71低频电子线路设计报告

低频电子线路课程设计课题：音响放大器的设计与制作专业：电子信息工程班级：09电信一班学生姓名：刘鹏学号(考号)：14092200192指导教师：陈松邓已媛日期：2011.3.20目录-1-一．设计任务要求····························································二．设计框图及整机概述··················································三．主要单元电路的设计方案及原理说明·····························五．调试过程及结果分析···················································六．设计、安装及调试中的体会及对课程设计建议·················七．参考文献···································································八．附录·········································································附录A音响放大器原理图···················································附录BPCB板图································································附录C音响放大器实物图··················································附录D元器件清单···························································-2-一、设计任务要求设计一音响放大器，要求具有：音调输出控制卡拉OK伴唱对话筒与录音机的输出信号进行扩音主要技术指标额定功率Po≥1W(3%)；负载阻抗RL=8；截止频率fL=40Hz，fH=10kHz；音调控制特性1kHz处增益为0dB，100Hz和10kHz处有±12dB的调节范围，AVL=AVH≥20dB；话放级输入灵敏度5mV；输入阻抗20。二、设计框图及整机概述-3-音响放大器的基本组成框图如图1，各级电压增益分配见图2。话筒扬声器图1音响放大器的基本组成框图话放级混放级音调级5mVAV18.5倍18.5dB42mVAV23倍9.5dB125mVAV30.8倍–2dB100mVAV430倍29.5dB3VAV=612倍(56dB)功放级图2各级电压增益分配三．主要单元电路的设计方案及原理说明话音放大器电子混响器（1K电阻）磁带放音机音调控制器混合前置放大器功率放大器-4-1.话音放大器由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。具体设计见图：耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定，一般取AVF=1+RFR2C1=C3=(3～10）12RLfL反馈支路的隔直电容C2一般取几微法。Ri=R（R1一般取几十千欧。）-5-2、混合前置放大电路实质就是一个反向加法电路。利用：202021105oRRVVVRR（其中V1、V2话筒经放大器的电压和录音机的输入电压.V0前置放大级的输出电压)。混合前置放大电路见下图：3、音调控制器音调控制器是对低音和高音的增益进行提升和衰减，中音频的增益保持不变。其电路可以用低通滤波器和高通滤波器构成通过调节低通和高通的电阻R达到调节增益的目的。RFR1V1＋RFR2V2)v1v2R1R2RF－＋voVO=－-6-音调控制器的主要作用是控制、调节音响放大器的幅频特性，f0=1kHz为中心频率要求增益为0dB。音调控制器电路见图5。viR1RP1R2C1C2R4C3R3RP2C5vo＋－＋C4＋图5音调控制器其中C1=C2≥C3在中低频C3可以看作为开路作为低通滤波电路。在中高频电路中C1和C2可以看作为短路作为高通滤波电路。（1)当ff0时C3看作开路（如图6a,b所示）当RP1的滑臂滑到最左端时对应低频提升最大情况（如图a）12121io/)(j1/)(j1jRRRPVVA它是一个低通滤波电路增益表达式为:其中当ffL1时C2可以认为是开路利用运算放大器两个非常重要的概念;虚短虚断求出电压的增益为：)π2/(1)(/121L1211CRPfCRP或)π2/()()(/)(22121L2221212CRRPRRPfCRRPRRP或-7-AVL=(RP1+R2)/R1当f=fL1时因为fL2=10fL1利用电路的电压增益公式（1）可以求出电压增益刚好是下降了3dB。(a)viC2R4R1RP1R2vo－＋(b)viC1R4R1RP1R2vo－＋(a)(b)图6ff0时音调控制器分析当f=fL2时通过公式（1）同理可得电压相对于17dB当ffL1时等效电路图如下图6（b）所示理论同上所诉可以得到对低频区的衰减幅频特性（2）当f﹥f0时当f﹥f0时，原理图如图7(a)所示，等效电路图如图7（b）所示。图中R1R2R4组成星行连接。如果我们取R１＝R２＝R４可以得到Rａ＝Rｂ＝Rｃ、3R１＝3R２＝3R４121V1R2/)RRP(A-8-(a)(b)图7ff0时音调控制器分析Rp2滑到最左端时等效电路图如图所示。图为一阶高通滤波器电路，利用虚短虚断可以得到电压传递函数。其中当f＜fH1时，C3视为开路电压增益ＡV0＝Ra/Rb＝１当f＝fH1时，将数据代入公式（2）得可以知道对应提升了3dB当f＝fH2时，同低通时一样提升17dB当f当ffH2时，C3视为短路，此时电压增益为AVH=（Ra+R3）/R3综上只要调节RP1和RP2就可以控制音调。