带音调控制的音响放大器的设计

带音调控制的音响放大器的设计一．设计目的（1）熟悉集成运放的特点（2）了解放大电路的频率特性和音调控制原理（3）学习音响电路的测试方法，测试各项指标及电路的音调控制特性。二．实验准备（1）阅读本实验简要说明中的内容，按图的形式进行实验电路布线和组装。（2）估算前置级（A1）和音调控制级（A2）的电压增益、音调控制范围。（3）了解扩音机电路的各项指标，拟订各项指标的测试方法。（4）提出本次实验所需的仪器设备三．实验原理扩音机的整机电路如下图所示，按其构成，可分为前置放大级，音调控制级和功率放大级三部分。（1）.功率放大级本实验电路的功率放大级由集成功率器件TDA2030A连成OCL电路输出形式。TDA2030A功率集成电路具有转换速率高，失真小，输出功率大，外围电路简单等特点。TDA2030A功率集成电路的内部电路包含由恒流源差动放大电路构成的输入级、中间电压放大级，复合互补对称式OCL电路构成的输出级；启动和偏置电路以及短路、过热保护电路等。其结构框图如图所示。TDA2030A的电源电压为±6V－±22V，静态电流为50mA（典型值）；1脚的输入阻抗为5MΩ（典型值），当电压增益为26dB、RL=4Ω时，输出功率Po=15W。频带宽为100KHz。源为±14V、负载电阻为4Ω时，输出功率达18W。为了提高电路稳定性，减小输出波形失真，功放级通过R10，R9，C9引入了深度交直流电压串联负反馈，由于接入C9，直流反馈系数F´≈1。对于交流信号而言，因为C9足够大，在通频带内可视为短路，所以交流反馈系数,按电路的实际参数。因而该电路的电压增益。可见改变电阻R9、R10可以改变电路增益。电容C15、C16用作电源滤波。D1和D2为保护二极管。R11、C10为输出端校正网络以补偿电感性负载，避免自激和过电压。（2）音调控制电路常用的音调控制电路有三种形式，一是衰减式RC音调控制电路，其调节范围宽，但容易产生失真；另一种是反馈型音调控制电路，其调节范围小一些，但失真小；第三种是混合式音调控制电路，其电路复杂，多用于高级收录机。为使电路简单而失真又小，本音调集成功率电路中采用了由阻容网络组成的RC型负反馈音调控制电路。它是通过不同的负反馈网络和输入网络造成放大器闭环放大倍数随信号频率不同而改变，从而达到音调控制的目的。下图是这种音调控制电路的方框图，它实际上是一种电压并联型负反馈电路，图中Zf代表反馈回路总阻抗；Zi代表输入回路的总阻抗。电路的电压增益：只要合适选择并调节输入回路和反馈回路的阻容网络，就能使放大器的闭环增益随信号频率改变，从而达到音调控制的目的。组成Zi和Zp的RC网络通常有下图所示四种形式。（a）：低音提升UoZfAufUiZi图(a)中若C1取值较大，只有在频率很低时才起作用，则当信号频率在低频区，随频率降低，|Zf|增大，所以|Auf|提高，而得到低音提升。（b）：高音提升图(b)中，若C3取值较小只有高频区起作用，则当信号在高频区且随频率升高|ZI|减小，所以|Auf|提高，从而可得到高音提升。（c）：高音衰减（e）：低音衰减（f）：四种电路形式组合起来即可得到下图形式的反馈型音调测试电路。（3）：前置放大电路由A1组成的前置放大电路是一个同相输入比例放大器，电路的闭环特性如下，理想闭环电压增益：输入电阻Rif=R1，输出电阻Rof=0。扩音机电路的增益是很高的，所以扩音机的噪声主要取决于前置放大器的性能。为了减小前置级放大器的噪声，第一级要选用低噪声的运放。另外，如输入线的屏蔽情况，地线的安装等等都对噪声有很大影响。四：实验内容1．安装有两级运放组成的前置放大级A1、音调控制级A2及集成功放电路，如上页电路原理图所示。