模電課程設(shè)計(jì)匯本（音響放大器）

1、 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書音響放大器院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生： 澎指導(dǎo)教師： 松華 職稱 副教授專 業(yè)： 電子信息工程班 級(jí)：電子1201班學(xué) 號(hào)： 12303401362014 年6 月課題三 音響放大器的設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)目的1、了解集成功率放大器部電路工作原理2、掌握其外圍電路的設(shè)計(jì)與主要性能參數(shù)測(cè)試方法3、掌握音響放大器的設(shè)計(jì)方法與電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)（二）設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)額定功率P0.3W，負(fù)載阻抗為10，頻率響應(yīng)圍為50Hz-20KHz，輸入阻抗大于20K，放大倍數(shù)20dB。2、設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)話音放大與混合前置放大器、音調(diào)控制級(jí)、功率放大級(jí)；（2）選定

2、元器件和參數(shù)，并設(shè)計(jì)好電路原理圖；（3）在萬(wàn)能板或面包板或PCB板上進(jìn)行電路安裝調(diào)測(cè)；（4）測(cè)試輸出功率；（5）測(cè)試輸出阻抗;（6）撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。（三）設(shè)計(jì)報(bào)告要求1、選定設(shè)計(jì)方案；2、擬出設(shè)計(jì)步驟，畫出設(shè)計(jì)電路，分析并計(jì)算主要元件參數(shù)值；調(diào)試總結(jié)3、列出設(shè)計(jì)電路測(cè)試數(shù)據(jù)表格；4、進(jìn)行設(shè)計(jì)總結(jié)和分析，并寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。（四）設(shè)計(jì)總結(jié)與思考1、總結(jié)話音放大器的設(shè)計(jì)和測(cè)試方法；2、總結(jié)設(shè)計(jì)話音放大器器所用的知識(shí)點(diǎn)；目錄第1章緒論11.1 音響的意義11.2音響的技術(shù)指標(biāo)11.2.1 頻率響應(yīng)11.2.2 信噪比11.2.3 動(dòng)態(tài)圍21.2.4 失真21.2.5 立體聲分離度21.2.6 立體聲平衡度

3、3第2章音響放大器電路設(shè)計(jì)42.1 音響放大器的基本原理42.2 前置放大電路（A1）52.3 音調(diào)控制電路（A2）52.3.1 低音提升62.3.2 高音提升62.3.3 高音衰減72.3.4 低音衰減72.3.5 反饋型音調(diào)控制電路72.3.6 信號(hào)在低頻區(qū)82.3.7 信號(hào)在高頻區(qū)82.4 功率放大級(jí)102.4.1 TDA2030A介紹102.4.2 功率放大電路說(shuō)明11第3章用multisim仿真音響放大器電路12第4章組裝與調(diào)試134.1電路元件組裝134.2作品調(diào)試13結(jié)束語(yǔ)14參考文獻(xiàn)15附錄A 實(shí)物圖16附錄B 元件清單1710 / 13第1章 緒論1.1 音響的意義音響技術(shù)的

4、發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管的歷史時(shí)期，在不同的歷史時(shí)期都各有其特點(diǎn)。通過(guò)音響放大器設(shè)計(jì)，使我們認(rèn)識(shí)到一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬電路系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)包括信號(hào)源、輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號(hào)源的作用是提供待放大的電信號(hào)，如果信號(hào)是非電量，還須把非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后進(jìn)入輸入級(jí)，中間級(jí)進(jìn)行電流或電壓放大，再進(jìn)入輸出級(jí)進(jìn)行功率放大，最后去推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)做某項(xiàng)工作。放大器電路發(fā)展更是迅速，已成為新一代音響不可缺少的核心部件，其現(xiàn)實(shí)生活中的運(yùn)用也是非常普遍和廣泛。1.2音響的技術(shù)指標(biāo)音響系統(tǒng)整體技術(shù)指標(biāo)性能的優(yōu)劣，取決于每一個(gè)單元自身性能的好壞，如果系統(tǒng)中的每一個(gè)單元的技術(shù)指標(biāo)都較高，那么系統(tǒng)整體的技術(shù)指

