、C3為隔直電容，電路圖如下 話音放大器3.3.2電子混響延時器MN3207電子混響器是用電路模擬聲音的多次反射產(chǎn)生混響效果，使聲音聽起來具有一定的深度感。在“卡拉ok ”伴唱機(jī)中都帶有電子混響器。其組成框圖如圖所示 其中集成電路BBD稱為模擬延時器其內(nèi)部有由場效應(yīng)管構(gòu)成的多級電子開關(guān)和高精度存儲器。在外加時鐘脈沖作用下這些電子開關(guān)不斷地接通和斷開對輸入信號進(jìn)行取樣、保持并向后級傳遞，從而使BBD的級數(shù)越多，時鐘脈沖的頻率于高，延遲時間于長。BBD配有專用時鐘電路如MN3102時鐘電路與MN3200系列的BBD配套。電子混響器的實驗電路如圖所示 其中兩級二階低通濾波器MFB、A1、A2濾去4KHz以上的高頻成分，反相器A3用于隔離混響器的輸出與輸入級間的相互影響。RP1調(diào)節(jié)混響器的輸入電壓，RP2調(diào)節(jié)MN3207的平衡輸出以減小失真，RP3調(diào)節(jié)時鐘頻率，RP4控制混響器的輸出電壓。圖中MN3207與MN3102各引腳的電壓如下 引腳 MN3207的電壓/V 0.0 3.2 0.0 5.6 6.0 3.2 2.6 2.6 MN3102的電壓/V 6.0 3.2 0.0 3.2 3.2 3.2 2.8 5.6 3.3.3混合前置放大器混合前置放大器的作用是將磁帶放音機(jī)輸出的音樂信號與電子混響后的聲音信號混合放大 。其電路如圖所示。這是一個反相加法器電路，輸出與輸入電壓間的關(guān)系為式中V1為話筒放大器輸出電壓 V2為放音機(jī)輸出電壓。音響放大器的性能主要由音調(diào)控制器與功率放大器決定 3.3.4音調(diào)控制器 音調(diào)控制器主要是控制、調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率的高低，音響控制器只對低音頻或高音頻的增益進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變。理想的控制曲線如圖所示 f0表示中音頻率，要求增益Avo=0dBfL1表示低音頻轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十赫茲 fL2(等于10fL1)表示低音頻區(qū)的中音頻轉(zhuǎn)折頻率fH1表示高音頻區(qū)的中音頻轉(zhuǎn)折頻率 fH2(等于10fH1)表示高音頻轉(zhuǎn)折頻率一般為幾十千赫茲 。 音調(diào)控制器只對低音的增益進(jìn)行提升與衰減，中音頻的增益保持0dB不變。因此音調(diào)控制器的電路可由低通濾波器與高通濾波器構(gòu)成。由運算放大器構(gòu)成的音調(diào)控制器如圖所示這種電路調(diào)節(jié)方面：元器件較少，在一般收音機(jī)、音響放大器中應(yīng)用較多。下面分析該電路的工作原理。 設(shè)電容C1=C2C3，在中、低音頻區(qū)C3可視為開路，作為低通濾波器，在中高音頻區(qū)C1、C2可視為短路，作為高通濾波器。 音調(diào)控制器的低頻等效電路 當(dāng)ff0時音調(diào)控制器的低頻等效電路如圖所示。其中圖(a)為RP1的滑臂在最左端,對應(yīng)于低頻提升最大的情況 圖（a）低頻提升等效電路 圖(b)為RP1滑臂在最右端,對應(yīng)于低頻衰減最大的情況 R1 RP1 RP2Vi C1 R4 - + V0 圖（b）低頻衰減等效電路分析表明：圖(a)所示電路是一個一階有源低通濾波器其增益函數(shù)的表達(dá)式為 (1)式中 當(dāng)f f0時,音調(diào)控制器的高頻等效電路如圖所示。 音調(diào)控制器的高頻等效電路(1)由于此時可將C1、C2可視為短路R4與R1、R2組成星形連接,將其轉(zhuǎn)換成三角形連接后的電路如圖所示。 圖1的等效電路(2)電阻的關(guān)系式為 Ra=R1 + R4 + ( R1 R4 / R2) Rb=R4 + R2 + ( R4 R2 / R) Rc=R1 + R2 + ( R2 R1 / R4) 若取R1=R2=R4則 Ra = Rb = Rc = 3R1 = 3R2 = 3R4 則 圖1的高頻等效電路如圖2所示其中圖a為RP2的滑臂在最左端對應(yīng)于高頻提升最大的情況圖b為RP1滑臂在最右端對應(yīng)于高頻衰減最大的情況。分析表明圖(a)所示電路是一個一階有源高通濾波器其增益函數(shù)的表達(dá)式為式中 與分析低頻等效電路的方法相同得到下列關(guān)系式。 