模拟电子技术课程设计实验报告

福州大学物信学院《模拟电子技术课程设计》设计报告设计题目：音响放大器设计组别：姓名：学号：同组姓名：专业：微电子学年级：11级指导老师：屈艾文实验时间：《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计2一、设计任务1、音响放大器，具有话筒扩音、音调控制、音量控制、卡拉ok伴唱。音响放大器主要由话音放大器、混合前置放大器、音调控制器和功率放大器构成。设计前，必须了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法；掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的的装调技术。2、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。3、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。二、设计指标①额定功率：P。=0.3W②负载阻抗：R=8Ω③频率范围：125Hz~8kHz④话放级输入灵敏度：5mV⑤输入阻抗：R1kΩ除此之外音调控制特性1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有+12dB、-12dB的调节范围，Avl=Avh=20dB。三、所用仪器和元器件清单(一）所用仪器1、F05A型数字合成函数信号发生器/计数器2、YB4320G示波器《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计3（二）所用元器件清单电源电压为9V（三）主要元件介绍1、LM324LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。序号名称型号数量序号名称型号数量可供元件清单可供元件清单1运算放大器LM324芯片一个5电解电容0.1uF1支1uF2支10uF13支电阻（Ω）10K9支220uF1支47K3支音响放大电路测试元器件75K1支6话筒1~10kΩ1支3电位器（Ω）10K3支7咪头1支100K1支8扬声器0.5W/8.2Ω1支500K2支9集成功率放大器LＭ386芯片一个《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计4LM324的引脚排列见右图。2、LM386LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。特性有静态功耗低，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；低失真度；四、电路图及设计过程分析（一）音响放大器设计思路①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的放大声音信号（最高信号达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。②音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性，由其特性可知音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升和衰减，因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器组成。③功放级的作用是给音响放大器的负载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的小，效率尽可能提高。（二）各级介绍１、话放级由于话筒输出信号只有5mv，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号，其输入阻抗应远大于输出阻抗。放大器的增益在5-10倍之间。我们《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计5小组设计的放大倍数为7.8倍，符合要求。Ａｖ１＝１＋Ｒ２／Ｒ１令Ｒ２＝68ｋＲ１＝１０ｋ则Ａｖ１＝7.5Ｖｉｎ＝5ｍｖＶｏｕｔ＝５＊7．8＝39ｍｖ２、混放级混合前置放大器的作用是将录音机输出的音乐放大，电路是由一个反相加法器构成，输出电压与输入电压关系Vo=-[R2/R1*Vin+R2/R1*Vi2]，我们设计的电压放大倍数为3倍。C2=C4=10uR1=R3=R4=10kR2=R5=30kAv2=3Vin2=39mvVout2=39*3=117mv3、音调调节器音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性，理想控制曲线如下图所示。图中fo（等于1kHz)表示中音频率，要求增益Avo=0DB，fl1表示低音频转折（或截止频率）；fl2(等于10fl1)表示低音频区。放大倍数为0.8倍。《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计6R1=R3=30k,R4=51k,R2=R5=R6=R7=10k,R9+R8=500k,C3=C4=10u,C1=C2=6.8nAv3=0.8Vin3=117vout3=117*0.8=93.6mv4、功放级Av4=2R7/(R5+R6//R)R7=30k,R5=150Ω设Av4=30，则R=2.2k因为没有提供2.2k电阻，所以用2k《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计7则Av4=31.2Vin4=93.6mvVout4=93.6*31.2=2.9v五、仿真波形与分析本次针对第三级音调控制器利用电脑软件ORCAD进行仿真，由之前的计算可知，音调控制器的输入为97.3mv，输入频率分别设为中频1khz、低频125hz、高频8khz,得出9个波形，分别为中频1KHz电路的瞬态仿真结果、低频提升电路的瞬态和交流仿真结果，低频衰减电路的瞬态和交流仿真结果、高频提升电路的瞬态和交流仿真结果、高频衰减电路的瞬态和交流仿真结果。以下为仿真的9个波形及波形分析。中频1k瞬态输入频率设置为1khz，由波形课看出波形峰峰值约为97.3，输出波形和输入波形一样，可看出中频时，没有放大作用。