基于multisim10下的音響放大器設(shè)計與仿真

1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告書題目: 基于multisim10下的音響放大器設(shè)計與仿真 課 程：電子線路課程設(shè)計 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2015年01月 07日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書學(xué) 號 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級） 設(shè)計題目基于multisim10下的音響放大器設(shè)計與仿真設(shè)計技術(shù)參數(shù) 1、 放大器的失真度<1%。2、 放大器的功率>2W。3、 放大器的頻響為50Hz20kHz。4、 音調(diào)控制特性為自選。設(shè)計要求1、 采用運(yùn)算放大集成電路和功率放大集成電路設(shè)計音頻功率放大器。2、用multisim對設(shè)計電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并給出仿真結(jié)果

2、及關(guān)鍵點(diǎn)的波形。3、了解方波信號的發(fā)生電路模塊及仿真。4、了解直流穩(wěn)壓源的基本組成原理及模塊電路仿真。參考資料1、孫梅生，李美鶯，徐振英 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 高等教育出版社  2、梁宗善 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 華中理工大學(xué)出版社3、張玉璞，李慶常 電子技術(shù)課程設(shè)計 北京理工大學(xué)出版社4、彭介華 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo) 高等教育出版社5、謝自美 電子線路設(shè)計·實(shí)驗(yàn)·測試（第三版）華中科技大學(xué)出版社6、康華光，陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版） 2015年1月7日 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 專業(yè)（班級）： 課程設(shè)計題目： 基于multisim10下的音響放大

3、器設(shè)計與仿真 成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日信息工程學(xué)院課程設(shè)計成績評定表信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告書題目: 基于multisim10下的音響放大器設(shè)計與仿真 課 程：電子線路課程設(shè)計 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2015年01月 07日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書學(xué) 號 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級） 設(shè)計題目基于multisim10下的音響放大器設(shè)計與仿真設(shè)計技術(shù)參數(shù) 1、 放大器的失真度<1%。2、 放大器的功率>2W。3、 放大器的頻響為50Hz20kHz。4、 音調(diào)控制特性為自選。設(shè)計要求1、 采用運(yùn)算放大集成電路和功率放大集成電路設(shè)計音

4、頻功率放大器。2、用multisim對設(shè)計電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并給出仿真結(jié)果及關(guān)鍵點(diǎn)的波形。3、了解方波信號的發(fā)生電路模塊及仿真。4、了解直流穩(wěn)壓源的基本組成原理及模塊電路仿真。參考資料1、孫梅生，李美鶯，徐振英 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 高等教育出版社  2、梁宗善 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 華中理工大學(xué)出版社3、張玉璞，李慶常 電子技術(shù)課程設(shè)計 北京理工大學(xué)出版社4、彭介華 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo) 高等教育出版社5、謝自美 電子線路設(shè)計·實(shí)驗(yàn)·測試（第三版）華中科技大學(xué)出版社6、康華光，陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版） 2015年1月7日信息工程學(xué)院課程

5、設(shè)計成績評定表 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 專業(yè)（班級）： 課程設(shè)計題目： 基于multisim10下的音響放大器設(shè)計與仿真 成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日摘 要在Multisim 10軟件環(huán)境下，采用運(yùn)算放大集成電路模塊和功率放大集成電路模塊設(shè)計音頻功率放大器，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)模塊提出設(shè)計思路及論證，再通過仿真驗(yàn)證方案的正確性。再根據(jù)其交流電源聯(lián)想提出由Multisim 10設(shè)計一種由運(yùn)算放大器構(gòu)成的精確可控矩形波信號發(fā)生器，結(jié)合系統(tǒng)電路原理圖重點(diǎn)闡述了各參數(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與測試方法。最后，簡單介紹了直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)成及其簡單仿真設(shè)計。關(guān)鍵詞：運(yùn)算放大集成電路，模塊，功率放大集成電路，矩形波，直流穩(wěn)壓源。A

6、bstractIn the Multisim 10 software environment, using an operational amplifier integrated circuit module and apower amplifying integrated circuit module design of the audio power amplifier, and puts forward the design ideas and arguments according to

7、 its structure module, and then through the correctness of the simulation verification scheme. According to the AC power supply association proposed by Multisim 10 to design a composed of operational amplifier precisely controllable re

8、ctangular wave signal generator, combined with the circuit diagram of the system focuses on the realization and test method of each parameter index. Finally, briefly introduces design consists of DC regulated power supply and a simple simul

