基于Simulink的音响放大器仿真研究(毕业设计)Word格式.doc

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3.1集成元算放大器UA741 18

3.2集成功率放大器LA4102 20

第4章建模与仿真 22

4.1Matlab简介 22

4.2Simulink简介 22

4.3模型建立及各个模块参数设置 23

4.4实验过程及结果分析 29

总结 34

致谢 35

参考文献 36

摘要

音箱是将电信号还原成声音信号的一种装置，还原真实性将作为评价音箱性能的重要标准。

有源音箱就是带有功率放大器（即功放）的音箱系统。

把功率放大器和扬声器发声系统做成一体，可直接与一般的音源（如随身听、CD机、影碟机、录像机等）搭配，构成一套完整的音响组合。

本文阐述了通过Matlab/Simulink仿真，利用UA741运算放大器以及功率放大器LA4102所组成的音响放大电路实现对话筒输入信号以及拾音信号进行放大的功能，为我们了解信号的放大原理以及强化对芯片的理解和应用提供便利。

关键词：

有源音箱、功率放大器、扬声器、Matlab/Simulink、UA741、LA4102、话筒

Abstract

Speakeristhesoundsignalsintoelectricalsignalstorestoreadevicetorestoretheauthenticityoftheperformanceasanimportantcriterionforevaluationofspeakers.ActiveSpeakeriswithapoweramplifier（oramp）andspeakersystem.Thepoweramplifierandspeakersoundsystem,madeone,directlywiththegeneralsource（suchasWalkman,CD,DVDplayer,VCR,etc.）with,constituteacompletesetofsoundcombinations.ThispaperelaboratethetheorysimulationthoughMatlab/Simulink,usethecircuitformedbyoperationalamplifierUA741andpoweramplifierLA4102torealizationthefunctionthatamplificationthemicrophoneinputsignalandthepickupsignal.Provideconvenientforusunderstandingtheprincipleofsignalamplificationandstrengthenourunderstandingandudsaboutthechips.

Keywords:

ActiveSpeaker、PowerAmplifier、SpeakerSound、Matlab/Simulink、UA741、LA4102、Microphone

绪论

我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，这属于低频范围，对于幅度信号很小的音频比如说驻极体话筒输出的信号只有几mv，我们需要对它进行电压放大和功率放大才能变成我们需要的可以驱动扬声器发出声音的大信号，为了更好的了解这一原理及放大过程，我们进行了此次课程设计，下面首先对电压放大器的概念进行一下说明，因为它是功率放大的基础。

电压放大器是应用最为广泛的一种放大器。

我们称输入阻抗无限大，输出阻抗无限小，输出电压与输入电压成固定比例的放大器为理想电压放大器，现实中理想电压放大器并不存在，从理论上可以证明满足环路反馈深度无限大，反馈响应速度无限快的放大器是理想电压放大器，这是应该记住的两个重要的条件。

由于现实的放大器件都不是理想的线性器件，所以实际应用中采用深度环路负反馈是得到近似理想放大器的重要方法，由运放构成的线性放大器电路就是这种应用的实例。

第1章音响放大器的原理及基本组成

1.1原理简述

音响设备是使用广泛的电子产品，其中的电路就是音响放大器。

尽管由于功能和性能的不同，电路的结构有多所不同，但基本组成相同，图1-1是其原理框图

话筒

放大器

混合前置

音调

控制器

功率

拾音

扬声器

图1-1原理框图

话筒（MIC）将声音变成电信号，该信号很弱（约为几毫伏）需要经过放大器放大到数十毫伏。

拾音（LineIn，从收录机、电唱机等取出）信号，一般该信号较大（50～100mV）。

可直接和被放大了的话筒信号一同进入混合放大器，经放大后输入音调控制器，根据人们对不同音调的要求进行调剂，一得到不同的频响增益，经功率放大后送给扬声器。

1.2音响放大器的基本组成

音响放大器由话筒（MIC）、拾音装置（LineIn）、话筒放大器、混合前置放大器、音调控制器、功率放大器和扬声器组成，如图1-1所示。

1.3各部分电路的作用

1.3.1话筒放大器

由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到（亦有低输出阻抗的话筒如，等），所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号（最高频率达到10kHz），为适应多种话筒，应选用高输入阻抗的集成运算放大器，并采用同相端输入。

