音響放大器設(shè)計與調(diào)試

1、返回1電子線路設(shè)計與測試電子線路設(shè)計與測試2009年年5月月第四階段實驗：第第四階段實驗：第16周第周第18周周4.5 音響放大器設(shè)計與調(diào)試音響放大器設(shè)計與調(diào)試（P114）電子與信息工程系電子與信息工程系羅羅 杰杰L返回2一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康膐了解集成功率放大器內(nèi)部電路工作原理，o掌握其外圍電路的設(shè)計與主要性能參數(shù)的測試方法；o掌握音響放大器的設(shè)計方法與電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)。返回3 話音放大器 電子混響器磁帶放音機 混合前置 放大器 音調(diào)控制器 功率放大器 揚聲器 話筒 二、音響放大器的基本組成二、音響放大器的基本組成 話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號(最高頻率達到10kHz)。其

2、輸入阻抗應(yīng)遠大于話筒的輸出阻抗。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和空間立體感。主要是控制、主要是控制、調(diào)節(jié)音響放大調(diào)節(jié)音響放大器的幅頻特性器的幅頻特性給音響放大器的負載RL(揚聲器)提供一定的輸出功率。話筒的輸出信號一般只有5mV左右，而輸出阻抗達到20k(亦有低輸出阻抗的話筒如20，200等)將磁帶放音機輸出的音樂信號與電子混響后的聲音信號混合放大 。返回41. 話音放大器話音放大器 話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號(最高頻率達到10kHz)。由于話筒輸出信號一般只有5mV左右，而輸出阻抗達到20k ，采用同相放大器，其輸入阻抗應(yīng)遠大于話

3、筒的輸出阻抗，能與高阻話筒配接。 1F R11 10k vi1 C11 10F 話筒 10k R12 9V A1 RL C12 1 返回52.混合前置放大器混合前置放大器 其作用是將磁帶放音機輸出的音樂信號與電子混響后的聲音信號混合放大。1212()FFoRRVVVRR v v1 1為話筒放大器輸出電壓為話筒放大器輸出電壓v v2 2為放音機輸出電壓為放音機輸出電壓 v1v2R1R2RFvo返回63.音調(diào)控制器音調(diào)控制器（選做）（選做） 音調(diào)控制器主要是控制、調(diào)節(jié)音響放大器的幅頻特性使聲音變得更好聽一些。 f f0 0（等于（等于1kHz1kHz）表示中音頻率）表示中音頻率，要求增益，要求增益

4、A AV0V0=0dB=0dB f fL1L1表示低音頻轉(zhuǎn)折頻率，一表示低音頻轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十赫茲般為幾十赫茲 f fL2L2( (等于等于1010f fL1L1) )表示低音頻表示低音頻區(qū)的中音頻轉(zhuǎn)折頻率區(qū)的中音頻轉(zhuǎn)折頻率 f fH1H1表示高音頻區(qū)的中音表示高音頻區(qū)的中音頻轉(zhuǎn)折頻率頻轉(zhuǎn)折頻率 f fH2H2( (等于等于1010f fH1H1) )表示高音頻轉(zhuǎn)表示高音頻轉(zhuǎn)折頻率，一般折頻率，一般為幾十千赫茲為幾十千赫茲 音調(diào)控制器只對低音頻與高音頻的增益進行提升音調(diào)控制器只對低音頻與高音頻的增益進行提升與衰減，中音頻的增益保持與衰減，中音頻的增益保持0dB0dB不變。因此，音調(diào)控不變。

5、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。制器的電路可由低通濾波器與高通濾波器構(gòu)成。返回7音調(diào)控制器的電路音調(diào)控制器的電路由低通濾波器與高通濾波器構(gòu)成音調(diào)控制器設(shè)電容C1=C2C3，在中、低音頻區(qū)，C3可視為開路，在中、高音頻區(qū)，C1、C2可視為短路。 viR1RP1R2C1C2R4C3R3RP2C5voC4返回8當當ff0時時 當RP1的滑臂在最左端時，對應(yīng)于低頻提升最大的情況 。 (a) vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 20 17 3 0 3 17 20 fLx fL1 fL2 f0 (1kHz) fHx fH2 fH1 f/Hz 20dB/10 倍頻 AV /dB