9、ation.Key word: An operational amplifier integrated circuit,，Modular，Power amplifier integrated circuit， Rectangular wave， DC voltage stabilized source。目 錄摘 要- 3 -Abstract- 4 -1 緒 言- 5 -2音響放大器- 6 -2.1設(shè)計任務(wù)與要求- 6 -設(shè)計要求- 7 -設(shè)計參數(shù)- 7 -2.2方案設(shè)計與論證- 7 -方案一- 7 -2.2.2方案二- 8 -用集成運(yùn)算放大器放大信號的主要優(yōu)點(diǎn)-

10、9 -2.3. 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算- 10 -語音放大集成電路- 10 -功率放大部分電路- 11 -2.4總原理圖- 13 -3可控矩形波信號發(fā)生器- 15 -4直流穩(wěn)壓電源- 16 -4.1直流穩(wěn)壓電源的基本組成- 16 -4.2仿真模型- 16 -整流電路模型- 16 -濾波電路模型- 18 -穩(wěn)壓電路模型- 19 -5 總 結(jié)- 20 -致 謝- 21 -參考文獻(xiàn)- 22 -1 緒 言進(jìn)入21世紀(jì)以后，各種便攜式的電子設(shè)備成為了電子設(shè)備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通信工具的手機(jī)，到作為娛樂設(shè)備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)備。所有這些便攜式的電子設(shè)備的一個共同

11、點(diǎn)，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個音頻放大器；另一個特點(diǎn)就是它們都是電池供電的，都希望能夠有較長的使用壽命。音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號，信號音量和功率級都要理想如實(shí)、有效且失真低。音頻范圍為約20Hz 20kHz，因此放大器在此范圍內(nèi)必須有良好的頻率響應(yīng)(驅(qū)動頻帶受限的揚(yáng)聲器時要小一些，如低音喇叭或高音喇叭)。根據(jù)應(yīng)用的不同，功率大小差異很大，從耳機(jī)的毫瓦級到TV或PC音頻的數(shù)瓦，再到“迷你”家庭立體聲和汽車音響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上，大到能滿足整個電影院或禮堂的聲音要求。音頻放大器的一種簡單模擬實(shí)現(xiàn)方案是采用線性模式的晶體

12、管，得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。正向電壓增益通常很高(至少40dB)。如果反饋環(huán)包含正向增益，則整個環(huán)增益也很高。因?yàn)楦攮h(huán)路增益能改善性能，即能抑制由正向路徑的非線性引起的失真，而且通過提高電源抑制能力(PSR)來降低電源噪聲，所以經(jīng)常采用反饋。方波信號就是指電路系統(tǒng)中信號的質(zhì)量，如果在要求的時間內(nèi)，信號能不失真地從源端傳送到接收端，我們就稱該信號是方波信號。信號具有良好的方波信號是指當(dāng)在需要的時候，具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值；差的方波信號不是由某一單一因素導(dǎo)致的，而是板級設(shè)計中多種因素共同引起的，主要的方波信號問題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。直流穩(wěn)壓電源就是能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的

13、電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源隨著電子設(shè)備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的方向發(fā)展，對電子設(shè)備的供電電源提出了高的要求。其基本功能有：a、輸出電壓值能夠在額定輸出電壓值以下任意設(shè)定和正常工作。b、輸出電流的穩(wěn)流值能在額定輸出電流值以下任意設(shè)定和正常工作。c、直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓與穩(wěn)流狀態(tài)能夠自動轉(zhuǎn)換并有相應(yīng)的狀態(tài)指示。d、對于輸出的電壓值和電流值要求精確的顯示和識別。e、對于輸出電壓值和電流值有精準(zhǔn)要求的直流穩(wěn)壓電源，一般要用多圈電位器和電壓電流微調(diào)電位器，或者直接數(shù)字輸入。f、要有完善的保護(hù)電路

14、。直流穩(wěn)壓電源在輸出端發(fā)生短路及異常工作狀態(tài)時不應(yīng)損壞，在異常情況消除后能立即正常工作。2音響放大器2.1設(shè)計任務(wù)與要求采用運(yùn)算放大集成電路和功率放大集成電路設(shè)計音頻功率放大器 設(shè)計要求1）調(diào)研，查找并收集資料。2）總體設(shè)計，畫出框圖。3）單元電路設(shè)計。4）電氣原理設(shè)計-繪制原理圖。5）參數(shù)計算。6）用multisim對設(shè)計電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并給出仿真結(jié)果及關(guān)鍵點(diǎn)的波形。7）撰寫設(shè)計說明書。8）參考資料目錄。設(shè)計參數(shù)放大器的失真度<1%。放大器的功率>2W。放大器的頻響為50Hz20kHz。音調(diào)控制特性為自選。2.2方案設(shè)計與論證方案一完全分立元件阻容耦合多級放大器設(shè)計:圖2-1方

