實用高保真音響放大器的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

1、四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）設(shè)計（論文）題目: 實用高保真 音響放大器的設(shè)計 專 業(yè): 通信技術(shù) 班 級: 學(xué) 號: 姓 名: 指導(dǎo)教師: 二八年十二月三十日四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名學(xué)號班級通技06-2專業(yè)通信技術(shù)設(shè)計（或論文）題目實用高保真音響放大器的設(shè)計指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備注助教高級工程師設(shè)計（論文）內(nèi)容：1. 設(shè)計一款實用的高保真音響放大器。2. 主要功能：（1）卡拉ok伴唱功能；（2）功率放大功能；（3）音調(diào)調(diào)節(jié)功能；（4）電子混響（超重低音）功能（可選項）。3. 主要技術(shù)指標(biāo)：（1）額定功率pomax=1w；（2）負(fù)

2、載阻抗rl=8、輸入阻抗rl20 k；（3）頻率響應(yīng)fl fh=40hz10khz；（4）音響控制特性1khz 處的增益為0db，100hz和10khz處有12db 的調(diào)節(jié)范圍，avl=avh+20db。學(xué)生需完成系統(tǒng)方案制定與工作原理分析、硬件設(shè)計、電路仿真或?qū)嵨镏谱?、設(shè)計報告撰寫等工作。設(shè)計可按如下步驟進行：1.收集有關(guān)資料并消化吸收；2.制定設(shè)計方案；3.完成硬件設(shè)計，仿真測試成功后可完成實物制作；4.撰寫設(shè)計報告（不少于4000字）。進度安排：1. 收集有關(guān)資料并消化吸收-第67周； 2. 制定設(shè)計方案-第7周；3. 硬件設(shè)計-第78周； 4. 系統(tǒng)仿真測試或硬件制作-第912周； 5

3、. 撰寫設(shè)計報告-第1314周；6. 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯-第15周。主要參考文獻、資料(寫清楚參考文獻名稱、作者、出版單位)：1童詩白.華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:北京高等教育出版社.20032閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:北京高等教育出版社.20053徐以榮.冷增祥.電力電子技術(shù)基礎(chǔ).南京:南京東南大學(xué)出版社.20044高吉祥.電力技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京:北京電子工業(yè)出版社.20055戴文進.章衛(wèi)國.自動化專業(yè)英語.武漢:武漢理工大學(xué)出版社.20046張肅文.高頻電子線路.北京:北京人民教育出版社.19797鄭應(yīng)光.模擬電子線路(一).南京:南京東南大學(xué)出版社，20008謝自美.電子線路

4、設(shè)計實驗測試.第二版.武漢:武漢華中科技大學(xué)出版社，20009陳梓城等編.實用電子電路設(shè)計與調(diào)試.北京:北京中國電力出版社，200610于安紅.簡明電子元器件手冊.上海:上海交通大學(xué)出版社，200511孫余凱.模擬集成電路基礎(chǔ)與應(yīng)用.北京: 北京電子工業(yè)出版社，200612趙培功 李雷編.集成電路應(yīng)用.成都: 成都電子科技大學(xué)出版社，1997審批意見教研室負(fù)責(zé)人：年 月 日備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份目錄摘要1第1章緒論2第2章方案設(shè)計42.1方案選擇42.1.1功放類型的選擇42.1.2實現(xiàn)電路的選擇52.2方案論證6第3章單元電路設(shè)計73.1話筒放大電路

5、設(shè)計73.1.1td07簡介73.1.2話筒放大電路83.2加法電路設(shè)計83.2.1lm324簡介93.2.2加法電路103.3前置放大電路設(shè)計103.4音調(diào)控制電路設(shè)計113.4.1rc衰減式音調(diào)控制電路123.4.2音調(diào)控制特性分析133.4.3響度控制電路143.5功放電路設(shè)計163.5.1tda2030簡介163.5.2tda2030應(yīng)用電路173.6級間耦合電容的選擇183.7音量顯示電路設(shè)計193.8電源電路設(shè)計203.8.1電源電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)203.8.2電源電路21第4章電路調(diào)試244.1單元電路調(diào)試244.1.1話放級的調(diào)試244.1.2前置放大級的調(diào)試244.1.3音調(diào)控制

6、級的測試244.1.4功放級的調(diào)試244.2整機調(diào)試244.2.1級聯(lián)調(diào)試244.2.2電壓放大倍數(shù)的測量244.2.3話筒擴音254.2.4音樂欣賞254.2.5卡拉ok伴唱254.2.6音量顯示25總結(jié)26致謝27參考文獻28附錄1電源電路原理圖29附錄2音量顯示電路30附錄3音響放大器電路原理圖31摘要在現(xiàn)代音響普及中，人們因生活層次、文化習(xí)俗、音樂修養(yǎng)、欣賞口味的不同，對相同電氣指標(biāo)的音響設(shè)備得出不同的評價。所以，就高效率音頻功率放大器而言，應(yīng)該達到電氣指標(biāo)與實際聽音指標(biāo)的平衡與統(tǒng)一。音頻放大器已經(jīng)有快要一個世紀(jì)的歷史了，從最早的電子管放大器的第一個應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止

7、，它還在不斷的更新、發(fā)展、前進。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相當(dāng)重要一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關(guān)的音頻放大器就要不斷的加以改進。本文介紹了家用功放的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，設(shè)計了一款具有音調(diào)控制、卡拉ok伴唱、音量顯示功能的適用于家用的簡易音響放大器，并介紹了主要性能參數(shù)的測試方法。關(guān)鍵詞音響放大器；音調(diào)控制；卡拉ok伴唱；音量顯示第1章緒論音響放大器也叫功率放大器，其作用是把來自音源或前級放大器的弱信號放大，產(chǎn)生足夠大的電流驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。早在60年代以前，真空管功率放大器一直占著主導(dǎo)地位，其工作類別采用a類(甲類)或ab類(甲乙類)，并由變壓器與負(fù)載偶合。這一趨勢，隨著半

