扩音器电路设计

吉林工程技术师范学院-课程设计1电子技术课程设计论文---扩音器电路设计院系：电气工程学院专业：测控技术仪器班级：1141姓名：徐航学号：10指导教师：刘强王军2013年06月28日吉林工程技术师范学院-课程设计2目录第一章绪论.................................................1第二章系统总设计方案....................................22.1音频功放的简介...........................................22.2音频功放的基本原理.......................................22.3方案的确定...............................................3第三章仿真实验及硬件电路设计..........................53.1仿真实验.................................................53.2各工作区原理说明.........................................5第四章硬件安装及调试......................................94.1电路板的制作.............................................94.2电路安装所需的元器件.....................................94.3元器件的焊接............................................104.4焊接的注意事项..........................................114.5成板的的调试............................................11第五章总结与心得.........................................12致谢..........................................................14参考文献....................................................15附录...........................................................I附录一：功率放大电路Protues仿真电路图.......................I附录二：功率放大电路ProtelDXP电路原理图及PCB布线图......III附录三：腐蚀板图............................................IV附录四：电路板成品图.........................................V吉林工程技术师范学院-课程设计1第一章绪论扩音器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。因此我们组选用9013作为前置放大器，使选择所需要的音源信号大到额定电平并且可以进行各种音质控制，以美化声音。随后，我们组采用LM386作为音频放大，因为LM386静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电，工作电压范围宽，4-12Vor5-18V。外围元件少。电压增益可调，20-200，低失真。根据上述我们组的扩音器可由图1-1-1所示框图实现。图1-1-1音频功率放大器组成框图话筒输入VoRL前置放大音调控制功率放大吉林工程技术师范学院-课程设计2第二章系统总设计方案2.1音频功放的简介进入21世纪以后，各种便携式的电子设备称为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等扽。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器别开发出来。它的最大特点就是能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。2.2音频功放的基本原理音频功放实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。前置放大主要是完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。后一集的主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频扩音器具有体积小、重量轻、调试简单、效率高、失真小、使用方便等优点，已经成为在音频领域中应用十分广泛的功率放大器。当它外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。见图2-2-1，为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态吉林工程技术师范学院-课程设计3功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式特性:（1）静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电。