音頻放大器課程設計

課程設計說明書課程設計名稱：模擬電路課程設計課程設計題目：音頻放大器設計學院名稱：信息工程學院專業(yè)：電子信息科學與技術 班級：學號：姓名:評分：教師：2011年3月15日摘要進入21世紀以后，各種便攜式的電子設備成為了電子設備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通信工具的手機，到作為娛樂設備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設備。在一些電子設備中，常常要求放大電路的輸出級能夠帶動較重負載，因而要求放大電路具有較高的效率，能夠根據(jù)負載的要求提供足夠的輸出功率。本系統(tǒng)是基于三極管元件設計而成的一種音頻放大器，由前置放大電路、帶通濾波電路、混頻電路、功率放大電路和電源電路五部分構成。前置放大電路主要由差分放大電路構成，外加恒流源提供偏置，抑制電路的溫漂，提高共模增益比。然后通過由一個二階壓控電壓源高通濾波器和一個二階壓控電壓源低通濾波器構成的帶通濾波器，再接入一個混頻電路（可加入背景音樂），最后通過電容耦合到功率放大電路中除去了直流對后級放大電路的影響?；祛l電路由一個簡單的加法器構成。功率放大電路是由LM386這種低電壓通用型集成功率放大器構成的單端輸入電路，它能防止高頻自激，并減小非線性失真。本次課程任務分為五人同時完成了各模板電路再單步調試然后進行系統(tǒng)組裝，在實驗室進行調試，整個過程涉及到理論計算，電路板布局，焊接技術，電子儀器的使用等一系列知識要點。本方案基本上實現(xiàn)了由聲音信號轉變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過語音前置放大電路放大再通過帶通濾波器濾波，最后經(jīng)過功率放大電路放大由喇叭發(fā)出聲音。在接入5mv的頻率范圍內，可以在喇叭處發(fā)出聲音，同時對咪頭進行語音可以改變喇叭的語音效果，混頻輸入音樂背景，最后系統(tǒng)的效果相當于一個卡拉OK，具有放大語音的作用。關鍵字：電子設備輸出功率聲音信號電信號放大目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 1\o"CurrentDocument"第一章設計內容及要求 ?第二章系統(tǒng)組成及工作原理2.1系統(tǒng)組成 32.2工作原理 4第三章功率放大電路設計\o"CurrentDocument"3.1功率放大電路 5?\o"CurrentDocument"3.2模塊組成及工作原理 5第四章功率放大電路調試\o"CurrentDocument"4.1實驗與調試 7\o"CurrentDocument"4.2測試結果與分析 7?第五章系統(tǒng)調試\o"CurrentDocument"5.1實驗與調試 8\o"CurrentDocument"5.2測試結果與分析 9\o"CurrentDocument"結論 11\o"CurrentDocument"參考文獻 12附錄一 13附錄二 14■幾■亠前言科學技術是第一生產(chǎn)力。以前的三次工業(yè)革命就使我們的社會發(fā)生了翻天覆地的變化，使我們由手工時代進入了現(xiàn)代的電器時代。同時科技在國家的國防事業(yè)中發(fā)揮了重要的作用，只有科技發(fā)展了才能使一個國家變得強大，才能使一個名族變得富強。而作為二十一世紀的主義，作為一名大學生，不僅僅要將理論知識學會，更為重要的是要將所學的知識用于實際生活之中，使理論與實踐能夠聯(lián)系起來。電子課設是電子技術學習中非常重要要的一個環(huán)節(jié)，是將理論與實踐相結合的環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生實踐能力的環(huán)節(jié)。音頻放大器已經(jīng)有快要一個世紀的歷史了，最早的電子管放大器的第一個應用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止，它還在不斷地更新、發(fā)展、前進。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相當重要的一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關的音頻放大器就要不斷地加以改進。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、有效且失真低。音頻范圍為約20Hz?20kHz，因此放大器在此范圍內必須有良好的頻率響應（驅動頻帶受限的揚聲器時要小一些，如低音喇叭或高音喇叭）。