8、導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，可認(rèn)為終止于真正可靠的半導(dǎo)體管達到了合理價格之時。隨后，使用鍺器件的設(shè)計首先出現(xiàn)，但是鍺管由于在一般的高溫時容易損壞而嚴(yán)重地遭受著磨難，熱逃逸這個詞由此誕生。之后硅材料的npn型半導(dǎo)體管出現(xiàn)，在一段時期里，絕大多數(shù)功率放大器采用此管用于功率放大級的推挽工作中，但仍依賴于輸入和輸出變壓器進行偶合。顯然，這些變壓器往往是笨重而價高，線性不佳，再加上其低頻和高頻相移，嚴(yán)重地限制了可安全使用的負(fù)反饋量，從而增加了其傷害性。后來，人們已認(rèn)識到在功率晶體管和8揚聲器之間的阻抗匹配上，無需再用變壓器了。于是出現(xiàn)了無變壓器的lin氏電路組合，從而構(gòu)成了準(zhǔn)互補輸出級。因為當(dāng)時已有相當(dāng)不錯的pnp

9、激勵管在市場上可售，而功率輸出器件采用推挽電路可做成npn型管，合適的互補功率器件，出現(xiàn)在60年代后期。這時，全互補輸出級立刻證明了它比準(zhǔn)互補電路具有失真較小的優(yōu)點。大約定同一時期由于晶體管差分對已成為人們熟悉的電路單元，直流偶合放大器開始超越電容耦合方式的交流放大器。根據(jù)現(xiàn)在人們消費和生活質(zhì)量的提高，對音頻功率放大器的要求也相對有了更高的基準(zhǔn)，一個新型高效率音頻功率放大器可以帶來很高的效益，所以有很多的企業(yè)投入到了對高效率音頻功率放大器的設(shè)計中。下面是一個有關(guān)d類放大器的高效率音頻功率放大器。功放的主要性能指標(biāo)有輸出功率，頻率響應(yīng)，失真度，信噪比，輸出阻抗，阻尼系數(shù)等。輸出功率：是指輸出失真

10、度不超過規(guī)定值的條件下，功放對音樂信號的瞬間最大輸出功率。峰值功率：是指在不失真條件下，將功放音量調(diào)至最大時，功放所能輸出的最大音樂功率。額定輸出功率：當(dāng)諧波失真度為10%時的平均輸出功率。也稱做最大有用功率。頻率響應(yīng)：表示功放的頻率范圍，和頻率范圍內(nèi)的不均勻度。頻響曲線的平直與否一般用分貝“db”表示。家用hi-fi功放的頻響一般為20hz20khz正負(fù)1db.這個范圍越寬越好。失真度：理想的功放應(yīng)該是把輸入的信號放大后，毫無改變的忠實還原出來。但是由于各種原因經(jīng)功放放大后的信號與輸入信號相比較，往往產(chǎn)生了不同程度的畸變，這個畸變就是失真。用百分比表示，其數(shù)值越小越好。hi-fi功放的總失真

11、在0.03% 0.05%之間。功放的失真有諧波失真、互調(diào)失真、交叉失真、削波失真、瞬態(tài)失真、瞬態(tài)互調(diào)失真等。信噪比：是指功放輸出的各種噪聲電平與信號電平之比，用“db”表示，這個數(shù)值越大越好。一般家用hi-fi功放的信噪比在60db以上。輸出阻抗：對揚聲器所呈現(xiàn)的等效內(nèi)阻。第2章方案設(shè)計按信號處理方式分類，音響放大器可以分為模擬功放和數(shù)字功放。本設(shè)計提供了基于d類數(shù)字功放和模擬功放tda2030實現(xiàn)的兩種方案。2.1方案選擇2.1.1功放類型的選擇方案一：采用a類、b類、ab類功率放大器。這幾種放大電路的共同特點是晶體管都工作在線性放大區(qū)中，它按輸入音頻信號的大小控制著輸出信號，但自身也在消耗

12、電能。a類功率放大器的特點是線性好、失真小且失真成分以偶次諧波為主，通常需要偏置電壓才能工作，能量轉(zhuǎn)換效率很低，輸出功率一般較小并且理論效率只有50%，所以不行。b類功率放大器雖然不需要偏置電壓，靠信號本身來導(dǎo)通放大管，理論效率可達78.5%，但電路在小信號時失真嚴(yán)重。通常，在電路中略加一點偏置形成ab類功率放大器，雖然效率略有下降，但保真度高、小信號時失真減弱。方案二：采用d類功率放大器。d類功率放大器基本構(gòu)成框圖如2-1所示，它是用音頻信號的幅度去線性調(diào)制高頻脈沖的寬度，功率輸出管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，通過lc低通濾波器后輸出音頻信號。由于輸出管工作在開關(guān)狀態(tài)，故具有極高的效率（理論上為10

13、0%，實際電路可以達到80%95%），但d類功放也有不足之處，就是保真度低、輸出音質(zhì)較差，所以一般應(yīng)用于手持式設(shè)備（如手機、pda等）。圖2-1d類音頻功率放大器基本構(gòu)成圖以上兩個方案中，d類音頻功放雖然具有效率高、體積小、輸出功率大、低emi、具備多種工作模式等特點，但保真度不及傳統(tǒng)功放。傳統(tǒng)的模擬音頻功放保真度高，但效率低、能耗大，且要求有良好的散熱設(shè)備。本文選用第一種方案，以性價比較高、音質(zhì)較好、價格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的集成功放tda2030為核心設(shè)計相關(guān)硬件。2.1.2實現(xiàn)電路的選擇首先確定整機電路的級數(shù)，再根據(jù)各級的功能及技術(shù)指標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計算各級電路參數(shù)