15、案一結(jié)構(gòu)框圖圖2-2方案一原理圖簡要原理分析:當(dāng)輸入信號處于正半周期時，VT3導(dǎo)通，VT2截止，于是VT3以射極輸出的形式將信號傳遞給負(fù)載，同時向CO充電，因?yàn)镃O電容量大，其上電壓基本不變，維持在1/2VCC；當(dāng)輸入信號處于負(fù)半周時，VT2導(dǎo)通，VT3截止，已充電的C0充當(dāng)VT2的電源，同時放電，VT2也以射極輸出形式將信號傳輸給負(fù)載RL，這樣在RL上得到了完整的輸出波形。方案二采用集成運(yùn)算放大器設(shè)計基本放大電路，用741進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為15倍，然后用LM301AD放大再放大100倍輸入級中間極輸出級輸出調(diào)節(jié)LM386是高保真集成功率放大器短路保護(hù)過熱保護(hù)負(fù)載揚(yáng)聲器圖2-3方案二結(jié)構(gòu)框圖

16、圖2-4方案二原理圖簡要原理分析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,最后輸出功率為大于2W，Po=Uo/RL,RL=8,又 Po2W，所以得Uo4V，而最大不失真電壓為LM301AD輸出的最大不失真電壓Uom=Vcc/2,而我們設(shè)計的直流電壓源輸出電壓為12v，所以Uom=12/2=4.24v，4.24>4，所以能達(dá)到要求。設(shè)計要求輸入vi=10mV，也就是要求放大倍數(shù)大于400倍，但是所選芯片的最大放大倍數(shù)為100倍，遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)，所以在之前要用741進(jìn)行放大。用集成運(yùn)算放大器放大信號的主要優(yōu)點(diǎn)a、電路設(shè)計簡化，組裝高度方便，只需適當(dāng)選配外接元件，便可實(shí)現(xiàn)輸入、輸出的各種放大關(guān)系。b、由于運(yùn)放的開環(huán)增益都很

17、高，用其構(gòu)成的放大電路一般工作在深度負(fù)反饋的閉環(huán)狀態(tài)，則性能穩(wěn)定，非線性失真小。c、運(yùn)放的輸入享受搞高，失調(diào)和漂移都很小，故很適合于各種微弱的信號放大。又因其具有很高的共模抑制比，對溫度的變化、電源的波動以及其他外界干擾都有 很強(qiáng)的抑制能力。d、由運(yùn)放構(gòu)成的放大單元功耗低、體積小、壽命長，使整機(jī)使用的元器件數(shù)大大減少，成本降低，工作可靠性大為提高。2.3. 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算語音放大集成電路圖 2-5仿真圖為:由于話筒提供的信號非常弱，要在音調(diào)控制級前加一個前置放大器。考慮到設(shè)計電路對頻率響應(yīng)及零輸入時的噪聲、電流、電壓的要求，前置放大器選用集成運(yùn)算放大器ua741。前置放大電路是由ua7

18、41放大器組成的一級放大電路，放大倍數(shù) ，即1+R2/R1，取R2=100K電位器,R1=2K,所用電源Vcc=+12V，Vee=-12V。經(jīng)過前級運(yùn)放的放大， 放大倍數(shù)由R2可調(diào)。功率放大部分電路圖2-6仿真圖為:最后輸出功率為大于2W，Po=Uo/RL,RL=8,又 Po2W，所以得Uo4V，而最大不失真電壓為LM301AD輸出的最大不失真電壓Uom=Vcc/2,而我們設(shè)計的直流電壓源輸出電壓為12v，所以Uom=12/2=4.24v，4.24>4，所以能達(dá)到要求。設(shè)計要求輸入vi=10mV，也就是要求放大倍數(shù)大于400倍，但是我們所選的芯片的最大放大倍數(shù)為100倍，遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)，所以