低频瞬态衰减《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计8由波形图课看出输出波形小于输入波形，为衰减状态。低频瞬态提升由波形图课看出输出波形大于输入波形，为提升状态。低频交流衰减输入125hz，左图为输出波形，可看出放大倍数绝对值为24db12db，电路图符合要求。低频交流提升输入125hz，左图为输出波形，可看出放大倍数绝对值为24db12db，电路图符《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计9合要求。高频瞬态提升输入8khz，左图为输出波形，由波形图课看出输出波形大于输入波形，为提升状态。高频瞬态衰减输入8khz，右图为输出波形，由波形图课看出输出波形小于输入波形，为衰减状态。高频交流提升输入8khz，左图为输出波形，可看出放大倍数绝对值为12.4db12db，电路图符合要求。《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计10高频交流衰减输入8khz，右图为输出波形，可看出放大倍数绝对值为12.4db12db，电路图符合要求。六、电路实物照片和PCB布局规则PCB板的布线规则：1、在通常情况下，所有的元件均应布置在电路板的同一面《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计11上，只有顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴片IC等放在低层。2、在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，在一般情况下不允许元件重叠;元件排列要紧凑，元件在整个版面上应分布均匀、疏密一致。3、按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。4、元件布局时,应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起。5、以每个功能单元的核心元器件为中心，围绕他来进行布局。元器件应均匀、整体、紧凑的排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。6、环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。针对这一规则，在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题；在双层板设计中，在为电源留下足够空间的情况下，应该将留下的部分用参考地填充，且增加一些必要的孔，将双面地信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离，对一些频率较高的设计，需特别考虑其地平面信号回路问题，建议采用多层板为宜。7、走线的方向控制规则：即相邻层的走线方向成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰；当由于板结构限制（如某些背板）难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。走线的开环检查规则：8、一般不允许出现一端浮空的布线（DanglingLine),主要是为了避免产生天线效应，减少不必要的干扰辐射和接受，否则可能带来不可预知的结果。七、示波器测试波形与分析《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计12Vin1=14.14mv,Av1=7.8,Vo1=14.14*7.8=110.3mv图中每格为20mv,约5.5格，20*5.5=110，和估计值差不多。Vin2=110mv,Av2=3,Vo2=110*3=330mv图中每格为50mv，约6.5格，50*6.5=325，和估计值差不多《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计13Vin3=330mv,Av3=0.8,Vo3=264mv图中每格为50mv，共6格，约300mv，比估计值略大Vin4=260mv,Av4=31.2,Vo3=0.26*31.2=8.1v图中每格为2v，四格约8v，与设计值相差不大。三、总结对于课程设计，以前在我的脑海中一直是一个陌生的名词。在老师给定课题的那一刻,我虽然不知道怎么去做，但我默默的下定了决心，一定要努力做好一份属于自己的课程设计。在我选定课题后的一段时间里，为了更完美的做好设计流程以及参数的选择，我就开始了收集关于音响放大器课题的资料，在充分准备好资料以后，就按照老师的要求开始了课题的设计。通过此次电子技术大型试验的设计以及调试，掌握了orcad软件的应用和音响放大器的基本设计方法和设计原理，对几种基本电路有了更深刻的认识，并且《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计14掌握了一定的多级放大电路设计和调试的经验。但是，同时也发现自己的许多不足之处。了现自己在将书本知识转化为实践能力的水平还很薄弱，在遇到问题时耐心不足，解决问题时不能够静下心来，比如，在用软件仿真第三极音调控制器时一直出问题，刚开始是低频交流的放大倍数达到11.95db但一直修改就是达不到12db，直到后来多次改变电阻之后才可以，除此之外，自己在连接电路后，放不出歌，便把电路图和布线图反复对照，找出错误之处，才知道是把其中一个电容短接了，最后的输出波形有明显的阶越失真，自己找了很久都没能找到原因，就束手无策了，到处找人帮忙，可惜都不成功，只能找老师帮忙。在老师的检查测试后，发现是电源电压不够了。这次实验，获得数据、做出报告是其次，真正的在于培养我们自己发现问题、解决问题的能力。以后我会更注重自己这方面能力的培养。从根本上使我真正认识到了做好一份课程设计并不是一件容易的事情。它不仅需要熟悉并掌握教材内容还要有很好的创新思维和动手能力。在这次设计的过程中，让我学会了以前没有学会的一些软件。例如：orcad软件的熟练操作和使用。让我体会最多的就是让我在所学教材内容的基础上，在实践过程中的到了更好体现和知识的运用，使理论联系实际的到了更好的结合。使我的动手能力和思维逻辑能力又有了一个新的台阶和升华。