14、，通常從功放級開始向前逐級計算。基于模擬功放tda2030的音響放大器如圖2-2所示，主要由話筒放大器，加法電路、前置放大器、音調(diào)控制器及功率放大器等幾部分組成。圖2-2基本組成框圖各部分的基本功能如下：1.話筒放大器由于話筒的輸出信號一般只有5mv左右，所以話筒放大器的作用是不失真地放大聲音信號(最高頻率達10khz)其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗。2.加法電路用以將放大的話筒信號和來自隨身聽、收錄機、影碟機等各種音源設(shè)備的音頻信號合成。3.音調(diào)控制器音調(diào)控制器的作用是控制、調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率的高低，音調(diào)控制器只對中音頻的增益進行提升或衰減，低音頻或高音頻的增益保持不變。4.功率放大器

15、給音響放大器的負(fù)載rl(揚聲器)提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時，希望輸出功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能小，效率盡可能大。5.音量顯示電路音量顯示電路通過多個發(fā)光二極管來直觀指示音量的大小。2.2方案論證根據(jù)方案規(guī)劃及任務(wù)指標(biāo)設(shè)計基本組成框圖，如圖2-3所示。圖2-3音響放大器的基本組成框圖人對著話筒說話時，話筒產(chǎn)生大約5mv信號，經(jīng)輸入話筒放大器放大到15mv，通過話筒音量控制電路調(diào)整后輸入到加法器，與來自其他音源設(shè)備的音頻信號(15mv)相加，相加后的混合信號輸入前置放大器放大，再送入音調(diào)控制控制電路對混合信號的幅度、頻率適當(dāng)調(diào)整，最后將該信號輸入到功率放大器放大成輸出幅度為4v

16、的音頻信號，驅(qū)動揚聲器工作。第3章單元電路設(shè)計3.1話筒放大電路設(shè)計第一級話筒放大電路可由分立元件實現(xiàn)，也可由集成運放構(gòu)成。集成運放是集成電路中一種，作為通用器件，它具有放大倍數(shù)高、輸入電阻大、輸出電阻小、共模抑制比大和失調(diào)小等優(yōu)點，在雙電源供電時滿足零輸入時零輸出的要求。集成運放的應(yīng)用十分廣泛，包括模擬信號的產(chǎn)生、放大、濾波以及進行各種線性和非線性的處理。集成運放的種類很多，而且每塊集成電路根據(jù)引腳的數(shù)量不同而集成的運放的個數(shù)不同，有單片集成電路集成四個運放的，如lm324、tlc27m4、upc324c、lf347n、lm2902n等，也有單片集成電路集成一個運放的，如ua741、ua70

17、9、lm301、lm308、td07、lf356、op07、op37、max427等。由于話筒放大電路只限于放大話筒信號，且放大倍數(shù)也不高，因此采用單片集成電路集成一個運放集成運放td07較為合適。3.1.1td07簡介td07為低噪聲高精度運算放大器，雙列直插8腳封裝。具有極低的輸入失調(diào)電壓10v，極低的失調(diào)電壓溫漂0.2v/，非常低的輸入噪聲電壓幅度0.35 vp-p(0.1hz10hz)，電源電壓范圍寬（3v22v），共模抑制比高（126db），共模輸入電壓范圍寬（14v）及長期穩(wěn)定等特點?？蓮V泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密絕對值電路、比較器及微弱信號的精確放大。td07低噪聲高精度運算放大器，

18、可替代725、108a、741、ad510等電路。其引腳如圖3-1所示，其中1腳為調(diào)零端，2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端、4腳為負(fù)電源輸入端，5腳為調(diào)零端，6腳為信號輸出端，7腳為正電源輸入端，8腳為空引腳。圖3-1td07的引腳圖 3.1.2話筒放大電路1電路原理圖td07具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中?？梢宰鳛榉聪嘟涣鞣糯笃?、同相交流放大器。本級話筒放大電路就用td07作為同相交流放大器，具體電路如圖3-2所示。圖3-2話筒放大電路及控制電路2參數(shù)計算及元件選擇元件的選擇:r1、r3取100k，r2取30k，r4取5.1k，由于該級的電壓放大倍

19、數(shù)為3倍，根據(jù)av=1+r5/r4可知r5取10k。c4一般取幾十微法，本文中取22f/25v電解電容。c2有助于濾掉起加入同相輸入端的電源噪聲，一般取幾微法，本文中取4.7f/25v的電解電容。c1、c3為級間耦合電容。話筒音量控制采用單聯(lián)電位器rp1，為保證有足夠的調(diào)節(jié)裕量，本文中rp1采用0-50k的可調(diào)電位器。3.2加法電路設(shè)計集成運放可以用來組成對模擬量進行各種數(shù)學(xué)運算功能的電路，例如比例、加減、積分和微分、對數(shù)和指數(shù)、乘除等運算電路。本文中選取集成運放lm324來實現(xiàn)音頻信號和話筒信號的相加。3.2.1lm324簡介lm324為四運放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝，其引腳圖和

20、實物圖如圖3-3所示，引腳功能如表3-1。 a)引腳圖 b)實物圖圖3-3lm324的引腳圖和實物圖表3-1lm324引腳功能表引腳功能引腳功能1輸出18輸出32反向輸入19反向輸入33正向輸入110正向輸入34電源11地5正向輸入212正向輸入46反向輸入213反向輸入47輸出214輸入4lm324內(nèi)部有四個運算放大器，有相位補償電路。電路功耗很小，lm324工作電壓范圍寬，可用正電源330v，或正負(fù)雙電源1.5v15v工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為ovcc。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互單獨。每一組運算放大器可用如圖所示的符號來表示，