5、標(biāo)則很好。其技術(shù)指標(biāo)主要有六項(xiàng)：頻率響應(yīng)、信噪比、動(dòng)態(tài)圍、失真度、瞬態(tài)響應(yīng)、立體聲分離度、立體聲平衡度。1.2.1 頻率響應(yīng)所謂頻率響應(yīng)是指音響設(shè)備重放時(shí)的頻率圍以及聲波的幅度隨頻率的變化關(guān)系。一般檢測(cè)此項(xiàng)指標(biāo)以1000Hz的頻率幅度為參考，并用對(duì)數(shù)以分貝(dB)為單位表示頻率的幅度。1.2.2 信噪比所謂信噪比是指音響系統(tǒng)對(duì)音源軟件的重放聲與整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的新的噪聲的比值，其噪聲主要有熱噪聲、交流噪聲、機(jī)械噪聲等等。一般檢測(cè)此項(xiàng)指標(biāo)以重放信號(hào)的額定輸出功率與無(wú)信號(hào)輸入時(shí)系統(tǒng)噪聲輸出功率的對(duì)數(shù)比值分貝(dB)來(lái)表示。一般音響系統(tǒng)的信噪比需在85dB以上。1.2.3 動(dòng)態(tài)圍動(dòng)態(tài)圍是指音響系統(tǒng)重放時(shí)

6、最大不失真輸出功率與靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)噪聲輸出功率之比的對(duì)數(shù)值，單位為分貝(dB)。一般性能較好的音響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)圍在100(dB)以上。1.2.4 失真失真是指音響系統(tǒng)對(duì)音源信號(hào)進(jìn)行重放后，使原音源信號(hào)的某些部分（波形、頻率等等）發(fā)生了變化。音響系統(tǒng)的失真主要有以下幾種。1諧波失真所謂諧波失真是指音響系統(tǒng)重放后的聲音比原有信號(hào)源多出許多額外的諧波成分。此額外的諧波成分信號(hào)是信號(hào)源頻率的倍頻或分頻，它是由負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)或放大器的非線性特性引起的。高保真音響系統(tǒng)的諧波失真應(yīng)小于1%。2互調(diào)失真互調(diào)失真也是一種非線性失真，它是兩個(gè)以上的頻率分量按一定比例混合，各個(gè)頻率信號(hào)之間互相調(diào)制，通過(guò)放音設(shè)備后產(chǎn)生新增加的

7、非線性信號(hào)，該信號(hào)包括各個(gè)信號(hào)之間的和及差的信號(hào)。 3瞬態(tài)失真瞬態(tài)失真又稱瞬態(tài)響應(yīng)，它的產(chǎn)生主要是當(dāng)較大的瞬態(tài)信號(hào)突然加到放大器時(shí)由于放大器的反映較慢，從而使信號(hào)產(chǎn)生失真。一般以輸入方波信號(hào)通過(guò)放音設(shè)備后，觀察放大器輸出信號(hào)的包絡(luò)波形是否輸入的方波波形相似來(lái)表達(dá)放大器對(duì)瞬態(tài)信號(hào)的跟隨能力。 1.2.5立體聲分離度立體聲分離度表示立體聲音響系統(tǒng)中左、右兩個(gè)聲道之間的隔離度，它實(shí)際上反映了左、右兩個(gè)聲道相互串?dāng)_的程度。如果兩個(gè)聲道之間串?dāng)_較大，那么重放聲音的立體感將減弱。 1.2.6立體聲平衡度立體聲平衡度表示立體放音系統(tǒng)中左、右聲道增益的差別，如果不平衡度過(guò)大，重放的立體聲的聲像定位將產(chǎn)生偏移。

