數(shù)字控制音頻放大電路--課程設計報告

1、課程設計報告課程名稱： 電子技術應用課程設計 設計題目： 數(shù)控音頻放大電路 專業(yè)班級： 10電氣2班 設 計 者： 學 號： 指導老師： 舒華 、王崢 設計所在學期： 大三第一學期 設計成績： 廣州大學機械與電氣工程學院2012年 9 月 29 日數(shù)控音頻放大器設計報告聲音無處不在，人類對于聲音的利用可以是無孔不入。特別是信息傳遞方面，最常見的如人與人之間的對話。但是有時候我們想把聲音信息先保存下來等到有需要的時候再播放出來，而播放的機制好壞直接影響到聲音信息的完整性與真實性，即和聲音的失真率有關。所以聲音播放機制的好壞關乎到信息傳遞的準確性。再者，當今社會聲音播放機制是隨處可見，這足以證明現(xiàn)

2、實社會對播放機制的需求量大，且漸漸地向失真較小的方向發(fā)展。人們在致力尋求失真最小的機制同時，也想該機制盡量簡單小規(guī)模，因為這樣才能廣泛利用于各個領域。如電腦音箱、筆記本音響、廣播、手機等。各個領域對于聲音播放的要求又各有不同，所以本報告著重討論研究失真較小的家用級播放機制。最后，機制電路的設計對于設計者來說是一個不容易解決得問題。對于設計者技術方面要求猶為重要。設計者要盡可能地減少外界對機制的影響和電路內部的影響，綜合考慮電路布局、功率和材料選擇。設計者如果在任何一個環(huán)節(jié)出錯都會導致播放機制不穩(wěn)定乃至失真、震蕩。因此選擇這個電路作為討論研究對象具有代表性意義，能使初級設計者更好地理解播放機制的

3、工作原理，同時也是是初級設計者技術的試金石，是一個很好的鍛煉臺階！一、系統(tǒng)功能簡述功能項目詳細前置運放在不引入其他干擾的情況下，對信號源進行初級放大且失真非常小，。能驅動耳機等小功率喇叭。后級功放在不引入其他干擾的情況下，對前級信號進行進一步放大，并且加強大負載能力，能驅動10W以上喇叭。音量級調節(jié)對播放機制進行音量8級調節(jié)（由小到大0-7級）。能向低調高，也能向高調低。音量顯示顯示當前的音量級別防抖開關防止調節(jié)音量時，按鍵震蕩引起音量調節(jié)越級。電源指示燈顯示電源接通情況，關閉電源時能消耗電容上的電能。直流電源對交流220V電源進行降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，最后輸出直流正負12V、正負9V、正負

4、5V。音量檢測對音量進行檢測，用10個LED組顯示。二、簡論本系統(tǒng)意義（創(chuàng)新性、實用性、課題特點）電子產(chǎn)品趨向于自動化，智能化方向發(fā)展，人們想電子產(chǎn)品在滿足其基本需要時，能具備智能化、人性化的體現(xiàn)。因此，在這樣的市場需求下，電子產(chǎn)品發(fā)展已向智能化、人性化方向發(fā)展。在這個大趨勢的推動下，本系統(tǒng)在設計方面也加入了一些比較人性化的設計，如可視化音量級別，與數(shù)控音量調節(jié)。也許正是一個經(jīng)?？梢钥吹降暮唵喂δ埽@卻是一個具有創(chuàng)新性意義的代表功能。以前播放機制，是用一個簡單的電位器來調節(jié)的，基于以前技術的相對落后，與材料的缺乏。電位器不是為一個很好地解決方案，但是電位器調節(jié)使得使用者對于使用系統(tǒng)，不能有一