根據(jù)應用的不同，功率大小差異很大，從耳機的毫瓦級到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。這時，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關鍵部件。第一章設計內容及要求1.1.基本要求〗基本要求〗負載阻抗：負載阻抗：Rl=8Q頻率響應：300Hz—3KHz輸出阻抗：Ri'2°ko共模抑制比：KCMR-60dB語音濾波器（帶通濾波器）：帶通頻率范圍300Hz-3KHz額定輸出功率：POM<1W電源電壓：+5V第二章系統(tǒng)組成及工作原理2.1系統(tǒng)組成聲音信號-電信號語音前置——>1帶通濾波器——>混頻電路——>功率放大電路 放大電路圖2.1音頻放大器流程圖本系統(tǒng)主要由語音前置放大電路、濾波電路、混頻電路、功率放大電路、電源電路等5個模塊組成。1、 語音前置放大電路用一個LM324構成一個放大倍數(shù)稍微小點的放大器，作用是使咪頭得到的信號前置放大。屬于同相放大器，放大增益為11。2、 濾波電路用一個下限為300Hz的高通電路與一個上限為3KHz的低通電路串聯(lián)構成帶通濾波電路，作用是過濾掉不相干的波。放大增益為1。3、 混頻電路用一個LM324構成一個簡單運放器，作用是構成兩個信號的疊加。放大增益為1。4、 功率放大電路用一個LM386集成功率放大器構成的一個單端輸入放大電路，作用是將混合信號的功率放大。電路的放大增益可利用滑動變阻器調節(jié)，理論要的放大增益為50。5、電源電路利用三端穩(wěn)壓器設計穩(wěn)壓電路，作用是為前面4個模塊提供所需的電壓.2.2工作原理開始時聲音信號通過咪頭（話筒）被轉化成為電信號，接著通過語音前置放大電路將功率較微弱的電信號進行足夠的放大，然后通過濾波電路把一些對實驗無用的、不相干的頻率的波給過濾掉，從而只剩下我們需要的波，經(jīng)過混頻電路時，我們從外面輸入另一個信號，然后兩個信號進行疊加，再通過功率放大電路將混合信號的功率進行放大，從而得到功率足夠大的信號來帶動喇叭，最后經(jīng)過喇叭把經(jīng)過混合、放大的信號轉化成功率較大的聲音。第三章功率放大電路設計3.1功率放大電路R3iknR3ikn在集成功率放大電路輸入端輸入信號，通過LM386該低電壓通用型集成功率放大器的電壓放大作用，在輸出信號大且滿足失真度要求的前提下，根據(jù)負載的要求，通過調節(jié)外接阻容串聯(lián)電路中的電阻大小改變電路的電壓放大倍數(shù)，提供所需的輸出功率來帶動負載，根據(jù)理論分配，放大倍數(shù)為50。3.2模塊組成及工作原理（1） LM386是一種低電壓通用型集成功率放大器，其性能優(yōu)良，穩(wěn)定可靠，所用外圍元件少，結構簡單，調試方便，輸出功率大，效率高，而且集成功放的內部電路中還設有過壓、過流及過熱保護電路，能保證其安全可靠工作。（2） 集成功率放大電路為單端輸入方式，輸入信號由C1接入同相輸入端一3腳，反相輸入端2腳接地。管腳1、8開路時，其內部負反饋最強，整個電路的電壓放大倍數(shù)為20，若在1、8腳之間外接旁路電路電容，可使電壓放大倍數(shù)提高到200。在實際使用中，常常在1、8腳之間外接阻容串聯(lián)電路，通過調節(jié)電阻的大小使電路的電壓放大倍數(shù)在20-200之間變化。5腳外接電容C3為功放輸出耦合電容，以便構成OTL電路。Rl、C4是頻率補償電路，用以消除負載電感在高頻時產(chǎn)生的不良影響，改善功放的高頻特性并防止高頻自激。第四章功率放大電路調試實驗與調試通電觀察。接通電源后，先不要急于測試，首先觀察功放電路是否有冒煙、發(fā)燙等現(xiàn)象。若有，因迅速切斷電源，重新檢查電路，排除故障。靜態(tài)測試。將功率放大器的輸入信號接地，測量輸出端對地的電位應為0V左右，電源提供的靜態(tài)電流一般為幾十mA左右。若不符合要求，應仔細檢查外圍元件及接線是否有誤；若無誤，可考慮更換集成功放器件。動態(tài)測試。在功率放大器的輸出端接額定負載條件下，功率放大器輸入端加頻率為1KHZ的正弦波信號，調節(jié)輸入信號的大小，觀察輸出信號的波形。若輸出波形變粗或帶有毛刺，則說明電路發(fā)生自激振蕩，應嘗試改變外接電路的分布參數(shù)，直至自激振蕩消除。然后逐漸增大輸入電壓，觀察測量輸出電壓的失真及幅值，計算最大不失真輸出功率。改變輸入信號的頻率，測量功率放大器在額定輸出功率下的頻帶寬度是否滿足設計要求。測試結果與分析1、測試原理，方法采用函數(shù)信號發(fā)生器、示波器進行輸入輸出信號測量，觀察波形失真情況。2、 測試儀器函數(shù)信號發(fā)生器，示波器。3、 測試結果由函數(shù)信號發(fā)生器輸入交流信號，觀察輸出的波形、放大倍數(shù)、頻率然后記錄與仿真的數(shù)據(jù)分析比較。