19、在之前要用741進(jìn)行放大。輸入為Ui=10mv.進(jìn)過741之后放大倍數(shù)須大于2倍，則輸出為Uo1>20mv。然后經(jīng)過LM301AD放大100倍后輸出電壓為Uo>4v,但是最大不失真電壓為Uom=12/2=4.24v，所以總放大倍數(shù)最大為不大于424倍。2.4總原理圖圖2-7仿真圖為:3可控矩形波信號發(fā)生器矩形波振蕩電路(又稱多諧振蕩器)由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。滯回比較器起開關(guān)作用，RC電路的作用是產(chǎn)生暫態(tài)過程。RC回路既是延遲環(huán)節(jié)，亦是反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電過程實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。在運(yùn)放的輸出端引入限流電阻和兩個背靠背的穩(wěn)壓管就組成了雙向限幅矩形波發(fā)生器。圖3

20、-1矩形波信號發(fā)生器仿真模型為：圖3-2矩形波信號發(fā)生器參數(shù)為：頻率調(diào)節(jié)范圍為1.72-23.8 kHz，作為方波信號源時頻率調(diào)節(jié)范圍為2.6-23.8 kHz;占空比調(diào)節(jié)范圍為11.40%-94 %；電壓幅值調(diào)節(jié)范圍為0-10.5 V；電路的輸出阻抗為224 未接入幅值調(diào)節(jié)電路時的輸出阻抗為1 042 。4直流穩(wěn)壓電源4.1直流穩(wěn)壓電源的基本組成圖4-14.2仿真模型整流電路模型圖4-2參數(shù)：負(fù)載RL=240;直流分量為8.051V，交流分量為-15.625V。仿真圖為:濾波電路模型圖4-3參數(shù)：負(fù)載RL=240；電容C=470Uf；直流分量為-23.948V，交流分量為0.75V。仿真圖為

21、:穩(wěn)壓電路模型圖4-4參數(shù)：負(fù)載：RL=240；電容C=470uF；直流分量為23.287V，交流分量為1.009V；Vo波形為直線。仿真圖為: 5 總 結(jié)回顧整個設(shè)計過程，發(fā)現(xiàn)自己真的有很多不足，真是書到用時方恨少。在課程設(shè)計過程中，溫故而新，學(xué)到了很多有關(guān)模擬電子技術(shù)理論和實(shí)際方面的知識，從理論中得出結(jié)論，才能真正的提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立能力，從中獲得經(jīng)驗(yàn)和知識。對以前所學(xué)過的知識理解不夠深，不夠透，掌握不夠牢固。在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的指導(dǎo)下順利完成了。由于課本上的知識太多，而我們的這個成果也只能體現(xiàn)的知識一部分的知識，這也體現(xiàn)出我們的空缺，設(shè)計中出現(xiàn)的很多元件

22、的功能都不能很好的理解，而我們能做的，只有去理解它們，摸清它們的原理，這也豐富我我們的知識。在該如何設(shè)計電路，并且使之能實(shí)現(xiàn)我們需要的功能的過程中，培養(yǎng)了我們的設(shè)計思維，增加了實(shí)際操作能力。這次讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛與成功之后的喜悅。此仿真電路的實(shí)現(xiàn)對搭建實(shí)際電路有借鑒與指導(dǎo)意義。這樣在電路設(shè)計仿真完成之后再構(gòu)建實(shí)際電路,就能有效降低成本,大大提高了教學(xué)和專業(yè)設(shè)計的效率。一個較大的電路系統(tǒng)中，每一個環(huán)節(jié)都是很重要的，先要有一個較為合理的原理圖，然后才能對原理圖中的每一部分進(jìn)行仿真修改，這往往不是一蹴而就的，需要不斷地反復(fù)。仿真調(diào)試時，要把整個電路分成幾塊，每塊單獨(dú)調(diào)試，這樣才能減少故障率，提高調(diào)試的效率。采用模塊化設(shè)計和封裝，先對單元電路模塊進(jìn)行仿真分析，再對總體電路進(jìn)行仿真分析，以提高仿真效率，并使總體電路簡單。為提高仿真效率，對于電路系統(tǒng)需要用到的時鐘脈沖、電源、輸出顯示部件，設(shè)計時可先用系統(tǒng)中的模型替代。等仿真結(jié)果滿足要求以后，再將自己設(shè)計的脈沖產(chǎn)生電路模塊、電源模塊、顯示模塊接入總體電路中。通過對該題目的設(shè)計及仿真分析，我們可以體會到，實(shí)際應(yīng)用中，完全由純硬件