擴音器的設計

1、擴音器的設計1004061065陳國東很多場合都需要用到擴音設備，很多產(chǎn)品都和擴音設備有著千絲萬縷的聯(lián)系。從話筒麥克風，CD到電視，手機等等，這些廣播系統(tǒng)都含有擴音設備，用以把從話筒、CD機送出的微弱信號放大成能推動揚聲器發(fā)聲的大功率信號。根據(jù)實際需要和放大器件的不同，擴聲電路的設計也有很多種類。作為電子線路的設計，我所做的擴聲電路性能指標比較低，主要采用理論課題里介紹的運算放大集成電路和音頻功率放大集成電路來構成擴聲電路。這種性能指標低的擴音器主要在于價格便宜，制作簡單，不需要太多昂貴的集成塊。設計目標：由于人的聲音是低頻的，所以我們所要設計的是一個低頻放大電路。在multisim中設計一個

2、擴音器使之其對聲音能夠基本不失真的放大。并且利用multisim這個軟件仿真，能夠得到實驗所需要的效果。運用前置放大和功率放大使信號能夠驅動蜂鳴器發(fā)聲（由于在multisim這個軟件中找不到蜂鳴器所以我用8歐姆的電阻來代替），并且輸出波形和輸入的波形周期一致?？傮w設計方案：采用運算集成電路和音頻功率放大集成電路設計一個對話筒輸出信號具有放大能力的擴聲電路。主要步驟如下圖所示：圖1信號輸出信號輸入擴聲電路原理框圖前置放大主要完成對小信號的放大，一般要求輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶要寬，噪聲要小；功率放大主要完成對功率的放大，使之能夠驅動擴音器發(fā)聲。其中輸入的信號我用0.01V,60赫茲的交流穩(wěn)壓

3、電源來表示（由于起先選的是0.1V,所以圖中的是0.1V）。各部分功能及設計：前置放大器：由于輸入信號非常弱，故要加一個前置放大器，放大輸入信號的電壓，這是為了能夠使后面的功率放大器以及蜂鳴器能夠工作而所做的準備工作。前置放大器的設計可以用運放也可以選擇TTL電路，在此我選用了運放電路，因為運放電路看上去比較清晰明了。圖2這是一個單級的由運放組成的前置放大電路，其中C8和R9以及C9的功能是濾掉高頻成分，是一個除噪音的功能。R8和R6是決定放大倍數(shù)的電阻。_-5MVEEVvVi5741R1I5；1.2MUU2C10:：R8：-Wv-:40kQ0：R13:：R12：-Wv-iU3朋炬冷嚴fl1-

4、2MQ:：133kQ：:G圖3這是一個二級的運放前置放大電路，一些基本器件的些功能和一級放大都相似。這是兩種方案，當然具體選那種還要看各類的指標。如果結果相同那選一級放大，因為材料方面要省的多。功率放大電路：功率放大電路的設計意義是為了使音頻信號的功率放大到足以驅動蜂鳴器工作時的功率。功率放大電路的設計如下圖所示：):175uA12pA:9.37V):3.77V圖4圖中R3,R4組成反饋網(wǎng)絡；C6為直流負反饋電容；R2為輸入接地電阻，防止輸入開路時引入感應噪聲；C3為信號耦合電容，R5和C7組成輸出去耦電路，防止功放產(chǎn)生高頻自激；Cl,C2,C4,C5是電路去耦電容；電源電壓采用+15V和一1

5、5V。元器件選擇：前置放大電路中本來的打算想用LM386運放，該運放具有低噪聲高輸入電阻的優(yōu)點，但是由于該運放在我的軟件中沒有，故選用了模電書上例題中的有的741運放。用該運放能夠基本實現(xiàn)所想要的功能。功率放大電路中LM1875這個運放。LM1875是一個輸出功率最大可達到30W的音頻功率放大電器，AVo為90DB，失真率為0.015%，帶寬70赫茲，具有Ac和DC短路保護電路和熱保護電路。放大倍數(shù)可以根據(jù)自己的需要調(diào)節(jié)R8和R6或者R12和R6的值來改變放大倍數(shù)。其中一級放大和二級放大以及前置放大和功率放大之間用稍大的電容1U。由于電腦上安裝的multisim系統(tǒng)中沒有蜂鳴器，故在實驗中用8

6、歐姆的電阻來代替。一級放大放大倍數(shù)=R6/R4+1,二級放大放大倍數(shù)=(R8/R6+1)(R12/R13+1)級放大兩者平衡電阻=(R4|R6)二級放大兩者平衡電阻分別為（R8|R6）和（R12IIR13）當阻值變化時，平衡電阻也應該相應改變,是兩個的并聯(lián)電阻。仿真結果：通過仿真可以發(fā)現(xiàn)一級仿真和二級仿真在電阻放大倍數(shù)相同的情況先，二級放大比一級放大穩(wěn)定性更加高。單級仿真結果如圖所示:圖5此放大倍數(shù)為11倍，波形基本不失真。二級放大如圖所示：JT1辛*時間通道通道丄810.044ms-1.74GV-85.025mVT2*810.044ms-1.74GV-85.025mVT2-T10.000s0