5、個比較形象的音量理解，看見的卻是電位器指針的位置。但是可視化的音量顯示能讓使用有一個形象而且具體的了解，這更好的幫助使用者直觀地準確地提高到某一個音量級別，當然這個是在音量級別的級差做得盡量小的時候最能體現(xiàn)出來。雖然本系統(tǒng)設計未能達到級差細化，但卻是數(shù)控音量調節(jié)的原理體現(xiàn)。再者，數(shù)控音量調節(jié)是，數(shù)電信號轉換成模電信號的又一個重要體現(xiàn)。數(shù)模轉換是有智能化控制中必不可少的一個環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)智能化控制執(zhí)行機制的前級。因此，這些設計具有創(chuàng)新性意義。但是，在具有創(chuàng)新性同時，不乏接近現(xiàn)實的實用性。本系統(tǒng)屬于小型電路，設計使用對象是要求相對較低的家用音響。且零件花費相對較低，因此本設計能進入音頻播放的大多數(shù)

6、領域，普及到大大小小，各種各樣的設備。音頻放大設計課題具有開放性，發(fā)散性等特點。所以設計者可以自由發(fā)揮自己的創(chuàng)造能力，盡可能地完善與增加設計方案?；谶@個課題這個特點，讓設計者有很大的發(fā)揮空間，設計者可以隨心所欲地設計屬于自己的電路，不需要受框條的制約。電子設計需要的是創(chuàng)新的能力，這就要求設計者要站在一個發(fā)展的高度去看待問題，立足于實用，發(fā)展于創(chuàng)新，只有這樣才能設計出一個成功的作品。而這個課題的特點正好迎合設計者的需求。經(jīng)過這個課題，我相信設計者能更好地理解電子電路特點，為以后發(fā)展奠定堅實的基礎。三、方案選擇的論證前級運放LM324后級功放LM386單電源供電前級運放LM324后級功放TDA2

7、822單電源供電方案一： 方案二：方案一中的TDA2822失真比較嚴重 方案二中LM386電路比TDA2822簡單，容易調試（不采納） （采納） 四、系統(tǒng)構圖喇叭后級功放前級運放音頻輸入發(fā)光二極管組音量檢測模擬開關數(shù)碼管數(shù)碼管驅動防抖動按鍵計數(shù)器輸出穩(wěn)壓濾波整流降壓220V交流輸入五、總電路圖實物布線圖六、系統(tǒng)實現(xiàn)的基本原理和電路原理（1）該電路為電源整流濾波穩(wěn)壓電路，從交流220V輸入首先經(jīng)過220V-12V變壓器變壓，再經(jīng)過整流橋整流，輸出直流。然后用大電容與小電容組合成濾波電路，使電壓波形較為平滑。但是這電壓還是具有不穩(wěn)定性，不能直接利用。因此需要穩(wěn)壓IC來穩(wěn)定輸出電壓。(2）該電路為前

8、級放大電路，選用的芯片是LM324。同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。當有音頻信號輸入到5端時接經(jīng)過一個濾波的電容，過濾掉傳輸途中的雜波，一般取3uF-10uF。R5為下拉電阻，C9為濾波電容。Rf1與Rf2接反饋電阻接入端，C5為輸出濾波電容?？傠娐方M成一個同相比例放大電路。電路的電壓放大倍數(shù)AV 也僅由外接電阻決定：AV1+Rf/R5, R5的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。電容電阻的選取一定要合理，否則運放本身會產(chǎn)生自激震蕩。對輸入造成干擾，或者導致不能放大。（3）該電路為功放電路，電路中采用LM386功放芯片,它是專為低損耗電源所設計的功率放大器集成電路，可用電池作為供應電源，輸入電壓

9、范圍由4V12V，無動作時僅消耗4mA電流，且失真低。用該芯片搭建功放外圍元件也非常少。電路中R6與C8是對感性負載(喇叭)進行相位補償來消除自激的。1腳和8腳懸空處理，這樣功放就默認內建增益為20db，在兩腳之間相應加上適當?shù)碾娙莼螂娮杈涂梢栽龃笃湓鲆娴阶畲?00db。(4)該電路圖未數(shù)字模擬開關，當有數(shù)字信號輸入到Q0、Q1、Q2端時，對應的X？通道就會與COM O/I導通。因此在X?端各并入電阻，在某一端接通時，相當于從13端開始，各級串加電阻，直至接通口。所以該芯片很適用于數(shù)字調阻電路，按如圖接法，將3端與13端接入運放反饋電阻端，就能實現(xiàn)數(shù)字8級調控反饋電阻電路。即能直接調節(jié)運放的放