第五章系統(tǒng)調試5.1實驗與調試圖5?1系統(tǒng)組成實物圖在確定了電路、領好元器件之后，首先劃分模塊，對每個模塊電路進行布局。首先焊接芯片電路部分，在焊接完這部分電路之后，再對分好的模塊單獨測試、調節(jié)使其與方陣的結果相符。并排除了焊接上的一些問題后，電路基本上能夠正常工作。接著焊芯片各節(jié)點的聯(lián)系兀件電路，在焊接完電路后并檢查完，接通電源后，喇叭只能發(fā)出一種單頻率的聲音，并逐漸上升成為刺耳的噪音，結果電路確實能夠放大語音，但是由于“咪頭”與喇叭相距太近，產(chǎn)生了自激。解決方法是將“咪頭”用長導線連接，使其與喇叭相距較遠的距離。此電路還可以通過調節(jié)200K滑動變阻器的阻值，改變放大聲音的大小。測試結果與分析1、測試原理，方法采用函數(shù)信號發(fā)生器、示波器進行輸入輸出信號測量，觀察波形失真情況。2、 測試儀器函數(shù)信號發(fā)生器，示波器。3、 測試結果由函數(shù)信號發(fā)生器輸入1Omv，頻率分別為30OHz、lKHz、3KHz交流信號.觀察輸出的波形、放大倍數(shù)、頻率然后記錄與仿真的數(shù)據(jù)分析比較。表5-1系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)表輸入信號幅度5mV5mV5mV輸入信號頻率300HzlKHz3KHz輸出信號幅度2.702.422.32此帶通濾波器的頻率范圍近似于300Hz--3KHz，頻率的改變在設計的允許范圍內可以減少輸出圖形的失真！數(shù)據(jù)分析通過實驗與仿真對比!可以得知在不失真的帶通范圍在300hz到3khz內，放大倍數(shù)理論值為625.而實驗值在這數(shù)值的附近560到650之間波動。可以知道頻率與放大倍數(shù)存在關系，可以根據(jù)此關系可以求得實驗的帶通值！在300HZ到3KHZ的范圍內,輸出的圖形比較較清晰，達到了實驗要求。各模塊的數(shù)據(jù)在誤差允許的范圍內。結論這是一次比較系統(tǒng)的電子電路設計，是一次將理論與實踐相結合的設計。其中包括了電路的設計，資料的查詢，分析問題解決問題的能力，甚至還是對焊接技術及審美觀念的一個考驗。如果不能以一種認真的態(tài)度去面對這次設計，而只是簡簡單單的在書本之中尋找到一個電路圖，并將其簡單的焊接起來。那就失去了本次電子課設的意義了。已經(jīng)選擇了電子信息科學與技術這一個專業(yè)，就必需去提高自己的動手能力了。在焊接的時候，學會電焊應該是最大的收獲，下面簡單介紹以下焊接的體會，焊接最需要注意的是焊接的溫度和時間，焊接時要使電烙鐵的溫度高于焊錫，但是不能太高，以烙鐵接頭的松香剛剛冒煙為好，焊接的時間不能太短，因為那樣焊點的溫度太低，焊點融化不充分，焊點粗糙容易造成虛焊，而焊接時間長，焊錫容易流淌，使元件過熱，容易損壞，還容易將印刷電路板燙壞，或者造成焊接短路現(xiàn)象。任何電路的設計都不是只存在一個電路。它是有各個小模塊組成的，因而在電路的設計中就必須注意將電路模塊化。這樣才能有針對性的將問題解決。如果不將電路模塊化，而只是將電路焊接好來。只怕當焊接完檢查電路之時，自己都不知道從何處下手。同時，電路的焊接或多或少的存在一些問題，很少在焊接完成的時候，電路不存在任何的問題。在遇到問題時要做的是去分析問題解決問題，而不是氣憤，埋怨。雖然比較好的將電路完成了，但是還是發(fā)現(xiàn)存在一些問題。動手能力不夠強，必須加強。必須培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，在電路設計中必須有替代的思想。在今后的學習中必須注意將理論與實踐相結合，再好的理論，都必須由實踐去證明。通過此次設計，對理論知識的學習有了很大的興趣，現(xiàn)在可以主動的去學習，明白自己該學習哪個方面，重點是什么？也掌握了在理論中遇到問題，應該怎樣去解決，在實際中遇到迷團應該怎樣去檢查調試。這次課程設計鞏固了對低頻知識點的理解，同時也培養(yǎng)了操作能力。參考文獻1、王港元.電工電子實踐指導（第二版）.江西科學技術出版社，2005.2、 謝自美.電子線路設計、實驗、測試（第二版）.華中理工大學出版社，20003、 張友漢.電子線路設計應用手冊.福建科學技術出版社，2000.4、 郝鴻安等.555集成電路實用大全.上?？茖W普及出版社.5、 陳兆仁.電子技術基礎實驗研究與設計.電子工業(yè)出版社，2000.6、 畢滿清.電子技術實驗與課程設計