21、它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端，“vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的相位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的相位相同。lm124、lm224和lm324引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。lm124是軍品，lm224為工業(yè)品，而lm324為民品。由于lm324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等特點，因此它被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。 3.2.2加法電路1電路原理圖集成運放構(gòu)成的加法器電路可以反相相加，也可以是同相相加。反相

22、相加時輸入端的數(shù)量可根據(jù)需要增減，而調(diào)整某一路的輸入端電阻不影響其它路輸入電壓與輸出電壓的比例關(guān)系，故調(diào)節(jié)方便。同相相加時共模輸入電壓較高，且輸入端電阻不便調(diào)整，其中一個支路電阻變化會影響其它支路的凈輸入量，使運算結(jié)果發(fā)生變化，故很少采用，不如反相加法電路調(diào)節(jié)方便。因此本文中就選取雙電源供電的反相加法電路作為加法器和前置放大器。反相加法電路如下圖3-4所示。圖3-4反相加法電路2參數(shù)計算與元件選擇輸入電阻r1、r2一般取20k左右，由于只是實現(xiàn)信號的相加，不需要對信號的幅度進行處理，因此rf也取20k。r3為平衡電阻，根據(jù)平衡電阻的概念r3=r1/r2/rf =6.66k的電阻，r3取標(biāo)稱值6

23、.8k的電阻。因此本文中r1=20k，r2=20k，r3=6.8k，rf=20k。c1、c2、c3為級間耦合電容。級間耦合電容的參數(shù)的選取方法后文中的詳細(xì)的介紹。3.3前置放大電路設(shè)計1電路原理圖前置放大電路可以用晶體管也可采用集成運放來完成。本文中采用集成運放并采用雙電源供電，電路原理圖如下圖3-5所示。2參數(shù)計算與元件選擇放大器電壓放大倍數(shù)av僅由外接電阻r1、rf決定：av=- rf/r1。負(fù)號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖2-3中所給數(shù)值，av=-2。此電路輸入電阻為r1。一般情況下先取r1與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)再選定rf 。c1和c3為級間耦合電容。集成運放交

24、流放大鏡器只放大交流信號，輸出信號受運放本身的失調(diào)影響較小，因此不需要調(diào)零。沒有必要加接調(diào)零電路。元件的選擇：r1取10k，由av=-rf/r1可知rf取20k，r2為平衡電阻，根據(jù)平衡電阻的概念，r2=r1/rf=6.8k的電阻，c2一般取幾微法，本文中取4.7f/25v的電解電容。圖3-5反相放大電路綜上所述，兩個加法器和兩個前置放的器都用運放來完成，因此可用一個單片集成電路集成四個運放的集成運放，這類型的常用四運放也很多，如upc324c、tlc27m4、lf347n、lm324等，本文中就選取lm324作為加法器和前置放大器。3.4音調(diào)控制電路設(shè)計 所謂音調(diào)控制就是人為地改變信號里高、

25、低頻成分的比重，以滿足聽者的愛好、渲染某種氣氛、達到某種效果或補償揚聲器系統(tǒng)及放音場所的音響不足。音調(diào)控制電路用以改變放大器的頻率特性，補償整個放音系統(tǒng)頻率特性的偏差，也用來滿足聽從對音色的不同需要。音調(diào)處理電路的基礎(chǔ)是各種形式的濾波器。正是這些濾波器構(gòu)成了音頻電路中的音調(diào)控制器。音響器件中無論是簡單的單調(diào)處理電路還是復(fù)雜的均衡器，均由各種有源或無源濾波器組成。利用這些濾波電路，可以組成各種高通、低通濾波器和帶通濾波器，以抑制電路中不需要的頻率并通過所選擇的頻率。濾波器可以分為無源濾波器和有源濾波器。無源濾波器主要是由rc元件組成的衰減式的音調(diào)控制電路，衰減式的音調(diào)控制電路接入放大器的反饋回路

26、內(nèi)，就構(gòu)成了有源（負(fù)反饋式）音調(diào)控制器。有源（負(fù)反饋式）音調(diào)控制器的許多的優(yōu)點，由于負(fù)反饋的作用，頻率失真明顯減小，由于放大器的作用，由衰減式的音調(diào)控制電器帶來的中頻率衰減，可以得到補償，雖然這種電路有許多優(yōu)點，但電路和放大器設(shè)計不當(dāng)，極易在放大器的兩端產(chǎn)生過大的相移從而引起自激，產(chǎn)生高頻失真或噪聲，影響實際聽音效果。因此本全例中就選用由無源濾波器組成的rc衰減式音調(diào)控制電路3.4.1rc衰減式音調(diào)控制電路音調(diào)控制電路用來對音頻信號各頻段內(nèi)的信號進行提升或衰減，調(diào)節(jié)輸入信號的低頻、中頻、高頻成分的比例，改變前置放大器的頻率特性，以補償音響系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的頻率失真，或滿足聽者對音色的愛好和需求。音調(diào)

27、控制時指調(diào)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，使它對音頻信號的高、低頻率成分產(chǎn)生不同程度的反饋或衰減網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，從而達到改變電路頻率響應(yīng)特性之目的。常用的音調(diào)控制電路只有高音和低音頻段兩個控制電路，可以對高、低頻成分進行提升或衰減的控制。rc衰減式音調(diào)控制電路比較簡單，如圖3-6所示。圖中只畫出了一個聲道的電路。圖3-6rc衰減式音調(diào)控制電路衰減式的音調(diào)控制電路主要是是利用改變特性曲線的轉(zhuǎn)折斜率的方法來分別提升和衰減高音與低音，而不改變曲線的轉(zhuǎn)折頻率。這類電路分為簡易型和高低音分別控制的通用型音調(diào)控制電路。簡易型音調(diào)控制電路一般情況下只能使受控的音頻段的音量范圍在6db左右，控制效果并不顯著，用一只電位