8、一般高品質(zhì)音響系統(tǒng)的立體聲平衡度應(yīng)小于1dB。第2章 音響放大器電路設(shè)計(jì)2.1 音響放大器的基本原理音響放大器的作用是對(duì)于微弱信號(hào)進(jìn)行電壓放大和功率放大，推動(dòng)負(fù)載工作，同時(shí)需要對(duì)音調(diào)和音量的調(diào)節(jié)。 音頻信號(hào)的輸入，由話音放大電路放大輸出到音調(diào)調(diào)節(jié)電路，在由功率放大電路放大，輸?shù)綋P(yáng)聲器。音頻輸入語(yǔ)音放大音調(diào)調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器功率放大圖 2-1 音響放大器的工作流程音響放大電路的整機(jī)電路如下圖所示，按其構(gòu)成，可分為前置放大級(jí)，音調(diào)控制級(jí)和功率放大級(jí)三部分。圖2-2 音響放大器的整機(jī)電路2.2前置放大電路（A1）21RRAuf+=3 由A1組成的前置放大電路是一個(gè)同相輸入比例放大器，電路的閉環(huán)特性如下： 理

9、想閉環(huán)電壓增益:(2-1)輸入電阻(2-2)輸出電阻(2-3)圖 2-3 前置放大電路擴(kuò)音機(jī)電路的增益是很高的，所以擴(kuò)音機(jī)的噪聲主要取決于前置放大器的性能。為了減小前置級(jí)放大器的噪聲，第一級(jí)要選用低噪聲的運(yùn)放。2.3音調(diào)控制電路（A2）常用的音調(diào)控制電路有三種形式，一是衰減式RC音調(diào)控制電路，其調(diào)節(jié)圍寬，但容易產(chǎn)生失真；另一種是反饋型音調(diào)控制電路，其調(diào)節(jié)圍小一些，但失真??；第三種是混合式音調(diào)控制電路，其電路復(fù)雜，多用于高級(jí)收錄機(jī)。為使電路簡(jiǎn)單而失真又小，本音調(diào)集成功率電路中采用了由阻容網(wǎng)絡(luò)組成的RC型負(fù)反饋音調(diào)控制電路。它是通過(guò)不同的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)和輸入網(wǎng)絡(luò)造成放大器閉環(huán)放大倍數(shù)隨信號(hào)頻率不同而改

10、變，從而達(dá)到音調(diào)控制的目的。iZZAuf-=fUUoi下圖是這種音調(diào)控制電路的方框圖，它實(shí)際上是一種電壓并聯(lián)型負(fù)反饋電路，圖中Zf代表反饋回路總阻抗；Zi代表輸入回路的總阻抗。電路的電壓增益(2-4)圖 2-4 音調(diào)控制電路只要合適選擇并調(diào)節(jié)輸入回路和反饋回路的阻容網(wǎng)絡(luò)，就能使放大器的閉環(huán)增益隨信號(hào)頻率改變，從而達(dá)到音調(diào)控制的目的。組成Zi和Zp的RC網(wǎng)絡(luò)通常有下圖所示四種形式。2.3.1低音提升圖2-5中若C1取值較大，只有在頻率很低時(shí)才起作用，則當(dāng)信號(hào)頻率在低頻區(qū)隨頻率降低， 增大，所以 提高，從而得到低音提升。圖(a)圖 2-5 低音提升電路2.3.2高音提升圖2-6中，若C3取值較小只

11、有高頻區(qū)起作用，則當(dāng)信號(hào)在高頻區(qū)且隨頻率升高 減小，所以 提高，從而可得到高音提升。圖 2-6 高音提升電路2.3.3高音衰減圖 2-7 高音衰減電路圖 2-8 低音衰減電路 2.3.4低音衰減同理可以分析圖2-7、圖2-8，分別可用作高、低音衰減。2.3.5反饋型音調(diào)控制電路如果將這四種電路形式組合起來(lái)，即可得到下圖所示的反饋型音調(diào)控制電路。先假設(shè)R1=R2=R3=R；C1=C2C3；RW1=RW29R。圖 2-9 反饋型音調(diào)控制電路2.3.6信號(hào)在低頻區(qū)在低頻區(qū)，因?yàn)镃3很小，所以C3、R4支路可視為開(kāi)路，反饋網(wǎng)絡(luò)主要由上半部分電路起作用。又因運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益很高，UEUE0（虛地），故R3