（2）工作电压范围宽，4-12Vor5-18V。（3）外围元件少。（4）电压增益可调，20-200。（5）低失真度。LM386内部电路见图2-2-2。图2-2-1LM386外形与管脚排列2.3方案的确定由小组成员设计相应的扩音器电路的电路图见附图2-1，我们采用LM386作为功率放大器，确定各级的增益分配，放大倍数Vs.dB数0dB：一般将信号电平（0dB）即0.775V作为衡量放大器灵敏度的参考标准。5mV的dB数为：图2-2-2LM386内部电路吉林工程技术师范学院-课程设计4dB44)775.0/005.0lg(20。因为采用的集成芯片LM386，其输出功率为20W，则负载上的电压为：VRPULoL136.12又话筒输入为5mV，则整个电路的增益为20lg（13/0.005）=68dB。考虑到音调级必要的衰减，增益为－2dB左右。所以取整个电路的增益为70dB。则各级的增益如下：*功放级：26dB（厂家给定的）*音调控制级：-2dB。*前置放大级：44dB。吉林工程技术师范学院-课程设计5第三章仿真实验及硬件电路设计3.1仿真实验首先在Proteus软件中进行模拟仿真，试验电路是否符合设计要求。仿真电路图与仿真结果见附图1-1，然后在AltiumDesigner软件中画出电路图，进行原件调整和布局。电路图见附图2-1，然后进行PCB板制作，布线，PCB板布线图见附图2-23.2各工作区原理说明(1)声音输入系统C1的作用为低频滤波，R1的作用为限流作用，防止麦克烧坏，C2的作用是滤去声音信号中的直流分量，RP2的作用是调节音质。如图3-2-1所示。图3-2-1声音输入原理图(2)电压放大系统将声音输入系统中所采集的电压进行放大，静态时，BJT各电极的直流电流及个电极间的直流电压分别用Ib、Ic、Vbe、Vce表示，些电流电压的数值吉林工程技术师范学院-课程设计6可用BJT特性曲线上的一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q，因此常将上述四个变量写成IBQ、ICQ、VBEQ、VCEQ。动态中输入正弦信号Vs后电路将处在动态工作情况。此时，BJT各级电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号做相应的变化。基极-发射级间的电压VBE=VBEQ+Vbe，vbe是vs在发射极上产生的交流电压。当vbe的幅值小小于vbeq，且使发射结上所加正向电压仍然大于vth时，vbe随vs的变化必然导致受其控制的基极电流ib，集电极电流ic产生相应的变化，即iB=IBQ+ib,iC=ICQ+ic，其中ic=Bib是交流电流。与此同时，集电极-发射级间的电压Vce也将发生变化，Vce=Vcc-iC*Rc=VCEQ+vce.如图3-2-2所示。图3-2-2电压放大原理图(3)功率放大系统功率放大系统由LM386N-1及电容和电阻构成，因为电流放大系统所放大的电压为同相电压，所以由LM386的3脚输入，因为LM386的2、3引脚为输入端，且2脚反相输入端，3脚为同相输入端，5脚进行输出。1、8脚为增益设定档，若1、8脚间10vf的极性电容，则放大倍数为200，本试验品1、8脚间未接电容，则放大倍数为20倍。如图3-2-3所示。吉林工程技术师范学院-课程设计7220uFC1LS1Speaker100R110uFC2INPUT图3-2-3功率放大原理图(4)声音输出系统由电阻、电容、扬声器构成。R1作用为分压，防止扬声器被烧坏。C1与C2的作用是降噪、滤去直流分量。如图3-2-4所示。图3-2-4声音输出原理图吉林工程技术师范学院-课程设计83.4整体电路原理图见图3-4-1,通过驻极体话筒将声音信号改为电信号后进入电路，后经过BJT9013对信号进行放大，再由LM386进行整理传送后由扬声器将电信号改成声音信号输出。图3-4-1整体电路图话筒输入VoRL前置放大音调控制功率放大吉林工程技术师范学院-课程设计9第四章硬件安装及调试4.1电路板的制作（1）在覆铜板上画取所需要的电路板区域，并进行切割。（2）用砂纸将覆铜板进行打磨，磨去表面氧化层。（3）用铅笔在覆铜板上进行画线，画完之后用信号笔按铅笔所画的线进行描画。保证线路清晰且明确。（4）配制腐蚀液，按照1：4的比例，将腐蚀粉和水进行配比，倒入准备好的腐蚀筒中（选取的腐蚀筒不宜过大，也不要过小，要保证电路板可以完全放入）。将电路板放入腐蚀筒中，进行腐蚀（要保证电路板完全浸入腐蚀液中，但不要使电路板碰触到筒底，最好倾斜放入，注意腐蚀进程，防止出现断线情况。不可用手抓取正在腐蚀的板子，腐蚀液的腐蚀性很强，避免自己受伤）。（5）待电路板腐蚀好后，拿出电路板。用香蕉水擦去信号笔所画出的线，检查是否有断线情况。（6）利用台钻在电路板的管脚进行打孔，成板请见附图3-1。,4.2电路安装所需的元器件元器件名称元器件参数数目色环电阻330Ω233kΩ1贴片电阻51kΩ13.3kΩ1100Ω1电位器47kΩ11kΩ1极性电容220ϰF110ϰF4100ϰF1磁片电容0.01F1三极管90131麦克1吉林工程技术师范学院-课程设计10运放LM38614.3元器件的焊接（1）拿出电烙铁，以45度靠紧焊接面进行预热；（2）然后将焊锡丝同时伸向被焊的组件脚及焊盘，一起接触被焊处；（3）焊锡丝熔化，向焊接处推入焊锡丝，使焊锡润湿焊盘与组件脚，当焊点上的焊锡成圆锥形时即抽离焊锡丝（应控制焊锡丝的熔化量不能过多，以免造成浪费；（4）在焊锡完全熔化