28、器控制的音調(diào)調(diào)節(jié)電路很難滿足實用的需要，而且達不到本文中的12db的要求，因此本文中就選取采用兩只調(diào)節(jié)電位器的高低音分別控制的音調(diào)控制電路。3.4.2音調(diào)控制特性分析高低音的等效電路、音調(diào)網(wǎng)絡(luò)的頻響曲線如下圖3-7、3-8所示：a)低音控制等效電路 b)高音控制等效電路圖3-7高低音調(diào)控制電路等效電路表3-2不同電容量在低音、中音、高音時的容抗值音調(diào)頻率f/(hz)c1=0.015f時的xc1c2=1500pf時的xc2低音100hz106k1600k中音1khz10.6k106k高音10kkhz1.06k10.6k圖3-7為電路原理圖，圖3-7 a)為高頻等效電路，b)為低頻等效電路，這種電

29、路具有良好的控制特性，也是一種比較流行的音調(diào)控制器之一。由于各電容的容抗的大小在低音、中音和高音時不同，因此調(diào)節(jié)rp1和rp2時，從電位器上分壓輸出的音頻信號的高低音的效果就會不同。rp1是低音控制電位器，調(diào)節(jié)rp1對中音和高音的影響不大，而對低音信號的影響較顯著；rp2時高音控制電位器，調(diào)節(jié)rp2對中音和低音的影響不大，而對高音信號的影響較顯著。ui是輸入音頻信號，uo時經(jīng)過高音和低音控制的音質(zhì)輸出信號。1低音控制電路的工作原理低音控制電路由r11、rp1、r12、c11、c12和r2構(gòu)成。rp1輸出的信號由rp1動片上端阻值/c11+r11，即z上與rp1動片下端阻值/c12+r12，即z

30、下分壓所得。對低頻信號而言，當(dāng)rp1動片在最上端時，信號通路的阻抗值最?。▃上=10k）,而信號到地的分流衰減阻抗最大（z下約為10k+50/106k），所以對低音信號呈最大提升狀態(tài)；當(dāng)rp1動片在最下端時，信號通路的阻抗值最大（z上約為10k+50/106k）,而信號到地的分流衰減阻抗最大（z下=10k），所以對低音信號呈最大衰減狀態(tài)。電路設(shè)計中使rp1動片在中間位置時，對低音信號呈不提升、不衰減的狀態(tài)。另外，對中頻和高頻信號而言，由于c11和c12所呈現(xiàn)的容抗值較小，因此調(diào)節(jié)rp1時（阻值從0-50k變化），對信號通路的阻抗和信號衰減的阻抗的相對變化量不是十分明顯，使得rp1的變化對中、高

31、頻的影響不大。2高音控制電路的工作原理高音控制電路由r3、rp2、c21和c22構(gòu)成。當(dāng)rp2動片在最上端時，c21對輸入信號ui的高頻段信號呈現(xiàn)很小的容抗（-j10.6k），對高頻段信號呈現(xiàn)最大提升狀態(tài)；當(dāng)rp2動片在最下端時，輸入信號ui中的高頻段信號經(jīng)c21和rp2的全部阻值（-j10.6k+50k）才能傳輸?shù)胶蠹夒娐分?，同時下部的衰減電容c22對高頻段信號的容抗較小（-j10.6k），此時對高頻段信號正處于最大衰減狀態(tài)；當(dāng)rp2的動片從最上端開始向下滑動，滑到中間位置時，由于rp2動片以上的電阻串聯(lián)在c21的回路中，對高頻段信號有些衰減，同時由于rp2動片一下的電阻值在減小，通過c22

32、對高頻段信號開始對地分流衰減，這樣隨著rp2動片向下滑動，對高頻段信號的提升量從最大狀態(tài)開始逐漸減小，電路設(shè)計中當(dāng)rp2動片滑到中間位置時對高頻段信號既不提升也不衰減。另外，對另外，對中頻和高頻信號而言，由于c11和c12所呈現(xiàn)的容抗值較大，因此調(diào)節(jié)rp2時（阻值從0-50k變化），對信號通路的阻抗和信號衰減的阻抗的相對變化量不是十分明顯，使得rp1的變化對中、高頻的影響不大。3.4.3響度控制電路音響系統(tǒng)在小音量放送音樂的時候，聽者會感覺到低音和高音的不足，這是由等響曲線反映的人耳聽覺特性說造成的。為此，在擴音機中通常要設(shè)置響度控制電路，在小音量放送音樂時利用頻率補償網(wǎng)絡(luò)適當(dāng)提升低音和高音分

33、量，以彌補人耳聽覺缺陷，達到較好的聽覺效果。a）抽頭電位器響度控制電路b）低頻等效電路 c）高頻等效電路圖3-9抽頭電位器響度控制電路抽頭電位器響度控制電路原理如圖3-9 a)所示。r1，c1，c2和抽頭電位器組成頻率補償網(wǎng)絡(luò)。電位器滑動觸點既能控制輸出音量，又能實現(xiàn)響度控制。對于輸入信號中的低音分量，c2可視為開路，得到低頻等效電路如圖3-9 b)所示。對于輸入信號中的高音分量，c1可視為短路，得到高頻等效電路如圖3-9 c)所示。從低頻等效電路可知，由于c1的容抗隨著信號頻率降低而增大，因而該電路有利于低頻分量的傳輸，相當(dāng)于提升了低音；從高頻等效電路可知，由于c2的容抗隨著信號頻率升高而減