6、 返回9當當ff0時時 當RP1滑臂在最右端時，對應(yīng)于低頻衰減最大的情況。 (b)viC1R4R1RP1R2vo 20 17 3 0 3 17 20 fLx fL1 fL2 f0 (1kHz) fHx fH2 fH1 f/Hz 20dB/10 倍頻 AV /dB 返回10當當ff0時時 分析表明，右圖所示電路是一個一階有源低通濾波器，其增益函數(shù)的表達式為： (5-5-2) 式中， )2/(1 )( /121L1211CRPfCRP或)2/()( )( / )(22121L2221212CRRPRRPfCRRPRRP或 vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 12121io/ )(j1/ )

7、(j1jRRRPVVA返回11當當ff0時時 當當ffffL1L1時，時，C C2 2可視為可視為開路，運算放大器的反向開路，運算放大器的反向輸入端視為虛地，輸入端視為虛地，R R4 4的影的影響可以忽略，此時電壓增響可以忽略，此時電壓增益益 ：121VL/ RRRPA vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 20 17 3 0 3 17 20 fLx fL1 fL2 f0 (1kHz) fHx fH2 fH1 f/Hz 20dB/10 倍頻 AV /dB 返回12當當ff0時時 在f=fL1時，因為fL2 =10fL1 ，故可由式：j1j1.01121V1RRRPA模 此時電壓增益相對A

8、VL下降3dB。 121V1R2/ )RRP(A vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 12121io/ )(j1/ )(j1jRRRPVVA得得返回13當當ff0時時 在f=fL2時，由式(5-5-2)得j101j1121V2RRRPAVL121V214. 0102ARRRPA模 此時電壓增益相對AVL下降17dB。 vi C2 R4 R1 RP1 R2 vo 返回14當當f f0時時 音調(diào)控制器的高頻等效電路如圖所示 ：viC3R3R1R2R4voRP2C C1 1、C C2 2可視為短路，作為可視為短路，作為高通濾波器高通濾波器。返回16當當f f0時時 將C1、C2視為短路，R4

9、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： viC3R3RaRbvoRP2Rc41221c2424b24141a/RRRRRRRRRRRRRRRRRR若取R1=R2=R4，則Ra = Rb = Rc = 3R1 = 3R2 = 3R4返回17當當f f0時時 RP2的滑臂在最左端時，對應(yīng)于高頻提升最大的情況 ,等效電路見右圖： vi C3 R3 Ra Rb vo viC3R3RaRbvoRP2Rc返回18當當f f0時時 RP2的滑臂在最右端時，對應(yīng)于高頻衰減最大的情況，等效電路見右圖： vo Rb vi Ra R3 C3 viC3R3RaRbvoRP2Rc返回19當當f

10、 f0時時 分析表明，右圖所示電路為一階有源高通濾波器，其增益函數(shù)的表達式為： 43abio/j1/j1)j (RRVVA式中， 2/1 /133aH133a3CRRfCRR或33H233421 /1CRfCR或 vi C3 R3 Ra Rb vo 返回20當當f f0時時 當ffH1（ f0時時在f=fH2時,V0V4210AA此時電壓增益AV4相對于AV0提升了17dB。 vi C3 R3 Ra Rb vo 返回22當當f f0時時 當f fH2時，3視為短路，此時電壓增益 AVH = (RaR3)/R3 vi C3 R3 Ra Rb vo 返回23當當f f0時時 同理可以得出圖(b)所

11、示電路的相應(yīng)表達式，其增益相對于中頻增益為衰減量。 vo Rb vi Ra R3 C3 (b)(b)返回24實際應(yīng)用中實際應(yīng)用中 通常先提出對低頻區(qū)fLx處和高頻區(qū)fHx處的提升量或衰減量x(dB)，再根據(jù)下式求轉(zhuǎn)折頻率fL2(或fL1)和fH1(或fH2),即 6LL22xxff6HH12xxff返回254.功率放大器功率放大器 功率放大器(簡稱功放)的作用是給音響放大器的負載RL(揚聲器)提供一定的輸出功率。當負載一定時，希望：o 輸出的功率盡可能大o 輸出信號的非線性失真盡可能地小o 效率盡可能高 返回26LM386集成功率放大器集成功率放大器 LM386是廣泛用于收錄音機、對講機、電視

