模擬電子課程設(shè)計(jì)-音響放大器

2012~2013學(xué)年第2學(xué)期《模擬電子技術(shù)根底》課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：音響放大器的設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程班級(jí)：11級(jí)信息〔1〕班姓名：谷和偉、曹凱、解軍、李豐、劉志國(guó)陸晨晨、孫葉林、鄒慶志、桑倩倩指導(dǎo)教師：吳慧電氣工程學(xué)院2011年6月5日音響放大器的設(shè)計(jì)摘要本文介紹了音響的構(gòu)成、功能、及工作原理，它由LM324四運(yùn)放的前置放大及音調(diào)調(diào)節(jié)等多模塊電路構(gòu)成，且具有電子混響效果。所用芯片具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，采用偏置電阻單電源供電，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。LM386是一款輸出功率小、靜態(tài)電流小、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的音頻功率放大芯片。LM324是由四個(gè)獨(dú)立的、高增益、有內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)乃惴糯笃鳌６季哂袃?nèi)部保護(hù)電路。本設(shè)計(jì)作品的功能是將輸入音頻信號(hào)和話筒信號(hào)不失真地進(jìn)行放大，且伴有立體聲，音色圓潤(rùn)，失真率低，信噪比高，適用性強(qiáng)，可普遍用于家庭音響系統(tǒng)、立體聲唱機(jī)等電子系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：功放；失真；信噪比；輸出功率；Multism仿真目錄TOC\o"1-2"\u第一章設(shè)計(jì)目的與要求11.1設(shè)計(jì)目的21.2設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)2第二章整體方案設(shè)計(jì)22.1整體設(shè)計(jì)模塊圖22.2各模塊的功能作用22.3設(shè)計(jì)方案的選擇32.4LM324簡(jiǎn)介3第三章電路原理說(shuō)明43.1話音放大與混合前置放大43.2音調(diào)控制器(含音量控制)53.3電子混響器63.4功率放大器6第四章仿真分析74.1仿真圖74.2話音放大與混合前置放大8參考文獻(xiàn)9附錄元件清單10辯論記錄及評(píng)分表11第一章設(shè)計(jì)目的與要求1.1設(shè)計(jì)目的〔1〕了解音響放大器的構(gòu)成，并組成一個(gè)簡(jiǎn)單的音響放大器?！?〕理解音調(diào)控制器，集成功率放大器的工作原理和應(yīng)用方法。

