1電子技術(shù)課程設(shè)計-音箱系統(tǒng)放大器設(shè)計(A) (恢復(fù))

1、目 錄1、選題背景21.1指導(dǎo)思想21.2 方案論證21.3基本設(shè)計任務(wù)21.4發(fā)揮設(shè)計任務(wù)21.5電路特點22 電路設(shè)計32.1 總體方框圖32.2工作原理33各主要電路及部件工作原理33.1 唱機放大電路33.2 話筒信號放大電路33.3 混頻電路43.4音量音調(diào)調(diào)節(jié)器43.5后級放大電路54 原理總圖65 元器件清單76 調(diào)試過程及測試數(shù)據(jù)（或者仿真結(jié)果）76.1通電前檢查76.2通電檢查86.2.1 話筒放大器86.2.2 唱機放大器86.2.3 混頻電路86.3、結(jié)果分析97小結(jié)108 設(shè)計體會及今后的改進意見108.1體會108.2 本方案特點及存在的問題118.3改進意見11參考

2、文獻11正 文1、選題背景隨著電子設(shè)備的逐步更新，模擬電子技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪衅鸬降淖饔萌諠u調(diào)高，所以我們應(yīng)對模擬電子技術(shù)有著更深刻的了解，以便在日后的發(fā)展過程當(dāng)中能跟上時代的步伐。家庭影院成為家庭必備的娛樂設(shè)施，作為家庭影院的絕對主角，音響系統(tǒng)的優(yōu)劣，將會影響到人們的精神生活，所以我們選擇本題，目的是加深對基本模擬電路的理解以及了解家電性能的改善方法。1.1指導(dǎo)思想由題目要求可知，音樂需要高阻抗輸入，所以采用同向放大；聲音信號只有5mV，這里采用T型網(wǎng)絡(luò)放大，前級放大電路使用運算放大器NE5532；經(jīng)過混頻電路就構(gòu)成了前級放大電路，前級信號經(jīng)過音量調(diào)節(jié)和音調(diào)調(diào)節(jié)電路后會有衰減，所以需經(jīng)過后級

3、放大才能推動揚聲器工作。后級放大使用高保真功放芯片TDA2030，此芯片可提供最大至14W的輸出功率，最大承受電壓為18V，宜采用雙電源供電。1.2 方案論證方案一：大膽采用純?nèi)龢O管放大電路，此方法能體現(xiàn)出模擬電路設(shè)計的宗旨，即以晶體管為基礎(chǔ)進行復(fù)雜電路的搭建，成本也比較低；但設(shè)計過程過于復(fù)雜，短時間內(nèi)很難實現(xiàn)題目要求指標(biāo)。方案二：以運算放大器為基礎(chǔ)，音樂信號采用同向放大，話筒信號采用反向放大，混頻電路用一個電位器實現(xiàn)，初級信號經(jīng)過音量音調(diào)調(diào)節(jié)電路后，由后級功率放大輸出，整個系統(tǒng)采用雙電源供電。方案比較：由于本系統(tǒng)是對輸出功率穩(wěn)定性要求較高，運算放大器和集成功放集成度較高，抗干擾能力較強，于是

4、采用運放NE5532和功放TDA2030作為主控芯片。1.3基本設(shè)計任務(wù)（）負載阻抗 =8 Rl ； （）額定功率 P W O = 2W ； （）帶寬 BW 100Hz 10kHz ； （）輸入阻抗 Ri500k；1.4發(fā)揮設(shè)計任務(wù)（1）整機效率 50%； （2）輸入靈敏度 話筒輸入端5mV； 1.5電路特點本系統(tǒng)主要由運算放大器NE5532、集成功率放大器TDA2030和外圍電路組成，系統(tǒng)簡介明了，原理較為簡單，可讀性強，適合仿真分析，制作PCB，方便調(diào)試。2 電路設(shè)計2.1 總體方框圖2.2工作原理本系統(tǒng)分為唱機，話筒兩個部分，唱機將音樂信號輸入到音樂放大前級;話筒為普通柱體話筒，話筒感應(yīng)

5、聲音信號后，經(jīng)過話筒放大電路，將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，這樣組成了前置放大器。兩種音頻信號經(jīng)過混頻電路，音量調(diào)節(jié)電路，單調(diào)控制放大器，組成了主控前置放大器。前置放大電路得到的信號功率十分弱小，不足夠以推動揚聲器這樣低阻抗的器件，因此設(shè)計符合課題要求的功率放大器。3 各主要電路及部件工作原理3.1 唱機放大電路如圖所示，唱機信號放大由NE5532運放構(gòu)成的同相放大器組成。圖中P1為信號輸入端子，由題設(shè)要求4可知，輸入阻抗大于500K，運放的內(nèi)阻大于或等于1M，因此在信號的輸入端接了一個阻值為1M的電阻(R21)到地，這樣R21和運放內(nèi)阻并聯(lián)，符合輸入阻抗大于500K。在同相放大器的反相輸入端接入反