并仔细复查整机电路的接线是否正确无误；2．在下列条件下测试前置级、音调控制级、功率放大级的电压增益和整机增益。（a）：音量电位器RP3置于最大位置。音调控制电位器置中心位置。（b）：扩音机的输出在额定输出功率以内，并保证输出波形不产生失真。（d）：输入信号频率为1KHz的正弦波。3．测量各项指标。（a）：最大不失真输出电压Vomax(或Vopp)（b）：输入灵敏度Vimax（c）：最大输出功率Po4．噪声电压除去输入信号并且将扩音机电路输入端对地短路，此时测得的输出电压有效值即为VN。5．整机的频率响应在高低音不提升、不衰减时（即将音调电位器RP1和RP2放在中心位置），保持输入信号幅度不变，并且改变输入信号Vi的频率。随着频率的改变，测出当输出电压下降到中频（f=1KHz）输出电压Vo的0.707倍时，所对应的频率fL和fH。一般要求频带不小于50Hz～20KHz。6．整机的高低音控制特性231RRAuf（a）：先将RP1、RP2电位器旋至中间位置，减小输入信号幅度（f=1KHz），使输出电压为最大输出电压的10％左右。并保持Vi不变，测出Vo，算出中频（f=1kHz）时的AV。（b）：f=100Hz时的音调控制特性使电位器RP2旋至二个极端位置A和B，依次测出AVA和AVB（即测出VOA和VOB）,并由此计算出净提升量和净衰减量，用分贝表示。（c）：f=10KHz时的音调控制特性使电位器RP1旋至二个极端位置C和D，一次测出AVC和AVD，由此计算出净提升量和净衰减量，用分贝表示。五：实验数据（1）：电路接线图（Multisim）2.前置级、音调控制级、功率放大级的电压增益和整机增益。前置级音调控制级功率放大级整机Vi128.29mVVi2172.42mVVi3172.38mVVi28.284mVVo1172.46mVVo2172.45mVVo35.73VVo5.73VAV16.09AV21.00AV333.24AV202.593.各项指标最大不失真输出电压Vomax输入灵敏度Vimax最大输出功率Po15.51V54mV60W4．噪声电压VN=3.878mV5．整机电路的频率响应fH=9.8KHZfl=10.6HZ6．整机的高低音控制特性（a）：中频f=1000HZVi=2mV，Vo=573mV，Av=286.5（b）：低频f=100HZA：Vi=20mV，Vo=5.904V，Ava=295.2B：Vi=20mV,Vo=5.527V，Avb=276.3520lg(Ava/Av)=0.26dB，20lg(Avb/Av)=-0.31dB（c）：高频f=10KHZC：Vi=20mV，Vo=3.149V，Avc=157.45D：Vi=20mV，Vo=3.146V，Avd=157.3020lg(Avc/Av)=-2.6，20lg(Avd/Av)=-2.6六：实验总结引起噪声、自激、失真现象的原因分析1．噪声的产生原因主要有：电源干扰噪声；电磁辐射干扰噪声；接地回路噪声；设备内部的电路噪声。2．自己产生的原因：低频自激噪声是指噪声的频率较低，通常是由于滤波电容失效或电源整流器性能不好造成电源内阻增大引起的。高频自激噪声是指频率较高的自激噪声，如高频啸叫声等。高频自激多为某一液晶体管不稳定或是输入输出线太靠近，也有可能是补偿电容失效或变质引起的。3．失真主要有以下几种：谐波失真——音响系统重放后的声音比原有信号源多出许多额外的谐波成分。瞬态失真——瞬态失真又称瞬态响应，它的产生主要是当较大的瞬态信号突然加到放大器时由于放大器的反映较慢。电信103班周行（201032000003）2010年11月7日