1.f FH2時C3視為短路此時電壓增益 為（Ra+R3）/R3 3.3.5功率放大器 功率放大器的作用是響放大器的負(fù)載R1揚聲器提供一定的輸出功率,當(dāng)負(fù)載一定時,希望輸出的功率盡可能大,輸出信號的非線形失真盡可能地小,功率盡可能高。功率放大器的常見電路形式有OTLOutput Transformerless電路和OCLOutput capacitorless電路。有用集成運算放大器簡稱運放和晶體管組成的功率放大器,也有專用集成電路功率和放大器。 3.4音響放大器的設(shè)計過程 3.5 各級電路的調(diào)試及測試 3.5.4 測量主要技術(shù)指標(biāo) 3.5.4.1 額定功率 音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值如5%) 時的最大功率稱為額定功率其表達(dá)式為P0=V02/RL 式中，RL為額定負(fù)載阻抗，VO為有效值，為RL兩端的最大不失真電壓。VO常用來選定電源電壓VCCVCC2V0。 測量PO的條件如下:信號發(fā)生器的輸出信號(音響放大器的輸入信號)的頻率?i=1KHz,電壓Vi=5mV,音調(diào)控制器的兩個電位器RP1、RP2置于中間位置,音量控制電位器置于最大值,用雙蹤示波器觀測Vi及Vo的波形,失真度測量儀監(jiān)測Vo的波形失真。 測量Po的步驟是:功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻RL(代替揚聲器),逐漸增大輸入電壓Vi,直到Vo的波形剛好不出現(xiàn)削波失真,此時對應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓,由式即可算出額定功率Po。 注意 在最大輸出電壓測量完成后應(yīng)迅速減小Vi,此時會損壞功率放大器。 3.5.4.2 音調(diào)控制器特性 輸入信號 Vi(=100mV)從音調(diào)控制級輸入端的耦合電容加入,輸出信號Vo從輸出的耦合電容引出.先測1KHz處的電壓增益Avo(Avo0Db),再分別測低頻特性和高頻特性.測量方法如下:將RP1的滑臂置于最左端,當(dāng)頻率從20Hz至50KHz變化時記下對應(yīng)的電壓增益，再將RP1的滑臂分別置于最右端,RP2的滑臂置于最左端, 當(dāng)頻率從 20Hz至50KHz變化時記下對應(yīng)的電壓增益。最后繪制音調(diào)控制特性曲線,并標(biāo)注與等頻率對應(yīng)的電壓增益。 3.5.4.3 音頻響應(yīng) 放大器的電壓增益相對于中音頻?0(1KHz)的電壓增益下降3dB時對應(yīng)低音截止頻率?L和高音頻截止頻率,稱?L?H為放大器的頻率響應(yīng)。測量條件同上,調(diào)節(jié)RP3使輸出電壓約為最大輸出電壓的50%。 測量步驟是:音響放大器的輸入端接Vi(等于5mV不變),測出負(fù)載電阻RL上對應(yīng)的輸出電壓V0,用半對數(shù)坐標(biāo)紙繪制出頻率響應(yīng)曲線,并在曲線上標(biāo)注?L與?H值。 3.5.4.4 輸入阻抗 將從音響放大器輸入端(話音放大器的輸入端)看進(jìn)去的阻抗稱輸入阻抗Ri.如果接高頻話筒,則Ri應(yīng)遠(yuǎn)大于20K。接電唱機(jī),Ri 應(yīng)遠(yuǎn)大于500K。Ri的測量方法與放大器的輸入阻抗測量方法相同。 注意 測量儀表的內(nèi)阻要遠(yuǎn)大與Ri。 3.5.4.5 輸入靈敏度 使音響放大器輸出額定功率時所需的輸入電壓(有效值)稱為靈敏度Vs。 測量條件與額定功率的測量相同。 測量方法是,使Vi從零開始逐漸增大,直到Vo達(dá)到額定功率值時所對應(yīng)的電壓值,此時對應(yīng)的Vi值即為輸入靈敏度。 3.5.4.6 燥聲電壓 音響放大器的輸入為零時,輸出負(fù)載RL上的電壓稱為燥聲電壓VN.測量方法是,使輸入端對地短路,音量電位器為最大值,用示波器觀測輸出負(fù)載RL兩端的電壓波形,用交流毫伏表測量其有效值。 3.5.4.7 整機(jī)效應(yīng) =P0/PC100% 式中P0為輸出的額定功率PC為輸出額定功率時所消耗的電源功率。 4.結(jié)果分析 這次設(shè)計主要培養(yǎng)了我們的動手能力。動手能力,也就是將理論與實踐緊密地結(jié)合起來,即便你有很強(qiáng)的理論知道,不去自己親自一手一腳去做,從中發(fā)現(xiàn)問題解決問題,同樣也達(dá)不到什么效果還培養(yǎng)了我的耐性,我也認(rèn)識到了該如何處理