6、饋電路，使得運放的放大倍數(shù)為2,設(shè)運放的輸入電壓為Ui1，輸出電壓為Uo2，則:圖3.1 唱機信號放大電路取R20=R22=10K，代入可得：Uo1 = 2Ui1。3.2 話筒信號放大電路圖3.2 話筒信號放大電路本系統(tǒng)采用電容式柱體話筒作為拾音器，柱體話筒擁有頻響寬、靈敏度高，非線性失真小，瞬態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點。電路中，話筒分別串接R1 R2,產(chǎn)生電信號，其中R4取5.1K，話筒的阻值為1.5K左右，則流過話筒的電流約為0.76mA，這個電流對于話筒來說是安全的。電信號經(jīng)過電容C3偶合后，傳遞給運放的反相輸入端，話筒信號的幅值約為5mV，根據(jù)本系統(tǒng)，設(shè)定運放的輸出電壓為1.5V左右，即 = 30

7、0。按圖中名稱進行參數(shù)計算:運放輸入虛斷，由結(jié)點1可以得到式子，同相輸入端交流接地，運放虛短，因此對于結(jié)點2,R4和R5可視為并聯(lián)，可得到式子。 由、兩式可得:取R3=10K，R4=100K，R5=10K，R6=100K，代入得Uo2 = -300*Ui2。3.3 混頻電路如右圖所示，將電位器R3視為兩個電阻，即R1,R2,U1為話筒的放大信號，U2為唱機的放大信號，U為混頻后的信號，則可以計算:圖3.3 混頻電路; 。若R1=R2,則U=0.5*(U1+U2).3.4音量音調(diào)調(diào)節(jié)器如3.1，3.2可知，話筒(5mV)和唱機(700mV)信號可經(jīng)過放大，可以得到大約為1.5V的音頻信號。由混頻

8、可知，聲音的平衡可通過調(diào)節(jié)電位器來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)電位器R3可以改變聲音的大小，調(diào)節(jié)電位器R9,R11可分別調(diào)節(jié)低音，高音。音調(diào)調(diào)節(jié)是通過使低音或高音成分衰減實現(xiàn)的。經(jīng)調(diào)試，在音質(zhì)較好的情況下，信號輸出衰減至500mV左右。圖3.4音量音調(diào)調(diào)節(jié)電路3.5后級放大電路后級放大電路的功能是增大電路的輸出功率，題設(shè)要求輸出功率不小于2W，負載阻抗為8W。由可得，圖3.5 后級放大電路U=11.3V，可以知道電源電壓不小于17V，本系統(tǒng)采用雙電源供電，選擇+9V。從圖3.5可知，后級放大電路的輸入信號先經(jīng)過RC濾波后，輸入到TDA2030，加上反饋電路，并且放大倍數(shù)約為30*(20K/1K)+1)=630。

9、 圖中D1,D2作為反饋二極管的作用是，吸收揚聲器振動產(chǎn)生的感應(yīng)電流，還可防止電源接反。 R2和C17可以濾掉高頻信號。4 原理總圖5 元器件清單元件種類編號型號數(shù)量電阻R7、R8100K2R4、R2、R5、R13、R20、R22、R2310K7R211M1R6、R10、R14、R191K4R1720K1R1511電位器R3、R9、R1110K3R165K1瓷介電容C3、C4、C9、C16、C17、C19、C20、C26、C27、C22、C2310411C5、C81032C17220nF1電解電容C7、C111uF2C12、C13、C14、C15、C18C21、C24、C2510uF8運放U1

10、NE55321功放U2TDA20301二極管D1、D21N40072穩(wěn)壓芯片U3、U4L7805CV、L7905CV2LEDD3綠色(3mm)1喇叭Speaker1阻抗8歐，功率2W16 調(diào)試過程及測試數(shù)據(jù)（或者仿真結(jié)果） 6.1通電前檢查通電前應(yīng)先檢查：（1）元件是否放置正確，包括檢查型號，參數(shù)，極性，封裝等。 （2）是否存在虛焊或短路情況，確保萬物一失。（3）是否引出外接電源接線柱或接口。（4）電源是否連接正確，包括正負極，電壓是否正常，有無跳變等。 6.2通電檢查 6.2.1 話筒放大器從圖6.1可知，輸入5mV(Vpp)的信號，電路可以將其放大到1.3V(Vpp)左右，結(jié)果與理論基本相