34、小，因而該電路有利于高頻分量的傳輸，相當(dāng)于提升了高音。當(dāng)電位器抽頭從b點向下移動時，輸出音量減小，但低音和高音的對提升量保持不變；當(dāng)電位器抽頭從b點向上移動時，輸出音量增大，但低音和高音的對提升量會減??；當(dāng)電位器抽頭從b點移到a點時，輸出音量大，而低音和高音相對提升量為0。3.5功放電路設(shè)計功率放大器是音響系統(tǒng)中一個不可缺少的重要部分，其主要任務(wù)是將音頻信號放大到足以推動外接負(fù)載如揚聲器、音箱等。不同于前置放大器不僅對音頻電壓信號進行放大，而且放大了音頻電流信號，以滿足外接負(fù)載的功率需求。音頻功率放大器的類型很多，根據(jù)使用的器件不同，為純電子管、晶體管、集成電路、場效應(yīng)管功率放大器。一般認(rèn)為電

35、子管功率放大器（俗稱膽機）的音色優(yōu)于晶體管功率放大器音色。晶體管放大器的頻響寬，低頻可延伸至直流，是目前輸出功率最大的功率放大器。場效應(yīng)管功率放大器的音色是晶體管機中音色最好的一種。集成電路功率放大器則以其制作簡單、性能穩(wěn)定、功能齊全、價格低廉而使其成為數(shù)量最多的一種。tda2030集成音頻功率放大器就是其中的一種。本文中就選取tda2030集成音頻功率放大器做為功放電路。3.5.1tda2030簡介1引腳排列(如圖3-10所示)圖3-10tda2030引腳圖圖中，1腳是正相輸入端，2腳是反向輸入端，3腳是負(fù)電源輸入端，4腳是功率輸出端，5腳是正電源輸入端。tda2030是一塊性能十分優(yōu)良的功

36、率放大集成電路，其主要特點是上升速率高、瞬態(tài)互調(diào)失真小。瞬態(tài)互調(diào)失真是決定放大器品質(zhì)的重要因素，在目前流行的數(shù)十種功率放大集成電路中，規(guī)定瞬態(tài)互調(diào)失真指標(biāo)的僅有包括tda2030在內(nèi)的幾種該集成功放。tda2030集成電路的另一特點是輸出功率大，而保護性能以較完善。tda2030集成電路的第三個特點是外圍電路簡單，使用方便。在現(xiàn)有的各種功率集成電路中，它的管腳屬于最少的一類，總共才5端，外型如同塑封大功率管，這就給使用帶來不少方便。tda2030的電氣性能穩(wěn)定、可靠、能適用長時間連續(xù)工作，集成塊內(nèi)部具有過載保護和熱切斷保護電路，不會損壞器件。在單電源使用時，散熱片可直接固定在金屬板上與地線相通

37、，無需絕緣，使用十分方便。是目前音質(zhì)較好、價格較低、外圍元件較少、應(yīng)用較方便的一款性價比較高的集成功放。2主要參數(shù)表3-3tda2030主要參數(shù)參數(shù)名稱符號單位參數(shù)最小典型最大測試條件電源電壓vccv 61418靜態(tài)電流iccma4060vcc=18v，rl=4歐輸出功率pow1214rl=4，thd=0.5%w89rl=8，thd=0.5%頻響bwhz10140kpo=12w，rl=4，輸入阻抗rim0.55開環(huán)，=1khz諧波失真thd%0.20.5po=0.1-12w，rl=43.5.2tda2030應(yīng)用電路根據(jù)設(shè)計任務(wù)本次tda2030采用正負(fù)雙電源供電，畫出相應(yīng)的電路圖，如圖3-11

38、所示。圖3-11功放電路基本原理由設(shè)計的框圖可知，本級的放大倍數(shù)為4v/25mv=160倍，相應(yīng)的電壓增益為44db。為了提高電路的穩(wěn)定性，電路的反饋采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋。負(fù)回饋之所以能夠改善放大電路的多方面性能，歸根結(jié)底是由將電路的輸出量引回到輸入端與輸入量進行比較，從而隨時對輸出量進行調(diào)整。反饋愈深，即1+af的值愈大，這種作用愈強，對電路性能的改善愈為有益。但是1+af的值愈大，增益下降愈多。由此可見，負(fù)反饋對放大電路性能的改善是以犧牲增益為代價的。該電路閉環(huán)增益可由下式估算：au=1+rf/r2由上式可知：au=1+rf/r2=160r2一般取幾百歐到幾千歐，本次r2取標(biāo)稱值為300，則

39、rf為48k，取標(biāo)稱值為47k的電阻。c2的作用使電路的直流工作狀態(tài)采用100%的負(fù)反饋，即直流增益為1，所以工作點非常穩(wěn)定。c2一般取幾十微法，本文中取為22f、耐壓為50v 的鋁電解電容。r3和c3組成阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，用以避免電感性負(fù)載產(chǎn)生過電壓擊穿芯片內(nèi)功率管，同時具有改善揚聲響應(yīng)，消除自激振蕩的功效。r3一般取幾歐到幾十歐，本次取12的碳膜電容。c3一般取零點零幾微法到零點幾微法本次取容量為0.1f耐壓63v的滌綸電容。c1和c4為耦合電容，取容量為2.2f耐壓50v的鋁電解電容。r1為芯片輸入級偏置電阻，為輸入端提供直流通路，一般取幾十千歐，本次取阻值為33k的碳膜電阻。為了使運放電路