12、伴音等系統(tǒng)中的低電壓通用型低頻集成功放。1、8 開路時，開路時， AV = 20( (負反饋最強負反饋最強) )1、8 交流短路交流短路 AV = 200( (負反饋最弱負反饋最弱) )電壓串聯(lián)電壓串聯(lián)負反饋負反饋鏡像電流源鏡像電流源+VCC接旁路接旁路電容電容復(fù)合管電路復(fù)合管電路R5RRRRA/2657VF R為外接電阻。返回275.音響放大器主要技術(shù)指標及測試方法音響放大器主要技術(shù)指標及測試方法 額定功率額定功率 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。其表達式為： L2ooRVP 式中，RL為額定負載阻抗；Vo(有效值)為RL兩端的最大不失真電壓。Vo常用來選

13、定電源電壓VCC occ22VV 返回28 額定功率額定功率測量Po的條件如下：o音響放大器的輸入信號為頻率fi=1kHz，電壓Vi=5mV的正弦波。o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。o用雙蹤示波器觀測Vi及Vo的波形，用示波器監(jiān)測Vo的波形失真。 注意注意 在最大輸出電壓測量完成后應(yīng)迅速減小在最大輸出電壓測量完成后應(yīng)迅速減小V Vi i，否則會因測量時間太久而損壞功率放大器。否則會因測量時間太久而損壞功率放大器。 返回29 額定功率額定功率測量Po的步驟是：o功率放大器的輸出端接額定負載電阻RL(代替揚聲器)o逐漸增大輸入電壓Vi，直到Vo的波形剛

14、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o由式(5-5-22)即可算出額定功率Po。 返回30 音調(diào)控制特性音調(diào)控制特性測低頻特性的方法：測低頻特性的方法：o將RP1的滑臂分別置于最左端和最右端時o頻率從20Hz至1kHz變化，記下對應(yīng)電壓增益測高頻特性的方法：測高頻特性的方法：o將RP2的滑臂分別置于最左端和最右端o頻率從1kHz至50kHz變化，記下對應(yīng)電壓增益 最后繪制音調(diào)控制特性曲線，并標注與最后繪制音調(diào)控制特性曲線，并標注與fL1、fLx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fHx、fH2等頻率對等頻率對應(yīng)的電壓增益。應(yīng)的電壓增益。返回31 整機頻率響應(yīng)整機頻率響應(yīng) o放大器

15、的電壓增益相對于中音頻fo(1kHz)的電壓增益下降3dB時對應(yīng)低音頻截止頻率fL和高音頻截止頻率fH，稱fL fH為放大器的頻率響應(yīng)。o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%。 返回32 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng) 測量步驟是：o音響放大器的輸入端接Vi (等于5mV)，RP1和RP2置于中間o使信號發(fā)生器的輸出頻率fi從20Hz至50kHz變化(保持Vi=5mV不變)o測出負載電阻RL上對應(yīng)的輸出電壓Vo，用半對數(shù)坐標紙繪出頻率響應(yīng)曲線，并在曲線上標注fL與fH值。 返回33 輸入阻抗輸入阻抗 o將從音響放大器輸入端(話音放大器輸入端)看進去的阻抗稱為輸入阻抗Ri。o如果接高阻話

16、筒，則Ri應(yīng)遠大于20k。接電唱機，Ri應(yīng)遠大于500k。oRi的測量方法與放大器的輸入阻抗測量方法相同。 返回34 輸入靈敏度輸入靈敏度 o使音響放大器輸出額定功率時所需的輸入電壓(有效值)稱為輸入靈敏度Vs。o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。 返回35 噪聲電壓噪聲電壓 o音響放大器的輸入為零時，輸出負載RL上的電壓稱為噪聲電壓VN。o測量條件同上，測量方法是，使輸入端對地短路， RP3為最大值，用示波器觀測輸出負載RL兩端的電壓波形，并測量其有效值。 返回36 整機效率整機效率 式中