10、大倍速。電路中使用10k的電阻，即反饋電阻范圍為070k。（5）該電路為按鍵信號電路與抖動電路。按鍵按下去時，會產(chǎn)生機械震蕩，導致信號出入不穩(wěn)定。接入RC充放電電路，是為了穩(wěn)定輸入信號間隔在R*C=5ms左右。這樣就能比較有效地放抖動。選用556組成兩個按鍵的施密特電路，是為了進一步防止電路抖動。輸出一個穩(wěn)定的時鐘信號。（6）該電路為計數(shù)電路，實行分級調節(jié)的主芯片。74193為16進制同步加減計數(shù)器，雙時鐘，帶清除。74193被接成計數(shù)狀態(tài)，在加或減的時鐘信號作用下作計數(shù)操作，輸出三個數(shù)字信號。（7）該電路為數(shù)字調級顯示電路。4511為數(shù)碼管驅動芯片，工作在譯碼狀態(tài)。通過檢測計數(shù)器輸出端額三個

11、數(shù)字信號來翻譯相應驅動信號，通過輸出七個電平信號來驅動數(shù)碼管顯示相應的數(shù)字。數(shù)碼信號輸入端的電阻為限流電阻，100-500歐均可，保證數(shù)碼在正常安全的狀態(tài)下工作。(8)該電路是音量檢測的模塊。電路采用LM3914作為10個發(fā)光二極管驅動器，它可以把輸入模擬量轉換為數(shù)字量輸出驅動10位發(fā)光二極管來進行點顯示或柱顯示。信號電壓則利用LM324的另一個放大器將音頻信號放大輸入LM3914進行比較。圖中R2、R3用來調節(jié)參考電壓的范圍，10個LED燈的亮度可由R4來調節(jié)通過每個LED的電流大致等于R中電流的10倍，又因為LM3914內部有1.2V的標準電壓源，R4選用1K的電阻，剛通過LED的電流為1

12、2mA。因為測得信號電壓達到46V，因此LM3914采用12V的獨立供電，使參考電壓范圍更充裕，更易于調節(jié)。七、電路設計、參數(shù)計算、和元器件選擇（1）本系統(tǒng)要是實現(xiàn)的是失真小、能帶喇叭負載的音頻放大電路所以在運放與功放選擇方面，都選擇了失真很小的元件。 電路運放反饋放大大小為：Rf/R5=1-8倍功放放大倍數(shù)：20db，即10倍（2）電源的選擇；因為運放與功放芯片要在供電功率足夠的情況才能正常工作，且失真最小，因此電源供電一定要足。所以變壓器選用20AV、220V-12V的變壓器，功放輸出功率大概為500mW，加上芯片內部損耗大概為1.5W左右。其它芯片功耗總數(shù)只有2W左右。整個電路功率小，所

13、以可以選擇使用4節(jié)7號電池供電，但使用變壓器供電裕度更充足，這樣就能保證芯片與變壓器都工作在穩(wěn)定狀態(tài)。 整流橋選擇KBP206，該橋堆耐壓600V，通過最大電流為2A。符合供電功率要求。濾波電容選擇容值比較大的電容，兩個4700uF的電容對電壓進行濾波，有著比較好的效果。為使波形盡量平滑，再連續(xù)用較小的電容來輔佐濾波，使得波形得到很大的改善。穩(wěn)壓芯片選用78系列、與79系列。因為該芯片價錢低且，使用方便。但是由于供電功率需要比較大，且78、79系列穩(wěn)壓IC工作最大電流都為1A。因為P=IU，所以選用穩(wěn)壓輸出電壓大一些，會有效減少流過芯片電流，防止IC工作電流過大而發(fā)熱過大，導致?lián)p壞。即使選擇穩(wěn)