12、的影響可忽略，當(dāng)電位器RP2的活動(dòng)端移至A點(diǎn)時(shí)，C1被短路?？梢缘玫降鸵糇畲筇嵘?。按實(shí)際電路參數(shù)R1=R2=R3=20k，RP1=RP2=220k，C1=C2=0.022uF，可得:（2-5）(約18.6dB)轉(zhuǎn)折頻率:（2-6）以同樣方式可以說(shuō)明在RP2滑動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，低音地最大衰減量:（2-7）按實(shí)際電路參數(shù)可得:（2-8）(約18.6dB)轉(zhuǎn)折頻率:（2-9）（2-10）2.3.7信號(hào)在高頻區(qū)圖 2-10高頻音調(diào)控制線路（Y型）圖 2-11 高頻音調(diào)控制線路（型）設(shè)前級(jí)輸出電阻很?。ㄈ缧∮?00），輸出電壓Uo通過(guò)Rc反饋到輸入端的信號(hào)被前級(jí)輸出電阻所旁路，故Rc的影響可忽略（視為開(kāi)路）

13、。因此當(dāng)RP2滑動(dòng)到C點(diǎn)或D點(diǎn)時(shí)，可分別畫出如下圖2-12和圖2-13所示的等效電路（因RP2的數(shù)值很大，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，可視為開(kāi)路）。圖 2-12 等效高頻音調(diào)控制線路（C點(diǎn)）圖 2-13 等效高頻音調(diào)控制線路（D點(diǎn)）上圖2-12顯然具有高音提升作用，其最大提升量:（2-11）按電路實(shí)際參數(shù)R=20k，R4=8.2k，C3=1000P，所以:(約18dB)上圖2-13為高音衰減電路，其衰減量:（2-12）按電路實(shí)際參數(shù):(約-18dB)高頻轉(zhuǎn)折頻率:（2-13）（2-14）20logA18dB0-18fL148fL2410fH12.3KfH219kf(Hz)若將音調(diào)控制電路高低音提升和衰減曲線畫

14、在一起，可得到如下圖所示幅頻特性曲線。圖 2-14 音調(diào)控制器的幅頻特性曲線由圖2-14可見(jiàn)，音調(diào)控制級(jí)的中頻電壓放大倍數(shù)Aum=1；當(dāng)ffH2 (19KHz)時(shí)高音控制圍也為18dB。2.4 功率放大級(jí)2.4.1 TDA2030A介紹本實(shí)驗(yàn)電路的功率放大級(jí)由集成功率器件TDA2030A連成OCL電路輸出形式。TDA2030A功率集成電路具有轉(zhuǎn)換速率高，失真小，輸出功率大，外圍電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，采用5腳塑料封裝結(jié)構(gòu)。其中1腳為同相輸入端；2腳為反相輸入端；3腳為負(fù)電源；4腳為輸出端；5腳為正電源。圖 2-15 TDA2030A功率放大器的引腳圖TDA2030A功率集成電路的部電路包含由恒流源差動(dòng)

15、放大電路構(gòu)成的輸入級(jí)、中間電壓放大級(jí)，復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱式OCL電路構(gòu)成的輸出級(jí)；啟動(dòng)和偏置電路以及短路、過(guò)熱保護(hù)電路等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-16所示。圖 2-16 TDA2030A功率放大器部電路結(jié)構(gòu)框圖2.4.2 功率放大電路說(shuō)明TDA2030A的電源電壓為6V22V，靜態(tài)電流為50mA（典型值）；1腳的輸入阻抗為5M（典型值），當(dāng)電壓增益為26dB、RL=4時(shí)，輸出功率Po=15W。頻帶寬為100KHz。源為14V、負(fù)載電阻為4時(shí)，輸出功率達(dá)18W。為了提高電路穩(wěn)定性，減小輸出波形失真，功放級(jí)通過(guò)R10，R9，C9引入了深度交直流電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由于接入C9，直流反饋系數(shù)F1。對(duì)于交流信號(hào)而言，