7、.000V0.000V比例10ms/t)iv通道A比例Wiv通道E比例|測E忡Yf立置廠Y位置麗加載|B/A|AC0DCac|0DC口觸發(fā)邊沿IF電平o|v類型正弦I標準I自動|底圖6此放大倍數(shù)約為20倍，波形基本不失真。當單級放大倍數(shù)理論上是20倍時，實際的放大倍數(shù)（是3倍）如下圖所示。圖7并且當理論倍數(shù)上升時，示波器的波形不變，二級放大也遵守這個規(guī)律，放到一定程度會放不上去。所以綜合情況考慮，還是選擇二級放大要好。把二級放大和功率放大器連接在一起后，問題又出現(xiàn)了，發(fā)現(xiàn)仿真后的電壓太大了，達到了50多伏。這時候通過測量，發(fā)現(xiàn)二級放大電路后電壓變成2伏多，而功率放大器的增益為20倍左右，所以首

8、先我嘗試把VCC和VEE減小，當減小到1.5V時，電壓為十二伏，144/8=18瓦。然后我想通過減小前置放大倍數(shù)來減小輸出功率，仿真出來變是變小了，但是變化的幅度不是很大。后來查到由于我的輸入電壓（0.1V）太高了，我把它減小到0.01V，這時候調(diào)整VCC和VEE為正負5V時，基本上出現(xiàn)了想要的結果，功率放大輸出電壓有效值為5V左右。輸出功率為3瓦多一點。并且你如果想得到大一點的輸出功率的話，你可以通過同時提高電壓（VCC和VEE）的值或者可以增加前面兩級的前置放大倍數(shù)來實現(xiàn)。最后的實驗設計圖如下：0V:-6.68mVVQllHI）：28.3mVV侑效值）：10.0mVV（直流）；-11.8n

9、VI:174nAKlIlHI）：1.30uAI侑效值）:464nA1（直流）：-63.5nA頻率:60.0HzluFXSC213.3kQV:-23.8mVVQllHI）：141mVV侑效值）：50.6mVV（直流）：7.49mVI：-1.06uAI（lllHI）：6.38uAI（W效fD：2.26uA1（直渤：*2.97pA頻率:60.0HzC3Tl2.5uFR11MQV:-86.1mVVOllg-lIli）：693mVV侑效值）：245mVV（直痂）:94.8nVI：-3.25uAIQIiHI）：32.1UAI（W效fD：11-4uA1（直?。?17.2pA頻率：60.0Hz:C5ipOnF

10、：V:-2.93VVQllHI）：14.3VV侑效面：5.06VV（直流）：-9.88mVI：-366mAKlIlHI）：1.79AI侑效值）:633mA1（直渤：-1.24mA頻車:60.0Hzzsci15C7豐300nF圖8運行的結果：輸出的電壓為5.066V。功率大約為3W左右。圖9上圖：輸入電壓和一級放大的電壓波形比較T1T2-T1時間3.640s3.6-Ws0.000s通道丿L.885VL885V0.000V通道申圖-io.143.445mV0.000V反向保存二級電壓放大和功率放大的電壓輸出波形J道BExt.Triggerr上圖：由兩幅圖可以看出經(jīng)過兩級電壓放大和一級的功率放大輸出

11、波形基本沒有發(fā)生卑真現(xiàn)象B|外部|結論：匝此次實驗設計中出Y位置0觸岌電平修改電路，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。通過這次實踐，我了解了擴音器電路的用途及工作原理，熟悉了的擴音電路的設計步驟，鍛煉了設計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設計能力。設計過程中查了很多的資料，從網(wǎng)上查到圖書館，但是很多的電路實在太復雜，元器件太多，根本屬于那種看一眼就覺得很自卑那種。后來在圖書館里面翻那些大學生競賽一些相關書的時候，看到個經(jīng)常出現(xiàn)的詞語音頻放大，通過問老師發(fā)現(xiàn)擴音器就是一種低頻放大電路。然后根據(jù)前置放大加功率放大，設計了幾個電路，雖然這些對后來的結果都沒有什么直接的因素，但是在畫圖中對于整個軟件的熟悉程度提升了很多，在思考中有了自己的一點思路。在前置放大中，起先輸入電壓我選的是iv,但是仿真中它放大倍數(shù)不夠大，很快就會失真，這里想了很久，包括多接幾個電容什么的。通過這次實驗，我也發(fā)現(xiàn)了我們的不足，看了很大學生電子設計的書，了解到我們的知識跟他們相比真的太淺了。很多內(nèi)容都不是很了解，比如一功率放大電路圖，元件用到的真的很多，而且這只是仿真，如果是實際操作的話肯定還有更多的問題要去解決。