11、符。圖6.1 話筒放大仿真6.2.2 唱機放大器圖6.2為仿真唱機結(jié)果，從圖中波形可以看出，輸出信號為輸入信號的2倍，此外，信號的頻帶范圍可達到100K以上，這足夠滿足要求。圖6.2 唱機放大仿真6.2.3 混頻電路圖6.3 混頻電路仿真圖6.3為混頻仿真圖，輸入信號均為正弦波，從波形可以看出，1000Hz的信號和500Hz的信號疊加了。6.3、結(jié)果分析 通頻帶的測量:頻率(Hz)帶負載輸出(V)無負載輸出(V)頻率(Hz)帶負載輸出(V)無負載輸出(V)10099.63.2K121320099.56.4K1212.44009.51012.8K1111.680010.61225.6K1010.

12、41.6K1213.4備注: 輸入信號為0.7V(Vpp)的正弦波。從以上數(shù)據(jù)可以看出，本系統(tǒng)基本滿足題設(shè)的通頻帶要求。效率的測量:空載電流50mA備注:輸入信號為0.7V(Vpp)1KHz的正弦波。帶負載電流220mA從頻率測量可以得到，系統(tǒng)輸出功率Po=2.64W，效率=Po/P=2.64/4.0=66.7.輸入電阻的測量: 輸入電阻采用比擬法測量，如圖7.1,設(shè)信號源的內(nèi)阻為Rx，則有R2/(Rx+R1+R2)=150/380;得 Rx=250K.圖7.1輸入電阻測量一再看圖7.2,設(shè)系統(tǒng)的輸入電阻為Ri，則有Ri/(Rx+R1+Ri)=190/380;計算得 Ri=720K.圖7.2輸

13、入電阻測量二由上面的計算可以看出，本系統(tǒng)的輸入電阻為720K，滿足題目要求。7小結(jié)本音響系統(tǒng)設(shè)計比較簡單，并且基本能完成題設(shè)各項要求，從電路的構(gòu)造來看，前級放大只用了一片5532運放，混頻加音調(diào)調(diào)節(jié)只是用電阻和電容組成，后級功率放大采用音頻專用高保真運放TDA2030。前級采用獨立+5V電源供電，功率放大采用+9V供電，最終輸出功率達到2.5W左右，整機效率約為66.7，并且靜態(tài)工作功耗小。8 設(shè)計體會及今后的改進意見 8.1體會 課程設(shè)計結(jié)束了，值得祝賀的是，我們通過自己的努力完成了題設(shè)的各項要求。從選題，到構(gòu)思，仿真，制作，調(diào)試，整個過程讓我受益匪淺。制作過程中我們遇到了不少問題，這讓我深

14、深感受到電子系統(tǒng)設(shè)計需要扎實的理論基礎(chǔ)，更需要不斷實踐，不斷積累經(jīng)驗。 選題，音響系統(tǒng)設(shè)計是一個模擬電路的課題，考慮到學(xué)習(xí)模擬電路需要實踐的驗證，并且模擬電路是整個電子技術(shù)的基礎(chǔ)，因此我們選擇了該題。 構(gòu)思，在構(gòu)思的過程中，我們考慮了多種方法，在最初的話筒放大部分，我考慮用三極管實現(xiàn)，在課堂上，學(xué)過共基極，共射極，共集電極三種方法設(shè)計放大電路，比較三種方法的特點，這里用共射極最好，在查閱資料的過程中，我懂得了單雙電源供電的差異，如何設(shè)定靜態(tài)工作點，如何設(shè)定三極管的放大倍數(shù)等知識，這種體會遠遠不同于課堂，此外，我還掌握了運放的各種接法，以及在使用過程中的注意事項。 仿真，選用軟件Multisim

15、 11.0和Proteus，Multisim軟件是NI公司最新推出的電子技術(shù)仿真軟件，能簡便地仿真電路的輸出波形，Proteus能仿真出通頻帶，噪聲頻譜等，并且操作十分簡便。 制作調(diào)試，在制作的過程中，我體會到焊接是電子制作的基礎(chǔ)，如果沒有很好的焊接技巧，在制作的過程中，將遇到很多問題，此外，在制作，應(yīng)有整體的思想。調(diào)試電路有一定的難度，當(dāng)電路出現(xiàn)某些問題時，如果沒有一定的經(jīng)驗，調(diào)試將變得寸步難行。調(diào)試增長了我們分析問題的能力。8.2 本方案特點及存在的問題本方案具有穩(wěn)定性好，音頻信號輸出失真度小, 效率高，8.3改進意見在實踐過程中，發(fā)現(xiàn)電源對音頻放大電路起到至關(guān)重要的作用，電源的功率要適當(dāng)，過小不能達到最大輸出功率