14、壓IC上合理，但電源IC都裝上了散熱裝置。（3）數(shù)控元件的選擇；因為數(shù)碼管與其驅動芯片，都是很常見的，即使不同型號，功能方面也是一模一樣，使用方面也是大同小異。所以數(shù)碼管選擇的是共陰數(shù)碼管，驅動芯片選擇4511。計數(shù)器芯片選用74193，因為這個一個16進制計數(shù)芯片，芯片在計數(shù)狀態(tài)下Q0、Q1、Q2端循環(huán)輸出0-7二進制碼。對于8級調節(jié)利用起來比較方便。加上該芯片有加減雙時鐘計數(shù)，這樣有助于雙向調節(jié)音量，更利于使用者使用。開關芯片采用常用的4051，這個一個比較好用的低壓模擬開關芯片，且工作穩(wěn)定。開關用的是指壓四腳無鎖開關，所以使用時會有機械震蕩，會影響時鐘信號的輸入，所以選用RC充放電電路來

15、延長信號輸出時間，時間大約為R*C=1uF*5K=5mS，另外選用556構成施密特電路，能有效矯正輸出波形。穩(wěn)定時鐘信號。八、實施方案說明本系統(tǒng)制作過程比較長，特別是前期準備工作。首先是電源制作，電源制作一定要謹慎，因為電源直接接觸220V交流電，一不留神很容易出現(xiàn)事故。電源中最大塊的是變壓器，所以制作過程中，先固定變壓器，然后接線用接線端子，保證接線可靠。還要在變壓器一次端加上開關。固定好變壓器，就要安排整流橋與電容的布局，兩者不能與變壓器靠得太緊，且焊接的時候，線路要盡量的粗和大。最后就是穩(wěn)壓芯片的安裝，穩(wěn)壓芯片是很容易受到熱損壞的，所以在焊接的時候，要先安裝散熱片。最后電源安裝好了以后就

16、用電表檢測有沒有短路、開路。在確保線路正常的情況下接上電源，然后用萬能表測輸出電壓是否正常。電源電路比較簡單，所以一次轉配就成功了。然后就是運放與功放電路了，這個就需要很詳細的元件布局考慮，因為布局不當也會導致干擾或者會造成焊接上的困難。同樣地，焊接的時候，電源線要粗大，要盡量避免少飛線。反饋電阻先用10K，輸出端接上喇叭。焊接好了就先檢測一次電路，確保焊接正確以后，就接上電源，測試電路。最后電路工作正常。 接著實功放電路，在安排這部分電路布局的時候，在板上畫上范圍。按照圖焊接好了以后，然后接上電源接上運放輸出端，最后發(fā)現(xiàn)能正常工作。緊接著是數(shù)控電路，這部分需要先焊接數(shù)碼管與數(shù)碼管驅動電路，因

17、為焊接好這個電路能夠測試下面電路有沒有出錯。按圖焊接好電路后，把四個輸入端分別接入地同5V測試一下數(shù)碼管有沒有接錯，和驅動電路有沒有工作在譯碼狀態(tài)。最后檢測的時候發(fā)現(xiàn)計數(shù)不正常，然后換不同大小的電容，沒什么效果，最后不斷更換電容的位置，最后找到適合的位置改正后才能正常工作。剩下的就是一些比較簡單的芯片焊接，都以一次焊接就成功了?？偟脕碚f，總結出，在焊接的時候電源線要粗大，芯片位置布局要預留多一點位置，這樣才能方面焊接。PCB設計時，所有外圍元件盡可能靠近LM386；地線盡可能粗一些；輸入音頻信號通路盡可能平行走線，輸出亦如此。九、系統(tǒng)運行的結果和現(xiàn)象系統(tǒng)運行時，未插入音頻輸入時，有較大電流聲。

18、插入后幾乎聽不見。工作時，音頻放大效果比較強，所以音量檔位不用調節(jié)太大。音質基本上聽不出有失真。聲音亮麗，如果固定好喇叭，則聲音變得渾厚。運行大概30分鐘后，變壓器與功放芯片均明顯感覺有熱感，再過30分鐘后，溫度基本上穩(wěn)定。、測試過程中，主要使用的是萬能表。系統(tǒng)基本上工作正常。十、元器件列表清單CommentDesignatorFootprintQuantityValue電阻1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, R1, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15AXIAL-0.3201K, 5K, 10K, 100陶瓷電容C1, C3, C5, C6, C8, C