16、因?yàn)镃9足夠大，在通頻帶可視為短路，所以交流反饋系數(shù),按電路的實(shí)際參數(shù)。因而該電路的電壓增益。可見(jiàn)改變電阻R9、R10可以改變電路增益。電容C15、C16用作電源濾波。D1和D2為保護(hù)二極管。R11、C10為輸出端校正網(wǎng)絡(luò)以補(bǔ)償電感性負(fù)載，避免自激和過(guò)電壓。圖 2-17 功率放大電路第3章 用multisim仿真音響放大器電路圖 3-1圖 3-2第4章 組裝與調(diào)試4.1電路元件組裝音響放大器是一個(gè)小型電路系統(tǒng)，安裝前要對(duì)整機(jī)線路進(jìn)行合理布局，一般按照電路的順序一級(jí)一級(jí)地布線，功放級(jí)應(yīng)遠(yuǎn)離輸入級(jí)，每一級(jí)的地線盡量接在一起，連線盡可能短，否則很容易產(chǎn)生自激。步驟：在制作好焊接布線圖之后，在萬(wàn)能板上

17、焊接元件。焊接前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量，安裝時(shí)特別要注意功放塊、運(yùn)算放大器、電解電容等主要器件的引腳和極性，不能接錯(cuò)。4.2作品調(diào)試實(shí)踐證明，新安裝的電路板往往難以達(dá)到預(yù)期的效果，這是因?yàn)槲覀冊(cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候不可能周全地考慮元件的誤差、器件參數(shù)的分散性、寄生參數(shù)等各種各樣的客觀因素。此外，電路板的安裝中仍存在有可能沒(méi)有查出來(lái)的錯(cuò)誤。通過(guò)電路板整體測(cè)試與調(diào)整，可發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)方案中的不足，并查出電路安裝中的錯(cuò)誤然后采取措施加以改進(jìn)和糾正，就可以使之達(dá)到預(yù)定的技術(shù)要求。電路安裝完畢后，必須在不通電的情況下，對(duì)電路板進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的檢查，以便糾正安裝錯(cuò)誤。檢查應(yīng)特別注意：1元器件引腳之間有無(wú)短路，尤其在焊接時(shí)

18、，要嚴(yán)格按照焊接規(guī)則焊接，否則容易短路。2 電源的正負(fù)、負(fù)極性有沒(méi)有接反，正、負(fù)極之間有沒(méi)有短路現(xiàn)象，電源線、地線是否接觸良好。3 集成電路的型號(hào)及安插方向?qū)Σ粚?duì)，引腳連接處有無(wú)接觸不良等。在安裝的時(shí)候我們查閱相關(guān)資料，在網(wǎng)上找出各個(gè)引腳的標(biāo)號(hào)及參數(shù)。新安裝的電路板將輸入端對(duì)地短路，用萬(wàn)用表測(cè)該級(jí)輸出端對(duì)地的直流電壓。話放級(jí)、混合級(jí)、音調(diào)級(jí)都是由運(yùn)算放大器組成的，其靜態(tài)輸出直流電壓均為VCC/2，功放級(jí)的輸出(OTL電路)也為VCC/2，且輸出電容CC兩端充電電壓也應(yīng)為VCC/2。結(jié)束語(yǔ)這次的模電課程設(shè)計(jì)我選擇的是音響放大器的設(shè)計(jì)，這次的課程設(shè)計(jì)制作，讓我復(fù)習(xí)鞏固模擬電子技術(shù)這門課程，對(duì)所學(xué)的知識(shí)有一個(gè)更加深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)讓我加深的對(duì)本專業(yè)課程的興趣，因?yàn)槟切┛雌饋?lái)很奇妙的電子產(chǎn)品通過(guò)我自己的雙手制造出來(lái)讓我有一種沖擊感， 顛覆感，這種理論轉(zhuǎn)換為實(shí)際的感覺(jué)很令人醉。我在這次的課程設(shè)計(jì)中，首先知道了音響放大器的構(gòu)成以及其工作原理，并且深入理解了集成運(yùn)算放大器的作用，以前只是在書本中學(xué)習(xí)，會(huì)做幾道題，現(xiàn)在通過(guò)課程