17、，Po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。 %100/CoPP返回376.設(shè)計舉例設(shè)計舉例 o 例：設(shè)計一音響放大器，要求具有音調(diào)輸出控制、卡拉OK伴唱，對話筒與錄音機的輸出信號進行擴音。 o 已知條件：n+VCC = +9V(單電源)n話筒(低阻20)的輸出電壓為5mVn錄音機的輸出信號電壓為100mVn集成功放LM386 1只n8/2W負載電阻RL 1只n8/4W揚聲器1只n集成運放NE5532 1只返回38主要技術(shù)指標主要技術(shù)指標o額定功率：Po1W( 20。返回39設(shè)計過程（設(shè)計過程（1）o確定整機電路的級數(shù)o根據(jù)各級的功能及技術(shù)指標要求分配電壓增益o分別計算各級電

18、路參數(shù)，通常從后向前級逐級計算o根據(jù)技術(shù)指標要求音響放大器輸入為5mV時，PO1W，則輸出電壓Vo2.8V?？傠妷涸鲆鍭V=Vo/Vi560倍(55dB)。 話放級混放級音調(diào)級5mVAV18.5 倍18.5dB42mVAV23 倍9.5dB125mVAV30.8 倍2dB100mVAV430 倍29.5dB3VAV=612 倍(56dB)功放級返回40功率放大器設(shè)計功率放大器設(shè)計功放級的電壓增益： vi +9V C3 0.1F C 10F C1 3 2 10F 6 1 8 5 LM386 C2 250F RL 8 10F C4 4 5 R 2k A4 * 2 .31/26574VRRRRA返回

19、41音調(diào)控制器音調(diào)控制器(含音量控制含音量控制)設(shè)計（設(shè)計（1）viR3147kR3247kRP31470kC34C310.01FC320.01F47kR349VC33470pFR3313k10k10910k118A34RP32470kC3510FC414.7FRP3310k14LM324vo100F返回42o已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。o由式(5-5-16)、(5-5-17)得到轉(zhuǎn)折頻率fL2及fH1； nfL2 = fLx *2x/6=400Hz， fL1 =fL2/10=40Hz ； nfH1 = fHx /2x/6=2.5kHz ， fH2= 10fH1=

20、25kHz 。 音調(diào)控制器音調(diào)控制器(含音量控制含音量控制)設(shè)計（設(shè)計（2） 由式(5-5-5)得AVL=(RP31+R32)/R3120dB。其中，R31、R32、RP31一般取幾千歐姆至幾百千歐姆?，F(xiàn)取RP31=470k，R31=R32=47k，則 dB8 .2011313231VLRRRPA返回43音調(diào)控制器音調(diào)控制器(含音量控制含音量控制)設(shè)計（設(shè)計（3）由式(5-5-3)得 uFfRPC0.00821L13132取標稱值0.01F，即C31=C32=0.01F。 由式(5-5-9)得 R34=R31=R32=47k ，則 Ra=3R4=141k 返回44音調(diào)控制器音調(diào)控制器(含音量控

21、制含音量控制)設(shè)計（設(shè)計（4）由式(5-5-15)得 R33=Ra/10=14.1k 取標稱值13k由式(5-7-12)得 pF49021H23333fRC取標稱值470pF 取RP32=RP31=470k，RP33=10k，級間耦合與隔直電容C34=C35=10F。 返回45話音放大器與混合前置放大器設(shè)計話音放大器與混合前置放大器設(shè)計 vo2 1F R11 10k 10k vi1 C11 10F 話筒 10k 3 2 R12 75k 9V 4 11 A1 錄音機 vi2 100mV C13 10F RP12 10k C23 10F R23 30k R21 10k C21 10F RP11 1

22、0k C12 10F vo1 R22 30k 10k 10k 5 6 9V 4 11 + A2 C22 10F 1 7 1 4 LM324 5mV 1 4 LM324 圖中電路由話音放大與混合前置放大電路組成。A1組成同相放大器，其放大倍數(shù) dB5 .185 . 811112VlRRA返回467.電路安裝與調(diào)試技術(shù)電路安裝與調(diào)試技術(shù) （1）合理布局，分級裝調(diào)）合理布局，分級裝調(diào) o音響放大器是一個小型電路系統(tǒng)，安裝前要對整機線路進行合理布局o一般按照電路的順序一級一級地布線o功放級應(yīng)遠離輸入級o每一級的地線盡量接在一起o連線盡可能短，否則很容易產(chǎn)生自激。 返回47（1）合理布局，分級裝調(diào)）合理

