模拟电子电路课程设计低音炮音响设计.docx
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模拟电子电路课程设计低音炮音响设计
模拟电子电路课程设计
—低音炮音响设计
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31090
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低音炮音响电路设计
摘要：
低音炮音响是滤出音频中低音信号，对低音信号进行前置放大，达到一定强度后，再进行功率放大。
对于中频信号直接进行放大。
放大后输出的声音发生共振，达到重低音效果。
本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。
整个电路主要由稳压电源、低频信号滤出电路、前置放大器、功率放大器共4部分构成。
稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源。
前置放大器主要是电压的放大。
功率放大器实现电流、电压的放大。
波形变换电路是将正弦信号电压变换成规定要求的方波信号。
设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。
实验结果表明该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性,为功率放大器的设计提供了广阔的思路。
关键词：
低频信号滤出电路低频信号前置放大电路功率放大电路稳压电源电路
第一章设计指标
低频功率放大器作为音响等电子设备的后级放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。
同时低频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。
因此设计出实用、简洁、低价格的低频功率放大器是一个发展方向。
低音炮音响电路共有以下部分组成：
9V稳压电源、低频信号滤出电路、前置放大器、功率放大器。
其中，低频信号的滤出、前置放大和功率放大部分为重点。
为了使本电路系统设计简洁、实用并且达到高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应，达到低音放大效果，须达到以下技术指标：
1、9V稳压电源能为前置放大电路和功率放大电路提供稳定的9V直流电压
2、低频信号滤出部分能滤出音频信号中20-200HZ的低频信号
3、低频信号前置放大电路能对低频信号进行电压放大，并保证放大后不失真
4、功率放大器对音频信号进行功率放大，即电流和电压的放大，并保证放大后不失真
5、两个喇叭最终可以达到共振效果
第二章系统框图
系统原理方框图如图一所示。
根据题目任务,我们设计有四个基本电路
1、9V稳压电源
2、低频信号滤出电路
3、低频信号前置放大器
4、功率放大器
图一系统原理方框图
其中低频信号滤出电路主要完成滤出音频信号中20-200HZ的低频信号；前置级主要完成小信号的电压放大任务；功率放大级则实现对信号的电压和电流放大任务；直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量。
该系统是一个高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的音响与脉冲传输、放大兼容的实用电路。
第三章单元模块设计
各单元模块功能介绍及电路设计：
3.1低频信号滤出电路：
设计电路如图二所示。
该电路采用无源滤波方式，无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波（包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等）。
本电路为无源滤波中RCπ型滤波，有电阻电容组成，达到低通滤波的效果。
根据技术指标要求，需滤出20-200HZ的低频信号，该电路完全可以达到需要。
图二低频信号滤出电路
对于该电路，由f0=1/2πRC=115HZ,对于20-200HZ的低音信号可以滤出，而高于200HZ的信号则被大幅度削弱。
所以该电路可以对于含有低频和中、高频的混合音频信号进行处理，从中滤除或削弱高于200HZ的中、高频信号，滤出20-200HZ，为下级放大电路提供信号。
3.2低频信号前置放大电路：
前置放大电路可以采用集成运算放大器构成的前置放大器,也可以采用专用前置放大器IC构成的前置放大器电路,从经济方面考虑本设计采用的是集成运算放大器方案,设计前置放大器可供选用的集成运算放大器有很多,有LF347、LF353、LF357、LF356、0P-16、OP-37、NE5532、NE5534等。
主要考虑的技术指标是带宽、电压增益、转换速率、噪声和电流消耗等。
为提高前置放大器电路输入电阻和共模抑制性能,减少输出噪声,采用集成运算放大器构成前置放大器电路时,必须采用同相放大电路结构,电路如图三所示。
图三前置放大电路
为了尽能保证不失真放大,图三采用两级运算放大器电路A1和A2,放大器的增益取决于R1、R2,即AvA=R4/R1,
由上述分析可知,低频功率放大器的总增益为68dB,两级前置放大器的增益安排在50dB左右比较合适,每级增益在25dB左右,以保证充分发挥每级的线性放大性能并满足带宽要求,从而可保证不失真,即达到保真放大质量。
C2为隔直流电容,是为满足各级直流反馈、稳定直流工作点而加的。
但对于交流成分,CC2必须呈现短路状态,即要求C2的容抗远小于R2的阻值。
C1、C3为耦合电容,为保证低频响应,要求其容抗远小于放大器的输入电阻。
R2为运放输入端的平衡电阻,通常R2=R4。
图中第二级为跟随电路，跟随电路具有输入电阻大，输出电阻小的特点，可以做多级放大器的中间级，即缓冲级。
说得通俗一点，就是做阻抗变换，使前后级之间实现阻抗匹配。
所以两级放大电路前加了跟随电路实现阻抗匹配。
3.3功率放大电路：
前面已经说过功率放大电路可由分立元件组成也可以由集成功放组成。
分立元件组成的功率放大电路，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。
在分立元件组成功率放大电路中由三极管、二极管、电阻、电容等器件组成的核心电路，提供了自由调整的余地。
但分立元件组成的功率放大电路只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成功率放大电路。
而且为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电路。
集成功率放大电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。
以下介绍采用集成芯片构成的的功率放大器。
由于前置电路分为低频和中频部分，所以功率放大也分为低频提升功率放大电路和常用的中频信号功率放大电路。