43abio/j1/j1)j(RRVVAπ2/1/133aH133a3CRRfCRR或33H233421/1CRfCR或V0V32AAviC3R3RaRbvo－＋RP2RcviC3R3RaRb－＋vo-9-4、功率放大器功率放大器(简称功放)的作用是给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。本次设计用的功放是LM386，以下为其资料：LM386是一种低电压通用型低频集成功放。该电路功耗低、允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少,广泛用于收录音机、对讲机、电视伴音等系统中。LM386内部电路共有3级。V1～V6组成有源负载单端输出差动放大器作输入级,V5、V6构成镜像电流源作差放的有源负载以提高单端输出时差动放大器的放大倍数。中间级是由V7构成的共射放大器,也采用恒流源I作负载以提高增益。输出级由V8～V10组成准互补推挽功放,VD1、VD2组成功放的偏置电路以利于消除交越失真。LM386的管脚排列如图（b）所示,为双列直插塑料封装。管脚功能为:2、3脚分别为反相、同相输入端;5脚为输出端;6脚为正电源端;4脚接地;7脚为旁路端,可外接旁路电容以抑制纹波;1、8脚为电压增益设定端。R1VD22反相输入15kΩV150kΩV5V2150Ω7旁路15kΩ8R21.35kΩ1V6V4V315kΩR3350kΩ同相输入VD1＋ECV7V8V965输出4地V10增益设定ILM3868增益设定增益设定12反相输入43同相输入地7旁路＋EC输出(a)(b)65-10-LM386的典型应用电路如下图所示：5脚输出:R3、C3构成串联补偿网络与呈感性的负载（扬声器）相并,最终使等效负载近似呈纯阻,以防止高频自激和过压现象。7脚旁路:外接C2去耦电容,用以提高纹波抑制能力,消除低频自激。1、8脚电压增益设定:其间接R2、10μF串联支路,R2用以调整电压增益。当R2=1.24kΩ时,Auf=50。当1、8脚开路时,负反馈最深,电压放大倍数最小,设定为Auf=20。当1、8脚间接入10μF电容时,内部1.35kΩ电阻被旁路,负反馈最弱,电压放大倍数最大,Auf=200（46dB）。当1、8脚间接入电阻R和10μF电容串接支路时,调整R可使电压放大倍数Auf在20～200间连续可调,且R越大,放大倍数越小。uiR1C1324－＋LM386C27EC610μF18R25C3R3C4RL-11-五、调试过程及结果分析调试过程1、合理布局，分级安装作为一个小型系统，安装前要对整机合理布局，安装时应按顺序（如从输入级到输出级）逐步安装。安一级调试一级，直到整机安装完毕2、电路的调试电路的调试采用先分级调试，再联级调试，最后进行整机性能测试。分级调试采用静态和动态两种方式。测静态时，将输入接地，测量输出端、话放级、音调级功放级。动态测试时，输入端接入确定信号（如正弦信号）并用示波器观测，观察输出波形是否符合要求。进行联级测试时，由于级间相互影响，可能使单级的技术指标发生很大的变化，甚至多级不能共联。产生的原因：一是布线不合理，形成级间耦合，可考虑重新布线；二是电流流经电源内阻产生的压降引起的自激，可RC滤波电容来消除。另外，集成块内部多极点引起的正反馈易引起自激，增强外部电路的负反馈可消除这种现象。-12-结果分析（1）额定功率音响放大器输出失真度小于某一数值时的最大功率称为额定功率。其表达式为：P0=V02/RL测量P0的步骤如下：功率放大器的额定输出端接额定负载电阻RL（代替扬声器），逐渐增加输入电压Vi,直到V0的波形刚好不出现削波失真，此时对应的输出电压为最大的输出电压，而后根据公式可得额定功率P0。注意：在最大电压测量完成后应迅速减小Vi,否则会破坏功率放大器。（由于干扰太大，在振幅为5mV时波形观察有困难，故未测得）（2）音调控制特性输入信号Vi从音调控制级输入端的耦合电容加入，输出信号从输出端的藕和电容引出，分别测试低音频提升-高音频衰减和低音频衰减-高音频提升两条曲线。测量频率点fL1fL1fLxfL2f0fH1fHxfH2fH2Vi=100mV20Hz100Hz100Hz300Hz1kHz5kHz15kHz30kHz50kHz低音频提升高音频衰减Vo/mV51440017013510080653615Av/dB14.2012.004.602.600-1.94-3.74-8.87-16.48低音频衰减高音频提升Vo/mV12244862100118308472560Av/dB-18.42-12.40-6.38-4.1501.449.7713.4814.96-13-（3）频率响应整机放大电路的电压增益相对于中音频f0=1kHz的电压增益下降3dB对应低音频截止频率fL和高音频截止频率fH，称fL~fH为整机电路的频率响应。测量步骤是：放大器的输入端接Vi,（保持5mV）,RP1和RP2置于中间位置使函数信号发生器输出20Hz-50kHz变化测出负载上的输出电压V0，绘出频率响应曲线如图13所示。图13频率响应曲线（4）输入阻抗将从音响放大器输入端看进去的阻抗称为输入阻抗。本实验接高阻话筒，Ri远大于20k，接录音机Ri远大于500K。（5）输入灵敏度输入灵敏度是使音响放大器输出额定功率时所需的，输入电压有效值。测量方法是Vi从零逐渐增大，直到输出为V0（额定）此时的Vi即为输入灵敏度。（6）噪声电压201730－3－17－20fLxfL1fL2f0(1kHz)fHxfH2fH1f/Hz20dB/10倍频AV/dB-14-输入为零时，输出负载上的电压称为噪声电压VN。（7）整机效率其表达式为：效率=P0/PC×100%.上式中P0为输出的额定功率；PC为输出额定功率时