〔3〕理解和掌握音響放大器的主要技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試方法。

〔4〕根據(jù)給出的技術(shù)條件和指標(biāo)，設(shè)計(jì)音響放大器。1.2設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)音響放大器。要求具有電子混響延時(shí)，音調(diào)輸出控制、卡拉OK伴唱，并對(duì)話筒與放音機(jī)的信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)音。主要技術(shù)指標(biāo)〔1〕額定功率〔2〕負(fù)載阻抗〔3〕頻率響應(yīng)，。〔4〕輸入阻抗。〔5〕音調(diào)控制特性1kHz處增益為0dB、100Hz和10kHz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍，?！?〕輸入阻抗。第二章整體方案設(shè)計(jì)2.1整體設(shè)計(jì)模塊圖如下列圖所示，音響放大器包括：話筒放大器、電子混響器、混合前置放大器、音調(diào)控制器、功率放大器五個(gè)模塊。圖2.1總體設(shè)計(jì)模塊圖2.2各模塊的功能作用①話筒放大器：由于話筒的輸出信號(hào)一般只有5mV左右，話筒放大器的作用是不失真地放大聲音信號(hào)，并保證其輸入阻抗遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗。②電子混響器：電子混響器的作用是用電路模擬聲音的屢次反射，產(chǎn)生混響效果，使聲音聽(tīng)起來(lái)具有一定的深度感和空間立體感。在“卡拉OK”伴唱機(jī)中，都帶有電子混響器。電子混響器的組成框圖如下；其中BBD器件稱為模擬延時(shí)集成電路，其內(nèi)部由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成多級(jí)電子開(kāi)關(guān)和高精度存儲(chǔ)器，在外加時(shí)鐘脈沖作用下，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行取樣，保持并向后級(jí)傳遞，從而使BBD的輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)延時(shí)了一段時(shí)間。BBD的級(jí)數(shù)越多，時(shí)鐘脈沖的頻率越高，延時(shí)的時(shí)間就越長(zhǎng)。③混合前置放大器：混合前置放大器的作用是將磁帶放音機(jī)輸出的音樂(lè)信號(hào)與電子混合后的聲音信號(hào)進(jìn)行混合放大。音響放大的性能主要由音調(diào)控制器與功率放大器決定。④音調(diào)控制器：音調(diào)控制器的作用是控制調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率的上下。音調(diào)控制只對(duì)低音或高音頻的增益進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變。所以音調(diào)控制器的電路由低通濾波器和高通濾波器共同組成。⑤功率放大器：功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載〔揚(yáng)聲器〕提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能小，效率盡可能的高。由于集成功率放大器具有性能穩(wěn)定、工作可靠及安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，故而被采用。2.3設(shè)計(jì)方案的選擇運(yùn)放芯片的選擇1.采用uA741運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)電路，uA741通用高增益運(yùn)算通用放大器，早些年最常用的運(yùn)放之一，應(yīng)用非常廣泛，為雙列直插8腳或圓筒8腳封裝。工作電壓±22V，差分電壓±30V，輸入電壓±18V，允許功耗500mW。2.采用LM324通用四運(yùn)算放大器，雙列直插8腳封裝，內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中Vi-〔-〕為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+〔+〕為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。方案選?。簎A741是通用放大器，性能不是很好，滿足一般需求，而LM324四運(yùn)放大器具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)放大倍數(shù)不高，LM324能到達(dá)頻響要求，應(yīng)選用LM324四運(yùn)放大器。2.4LM324簡(jiǎn)介2.4.1LM324的特點(diǎn)LM324具有短跑保護(hù)輸出,真差動(dòng)輸入級(jí),可單電源工作：3V-32V,低偏置電流:最大100nA,每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器,具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列,輸入端具有靜電保護(hù)功能。2.4.2LM324的外形及引腳排列LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如下圖。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-〔-〕為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+〔+〕為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。圖2.4LM324的引腳排列第三章電路原理說(shuō)明3.1話音放大與混合前置放大3.1.1設(shè)計(jì)電路圖圖3.1話音放大與混合前置放大3.1.2電路參數(shù)分析圖4.1所示電路由話音放大與混合前置放大兩級(jí)電路組成。其中A1組成同相放大器，具有很高的輸入阻抗，能與高阻話筒配接作為話音放大器電路，其放大倍數(shù)4.1四運(yùn)放LM324的頻帶雖然很窄〔增益為1時(shí)，帶寬為1MHz〕，但這里放大倍數(shù)不高，故能到達(dá)的頻響要求?；旌锨爸梅糯笃鞯碾娐酚蛇\(yùn)放組成，這是一個(gè)反向加法器電路，輸出電壓表達(dá)式為 4.2經(jīng)計(jì)算后 , ,如果要進(jìn)行卡拉OK演唱，可在話放輸出端及錄音機(jī)輸出端接兩個(gè)音量控制電位器分別控制聲音和音樂(lè)的音量。3.2音調(diào)控制器(含音量控制)3.2.1設(shè)計(jì)電路圖圖3.2音調(diào)控制器3.2.2電路參數(shù)分析fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。由式原理局部的公式得到轉(zhuǎn)折頻率fL2及fH1；fL2=fLx*2x/6=400Hz，那么fL1=fL2/10=40Hz；fH1=fHx/2x/6=2.5kHz，那么fH2=10fH1=25kHz。由式原理局部公式得AVL=(RP31+R32)/R31≥20dB。其中，R31、R32、RP31不能取得太大，否那么運(yùn)放漂移電流的影響不可忽略，但也不能太小，否那么流過(guò)它們的電流將超出運(yùn)放的輸出能力。一般取幾千歐姆至幾百千歐姆?，F(xiàn)取RP31=470k，R31=R32=47k，那么4.3 4.4取標(biāo)稱值0.01F，即C31=C32=0.01F。由R34=R31=R32=47k，那么Ra=3R4=141kR33=Ra/10=14.1k取標(biāo)稱值13k 4.5取標(biāo)稱值470pF取RP32=RP31=470k，RP33=10k，級(jí)間耦合與隔直電容C34=C35=10F。3.3電子混響器電子混響器，就是產(chǎn)生一系列時(shí)間延遲而輸出電平不同的信號(hào)，然后將其疊加而產(chǎn)生混響效果。電子混響器的組成框圖如下；其中BBD器件稱為模擬延時(shí)集成電路，其內(nèi)部由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成多級(jí)電子開(kāi)關(guān)和高精度存儲(chǔ)器，在外加時(shí)鐘脈沖作用下，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行取樣，保持并向后級(jí)傳遞，從而使BBD的輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)延時(shí)了一段時(shí)間。BBD的級(jí)數(shù)越多，時(shí)鐘脈沖的頻率越高，延時(shí)的時(shí)間就越長(zhǎng)。圖3.3電子混響組成框圖設(shè)計(jì)電路圖圖3.4電子混響器電路圖3.4功率放大器功率放大器簡(jiǎn)稱功放，它的任務(wù)是把來(lái)自信號(hào)源的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號(hào)進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號(hào)處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同。設(shè)計(jì)電路圖圖3.5功率放大電路第四章仿真分析說(shuō)明：本次仿真使用的是multisim10仿真軟件，功放級(jí)電路使用的是替代芯片，故有一定的誤差存在。電子混響級(jí)電路中使用的芯片在該軟件不能找到，因此沒(méi)有對(duì)該級(jí)電路進(jìn)行仿真。本次仿真得到了頻率響應(yīng)、放大倍數(shù)。4.1仿真圖圖4.1仿真圖翻開(kāi)multisim10仿真軟件，按上圖所示繪制出仿真圖?？紤]到電路圖較復(fù)雜，將整體分為四局部，先繪制完每個(gè)局部，再逐次連接這四個(gè)局部即可。繪制步驟為：首先，添加所需要的器件〔電阻、電源、電容等〕，按一定位置排列；隨后，用導(dǎo)線將器件連接好。要注意所繪制圖形要緊湊，盡量不要分隔距離過(guò)大。4.2話音放大與混合前置放大選擇示波器和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，并接入電路中。注意正確接線，雙擊示波器，按照?qǐng)D4.2調(diào)節(jié)相應(yīng)比例，左擊中的，觀察示波器顯示的結(jié)果并分析。圖4.2話音放大與混合前置放大〔正弦波〕現(xiàn)將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器波形換成矩形波，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果如圖4.3所示。圖4.3話音放大與混合前置放大〔矩形波〕綜合圖4.2和圖4.3可以看出，話音方大與混合前置放大根本做到將磁帶放音機(jī)輸出的音樂(lè)信號(hào)與電子混合后的聲音信號(hào)進(jìn)行混合，且不失真地放大聲音信號(hào)，并保