40、更穩(wěn)定的工作，還需要在運放的正負(fù)電源端與地之間分別接幾十到上百微法的電解電容和0.01-0.1f的電容用來旁路非直流信號。但由于在后面要設(shè)計的電源電路中有了這樣的旁路電容，所以在集成運放的電源輸入端就不需要這類的電容了。3.6級間耦合電容的選擇考慮到功放電路通常設(shè)有前置放大電路，且常用阻容耦合方式，在選取這類電容時應(yīng)留有裕量。本次設(shè)計除了功放電路外前面還有二級前置放大電路和一級加法電路。因此多級電路下限截止頻率通常由下式計算：l=1.1(l1l1+l2l2+l3l3+ lnln) 設(shè)每級下限截止頻率相同，則二級前置放大電路和一級加法電路、功放電路的各級下限頻率為：l= l/(1.1)18.18

41、hz忽略前一級輸出電阻，則c=(310)/(2ril) =(310)/(210100018.18)=(310)0.8758f=2.627f8.758f其中ri為后級的輸入電阻。本文中c取標(biāo)稱值為4.7f，耐壓為50v的鋁電解電容，c11為輸出電容，一般取幾百微法。本文取470f，兩端的電壓為vcc，本文中選取耐壓為50v的鋁電解電容。3.7音量顯示電路設(shè)計功率測量及顯示電路由真有效值轉(zhuǎn)換電路和顯示電路組成。本設(shè)計采用專用集成塊ta7666p實現(xiàn)，通過多個發(fā)光二極管來直觀指示音量的大小，電路如圖3-12所示。圖3-12音量顯示電路3.8電源電路設(shè)計3.8.1電源電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很多常見的電子設(shè)備中

42、都需要直流電源供電，小功率不間斷時可以用電池供電，而在很多很多場合電池就無法滿足供電需求，此時就要用直流電源來供電。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、保護電路等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如下圖3-13所示。圖3-13電源電路組成框圖本文中設(shè)計的電源為12v雙電源輸出，最大輸出電流為1.5a。濾波電路通常由電容、電感等電抗性元件組成。利用電容兩端不能突變和流過電感的電流不能突變的特點，把電容和負(fù)載并聯(lián)或電感和負(fù)載串聯(lián)都可以實現(xiàn)濾波，使輸出的電壓紋波變得平滑。電容組成的濾波器電路簡單、輸出直流電壓較高、紋波較小，作為小功率直流電源。電感帶負(fù)載能力強，但成本高、易引起電磁干擾等，適用

43、于低電壓、大電流場合。因此本文中選用電容作為電源濾波器。整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流電路等幾類。整流電路是根據(jù)二極管的意向?qū)щ娦詠韺崿F(xiàn)的。本文中就選取橋式整流電路作為電源的整流電路。穩(wěn)壓電路：經(jīng)降壓、濾波后的直流電壓易受到電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和環(huán)境溫度等的變化而出現(xiàn)波動，從而影響后級電路的正常工作，因此必需經(jīng)過穩(wěn)壓電路以獲得穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓電路可以分為并聯(lián)穩(wěn)壓、串聯(lián)穩(wěn)壓、三端集成穩(wěn)壓器等幾種。最簡單的穩(wěn)壓電路二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電路，缺點是穩(wěn)壓精度不高，只適用于小電流、電網(wǎng)電壓波動不大的場合。在要求較高時就要用串聯(lián)穩(wěn)壓電路或由三端集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電路。三端集成穩(wěn)壓器按輸出電壓是否可調(diào)

44、分為固定式和可調(diào)式兩種，按輸出電壓的正負(fù)分為7800的正電壓輸出和7900的負(fù)電壓兩個系列，每個系列按輸出電壓的不同又有5v、6v、8v、9v、12v、15v、18v、24v等檔次。按照最大輸出電流大小的不同，7800系列又可分為cw78h00系列，最大輸出電流為5a，cw7800系列，最大輸出電流為1.5a，cw78m00系列，最大輸出電流為0.5a和cw78l00系列，最大輸出電流為0.1a ，對應(yīng)的7900系列又可分為cw79h00系列，最大輸出電流為5a，cw7900系列，最大輸出電流為1.5a，cw79m00系列，最大輸出電流為0.5a和cw79l00系列，最大輸出電流為0.1a。3

45、.8.2電源電路根據(jù)要求本次選用的為cw7812和cw7912，輸出的電壓值為12v，電流值為最大1.5a，其參數(shù)為uo=11.5v12.5v，iomax=1.5a，cw7812或cw7912的電壓范圍是uz=14v35v，整流電路選取兩兩并聯(lián)的二極管橋式整流電路，取in4007，其參數(shù)為耐壓為1000v，整流電路為1a，電路如下3-14圖所示。圖3-14整流電路變壓器的選?。汗浪阌捎跒V波后的電壓為濾波前的1.2倍，因此變壓器的輸出范圍應(yīng)為14/1.235/1.2v=1230v，不忽略整流二極管的管壓降時，輸入電壓約為1331v，在這個范圍內(nèi)cw7812和cw7912都能正常工作并輸出相應(yīng)的電

46、壓。由于三端固定式集成穩(wěn)壓器的輸入電壓不能低于輸出電壓2v，因此輸入電壓最低為14v，又由于電容濾波后的電壓為濾波前的確1.2倍，加上整流管的壓降，綜合上述考濾，輸入集成穩(wěn)壓器的電壓約為：14/1.2+0.735/1.2+0.7=1331v故本文中選取的電源變壓器為中間帶有抽頭的變壓器。如圖3-15所示。圖3-15電源變壓器其參數(shù)為輸入電壓為220v/50hz，兩端的任何一端和中間抽頭之間的電壓為15v，兩端的端電壓為15v/1.5a，功率為151.5=22.5w的變壓器。若效率為70%，則功率應(yīng)這32w的鐵芯變壓器。濾波電容的選?。簽V波電容可由下式估算c(35)t/(2rl)式中，t為市電周