23、布局，分級裝調(diào) o安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量o安裝時特別要注意功放塊、運算放大器、電解電容等主要器件的引腳和極性，不能接錯o從輸入級開始向后級安裝，也可以從功放級開始向前逐級安裝。o安裝一級調(diào)試一級，安裝兩級要進行級聯(lián)調(diào)試，直到整機安裝與調(diào)試完成。 返回48（2）電路調(diào)試技術(shù)）電路調(diào)試技術(shù) o電路的調(diào)試過程一般是先分級調(diào)試，再級聯(lián)調(diào)試，最后進行整機調(diào)試與性能指標測試。o分級調(diào)試又分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試。 靜態(tài)調(diào)試時，將輸入端對地短路，用萬用表測該級輸出端對地的直流電壓。話放、混放、音調(diào)電路均由運放組成，若運放是單電源供電，其靜態(tài)輸出直流電壓均為VCC/2，功放級的輸出(OTL電路)也為VCC/2

24、，且輸出電容CC兩端充電電壓也應(yīng)為VCC/2。若是雙電源供電，直流電壓均為0。返回49（2）電路調(diào)試技術(shù)）電路調(diào)試技術(shù) 動態(tài)調(diào)試是指輸入端接入規(guī)定的信號，用示波器觀測該級輸出波形，并測量各項性能指標是否滿足題目要求，如果相差很大，應(yīng)檢查電路是否接錯，元器件數(shù)值是否合乎要求，否則是不會出現(xiàn)很大偏差的。 返回50（2）電路調(diào)試技術(shù)）電路調(diào)試技術(shù) 單級電路調(diào)試時的技術(shù)指標較容易達到，但級聯(lián)后級間相互影響，可能使單級的技術(shù)指標發(fā)生很大變化，甚至兩級不能進行級聯(lián)。產(chǎn)生的主要原因： 一是布線不太合理，形成級間交叉耦合，應(yīng)考慮重新布線； 二是級聯(lián)后各級電流都要流經(jīng)電源內(nèi)阻，內(nèi)阻壓降對某一級可能形成正反饋，應(yīng)

25、接RC去耦濾波電路。R一般取幾十歐姆，C一般用幾百微法大電容與0.1F小電容相并聯(lián)。 返回51（2）電路調(diào)試技術(shù)）電路調(diào)試技術(shù) 由于功放輸出信號較大，易對前級產(chǎn)生影響，引起自激。集成塊內(nèi)部電路多極點引起的正反饋易產(chǎn)生高頻自激，常見高頻自激現(xiàn)象如圖所示。 可以加強外部電路的負反饋予以抵消，如功放級腳與之間接入幾百皮法的電容，形成電壓并聯(lián)負反饋，可消除疊加的高頻毛刺。 返回52（2）電路調(diào)試技術(shù)）電路調(diào)試技術(shù) o常見的低頻自激現(xiàn)象是電源電流表有規(guī)則地左右擺動，或輸出波形上下抖動。 o產(chǎn)生的主要原因是輸出信號通過電源及地線產(chǎn)生了正反饋?？梢酝ㄟ^接入RC去耦濾波電路消除。o為滿足整機電路指標要求，可以

26、適當修改單元電路的技術(shù)指標。圖5.5.19為設(shè)計舉例整機實驗電路圖，與單元電路設(shè)計值相比較，有些參數(shù)進行了較大的修改。 返回53整機框圖整機框圖 C12 R11 10k 1F 10k 2 3 9V R12 75k A1 4 11 1 C11 10F 話筒 C13 C14 RP11 10k 10F 1 4 LM324 10F 電子混響器 R31 47k RP31 470k R32 47k C31 0.01F C32 0.01F 9V R34 47k 9 10 R22 9V 30k 6 10k 5 10k A2 7 C24 10F 1 4 LM324 R21 10k R23 30k C21 10F C23 10F 錄音機 C22 10F RP21 10k RP32 470k R33 13k A3 10k 1 4 LM324 C35 10F RP33 10k 470pF C33 10k 10k 4 11 8 4 11 +9V C3 0.1F C 10F C1 3 2 10F 6 1 8 5 LM386 C2 250F RL 8 10F C4 4 5 R 2k A4 * 返回54（2）電路調(diào)試技術(shù)）電路調(diào)試技術(shù) 用8/4W的揚聲器代替負載電阻RL，可進行以下