3.3.1低频提升功率放大电路：
采用集成功放LM386构成的低频功率放大器电路如图三所示。
LM386是一个输出功率最大可达到30W的音频功率放大器，Avo为90dB,失真率为0.015%（1KHz,20W），带宽为70KHz，具有AC和DC短路保护电路和热保护电路，电源电压范围为5-24V
在图三电路中，输入信号Vi经过滑动变阻器和电容C1耦合到LM386的3脚，功率放大后从5脚输出，经过电容C3后加到扬声器。
R1、C5串联接在输出端用以抑制高频噪声。
C2用于电源去耦滤波，防止功率放大器产生高频自激，去耦是指对电源采取进一步的滤波措施，去除两级间信号通过电源互相干扰的影响。
R2、R5组成反馈网络；C1为信号耦合电容，耦合指信号由第一级向第二级传递的过程。
电源电压采用+9V。
LM386开环增益为26dB，即放大倍数A=20。
图四低频提升功率放大电路
3.3.2中频信号功率放大电路：
这部分功率放大采用TDA2030完成。
TDA2030具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。
热保护：
限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。
与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。
万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被减少。
图五中频信号功率放大电路
输入信号Vi经过滑动变阻器和电容C1耦合到TDA2030的1脚，功率放大后从4脚输出，经过电容C7后加到扬声器。
C1为耦合电容，R6、C4串联接在输出端用以抑制高频噪声。
C2、R2用于电源去耦滤波，防止功率放大器产生高频自激，去除两级间信号通过电源互相干扰的影响。
放大倍数由R3、R4共同决定，放大倍数A=1+R4/R3。
3.49V直流稳压电源：
直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量，根据以上设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，仅需要稳压电源输出的一种直流电压即+9V。
图六9V直流稳压电源
因三端稳压器具有结构简单、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，本设计中采用LM7809，电源经1000uF电解并并上330uF电容依次滤掉各种频率干扰后输出,输出电压直流性能好,实测其纹波电压很小，且电压稳定，带载能力强。
第四章完整电路及原理分析
4.1完整电路：
如图五所示为该系统的完整电路
图五完整电路
4.2原理分析：
本电路设计简洁、实用，各模块单元均选用集成运放电路。
声音信号输入后，一部分经低频信号滤出电路滤出，送到前置放大电路进行电压放大，让后送到功率放大器进行电压和电流放大。
另一部分送到TDA2030进行放大。
在前置放大级电路中采用LM358，进行两级放大。
低频功率放大电路采用LM386.中频功率放大级中采用运放TDA2030。
如此设计使得电路外围结构简单，体积小巧精致，且较好的结合了各运放的优良性能，使电路能满足各项指标。
第五章元器件清单
该电路所用元器件：
元件清单
序号
元件名
数量
参数
1
变压器
1
220V/9V×1
2
低频功放
1
LM386×1
3
电源芯片
1
7809×1
4
功放
1
TDA2030×1
5
音频线
1
6
运放
1
LM358×1
7
变阻器
2
50k×1、10k×1
8
开关
2
9
喇叭
2
8Ω5W×1
10
瓷片电容
6
473×2、333×2、103×1、104×1
11
稳压管
6
IN4007×6
12
电解电容
11
1000uF×1、220uF×1、22uF×1、10uF×5、4.7uF×1
13
电阻
11
470k×1、100k×2、47k×1、20k×1、10k×4、10×2
14
导线
若干
第六章电路整体评价
电路重点为低音信号的滤出和放大部分。
声音信号输入后，一部分经低频信号滤出电路滤出，送到前置放大电路进行电压放大，让后送到功率放大器进行电压和电流放大。
另一部分送到TDA2030进行放大。
在前置放大级电路中采用LM358，进行两级放大。
低频功率放大电路采用LM386.中频功率放大级中采用运放TDA2030。
所用低频信号处理芯片干扰小、响应快、高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带。
而前置放大电路可以对小信号进行前置放大，放大后送到下级在进行功率放大，保证了低音信号的质量和强度，从而实现重低音效果。
但在实际制作和调试过程中，发现该电路相对比较复杂，制作困难，结果不是太理想，有较大杂音，低音效果并不是很好。
在以后的制作中，应注意电路板的排线问题，尽量减少干扰的形成。
同时应进一步了解电路工作原理，调整额各模块的电路结构，已达到预定效果。
第七章心得体会
第一次接触模拟电路课程设计，我感触颇深：
经过这段课程设计的日子，我发现从刚开始的multisim到现在的visio，不管是学习哪种软件，都给我留下了很深的印象。
由于没有接触，开始学得很费力，但到后来就好了。
在课程设计中遇到问题，最好的办法就是问别人，因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。
这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就已遇到，向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。
虽然整个过程困难重重，但我的收获也是显而易见的。
对于multisim，现在基本可以熟练应用；提高了自己的逻辑思维能力，是自己在电路设计及分析上有很大提高；提高了自己查阅资料及独立思考的能力：
而自己的动手能力页有很大的提高，自己走出了新手的阶段。
这一个个进步虽然不大，但我还是非常高兴和激动。
课程设计过程中，我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。
在以后的工作和学习中，我一定会努力改正自己，提高自己，使自己的综合能力得到新的提升。
通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作铺展了道路。
另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的一大收获。
整个设计虽然颇具周折，但整体上我还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师给予批评指正。
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