47、期，t=0.02s。電容耐壓值的估算：ucn =（1.52）u2，u2為變壓器的二次電壓。根據(jù)公式ucn (1.52)u2本文中選取1000f由于變壓器的輸出電壓為30v，每個電容兩端的電壓約為15v，則c1，c2的耐壓應(yīng)為（1.52）u2，ucn =22.530v，故本文中的c1，c2應(yīng)選取容量為1000f，耐壓為35v的鋁電解電容。c7，c8的選取原則：通常按c1，c2的（0.250.5）倍來選取，因而可選標(biāo)稱值為330f，耐壓為35v的鋁電解電容。c3，c4為抗干擾電容，用以旁路因?qū)Ь€過長而竄入的高頻干擾脈沖，c5，c6具有發(fā)送輸出瞬變和防止電路產(chǎn)生自激振蕩作用。c3，c4，c5，c6，

48、一般用高頻特性教好的磁介電容，c3，c4一般取0.33f，c5，c6一般0.1f。保護電路的選?。簐d5、vd6，vd7、vd8均為保護二極管.假如三端集成穩(wěn)壓器的任何一個輸入斷開，在無vd7或vd8的情況下， 未斷開的輸出端的電壓加至斷開的另一個三端集成穩(wěn)壓器的輸出端，使斷開的另一個三端集成穩(wěn)壓器的輸出端承受反向電壓而損壞.加入硅二極管vd7或vd8后，二極管導(dǎo)通使輸出端電位鉗制在0.7v左右，起到保護作用。vd5、vd6是用來防止輸入短路時c2上電荷對穩(wěn)壓器內(nèi)部放電使內(nèi)部輸出管擊穿而損壞。由于該電源電路的最大輸出電流為1.5a，因此vd7、vd8、最大整流電流if應(yīng)選取1.5a的整流二極管

49、，即if=iomax為留有裕量，vd7、vd8最高反向電壓urm應(yīng)按下式選取:urmuo常見的整流二極管的in4001in4007系列，其最大整流電流均為1a，最高整流電壓從50v到1000v不等，本文中就選取in4007作為保護電路的二極管。最大整流電流均為1a，最高整流電壓為1000v， 由于該電源電路的最大輸出電流為1.5a，因此可在vd7、vd8上再各并聯(lián)一個二極管，使其擴展為2a。第4章電路調(diào)試4.1單元電路調(diào)試4.1.1話放級的調(diào)試1.電壓放大倍數(shù)的測量：在輸入端加上=1khz、有效值u=100mv的正弦交流信號。用電子毫伏表測量輸出電壓的有效值u。，求出au并與理論值進行比較，看

50、是否滿足要求；同時用示波器觀察ui、u。的波形，看是否發(fā)生失真。2.測量輸入電阻ri：輸入電阻的測試方法與放大器輸入電阻的測試方法相同。4.1.2前置放大級的調(diào)試1.測量靜態(tài)值up、un、uo的值(30mv左右)2.電壓放大倍數(shù)的測量：分別在兩輸入端加上=1khz、有效值u =250mv的正弦交流信號，測出u0。計算au并與理論值進行比較，同時用示波器觀察u0的波形。4.1.3音調(diào)控制級的測試測量音調(diào)控制級的特性，計算au并與理論值進行比較，同時用示波器觀察輸入輸出的波形。4.1.4功放級的調(diào)試1.測量靜態(tài)值ui、uo的值，計算au并與理論值進行比較，同時用示波器觀察u0的波形。4.2整機調(diào)試

51、4.2.1級聯(lián)調(diào)試把話放級的輸出加到混合級的輸入端，在話放級端加入=1khz、ui=50mv的正弦交流信號，測量加法器和前置放大器的輸出uo，計算au并與理論值相比較，同時用示波器觀察uo的波形，看是否失真。4.2.2電壓放大倍數(shù)的測量分別在輸入端加上=1khz、有效值ui=20mv的正弦交流信號，測出uo。計算au并與理論值進行比較。注意用示波器觀察的波形，看是否失真。若產(chǎn)生失真，可適當(dāng)減小輸人信號的幅值。4.2.3話筒擴音將低阻話筒接話筒放大器的輸入端，應(yīng)注意，揚聲器的方向與話筒方向相反，否則揚聲器的輸出聲音經(jīng)話筒輸入后，形成正反饋產(chǎn)生自激嘯叫。講話時，揚聲器傳出的聲音應(yīng)清晰，改變音量電位器，可控制聲音大小。4.2.4音樂欣賞將錄音機輸出的音樂信號，接如混合前置放大器，改變音調(diào)控制級的高低音調(diào)控制電位器，揚聲器的輸出音調(diào)發(fā)生明顯變化。4.2.5卡拉ok伴唱調(diào)整話筒放大器和錄音機輸出端的音量電位器，可以控制聲音音量和質(zhì)量。錄音機輸出卡拉ok磁帶歌曲，手握話筒隨歌曲歌唱，適當(dāng)控制話筒放大器與錄音機輸出的音量電位器，可以控制歌唱聲音量與音樂聲音量之間的比例，調(diào)節(jié)音音調(diào)電路可修飾、改善唱歌的聲音。4.2.6音量顯示調(diào)整輸出端的音量電位器和響度控制電位器，可以控制聲音音量，同時音量顯示電路的發(fā)光二極管串會顯示當(dāng)前音量大小?？偨Y(jié)時光飛逝，三年的大學(xué)生活