1.3.2混合前置放大器

混合放大器放大的对象时两路信号，采用加法运算的形式，根据他们新阿红的大小，分别采用不同的比例系数。

混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合放大。

1.3.3音调控制器

音调控制器的目的是调节一相放大器的频率响应，以满足人们对音调的不同要求。

常用的有衰减式、反馈式、图解式，其中反馈式因为调节方便，原件较少，在中、小功率的收录机中得到广泛应用。

1.3.4功率放大器

功率放大器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，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能大。

功率放大器有常见的单电源供电的TTL电路和正负双电源供电的OCL电路。

有集成运放和晶体管组成的功率放大器，也有专用集成电路功率放大器芯片。

在此设计制作中采用LA4102型集成音频功率放大器。

音响系统中用来放大音频信号的放大器又叫扩音机，人们习惯地称之为“功放”（有些并不是单纯的功率放大器）。

放大器有多种多样的电路结构，但就音质效果而言，广泛使用的晶体管，集成电路放大器要达到电子管放大器同样水平，需要增加多个附属电路和实施多个技术措施。

因晶体管功放电路结构简单，工作电压低和集成电路的集成度高，外围电路少，所以仍然是放大器的主流。

第2章电源电路参数及设计

2.1设计方案

总体设计思路是先整体后局部。

按照各级功能及技术指标要求，首先确定整机电路级数及电压赠与分配，而后分别选择，设计格机电路元器件及参数。

通常从功放级开始向前逐级设计。

根据技术指标要求：

音响放大器输入电压（5mV），输出功率，由，求出，取，则整体电路电压放大倍数（增益20lg600，约为55.56dB）。

功率级属于大信号出入（100mV以上），其电压放大倍数一般为几十倍。

音调级在=1kHz时，电压放大倍数为1倍（0dB），实际上有衰减，故取0.8倍。

混放级和话筒放大级，既要考虑自身的输入信号大小，又要考虑集成运放增益带宽乘积的限制，一般混放级取几倍，话放级取10倍左右，各级电压增益分配如图2-1所示

话放级混放级音调级功放级

10

3

0.8

25

5mV50mV150mV120mV=3V

20dB9.5dB-2dB28dB

图2-1各级电压增益分配图

2.2话筒放大器和混合放大器设计

如图2-2所示电路由话筒放大和前置混合放大两级电路组成。

其中选用高输入阻抗的集成运算放大器UA741CP，并采用同相端输入。

由图2-1所示的增益分配，可知话放级，取，。

混响前置放大器的电路由运放UA741CP组成，这是一个反向加法器电路，输出电压的表达式为

（式2-1）

图2-2话筒放大器与混合前置放大器电路设计

2.3音调控制器设计

2.3.1音调控制器的组成和音调调节的基本原理

根据反馈式音调控制器的框图要求，由RC网络和放大器组成的闭环系统，放大器要求，，所以采用集成运算放大器较好，其电路组成如图2-3所示。

图2-3音调控制和音调调节原理图

图中RC网络由～，，，～组成，通常，，，。

2.3.2音调控制器的基本原理

音调控制器是以中品（1kHz）增益（0dB）为基础，对地音频和高音频区的增益进行提升和衰减。

中频时，，相当于短路，开路，很大相当于开路，其中频（相当于0dB）。

低音频区，开路，当调至最左端时低频提升最大，其等效电路分别如图2-4（a）和2-4（b）所示。

图2-4（a）音调控制器低频等效电路（低频衰减）

高音频区，可视为短路，起等效电路图如图2-5所示。

图（a）中，，组成星形连接，图（b）为星形变换为△连接后的等效电路。

电阻关系为

（式2-2）

（式2-3）

（式2-4）

图2-4（b）音调控制器低频等效电路（低频提升）

图2-5（a）音调控制器高频等效电路（星形等效电路）

图2-5（b）音调控制器高频等效电路（△形等效电路）

若取，则。

当调至最右端和最左端时，分别对应高频衰减、提升最大的情况。

图2-6（a）和2-6（b）分别为其等效电路图，图中因，阻性大，可视为开路。

图2-6（a）高频调节等效电路（高频衰减）

图2-6（b）高频调节等效电路（高频提升）

放大器→0

RC

网络

→0

2.3.3音调控制器的参数及设计

图2-7（a）反馈式音调控制器框图

图2-7（b）反馈式音调控制频响曲线示意图

低频等效电路图2-4（a）中电路电压放大配属的数学表达式为

（式2-5）

其中（式2-6）

或（式2-7）

=2π=（）/（）或=（）/（2π）

其模值为

（式2-8）

参照图2-7（b）曲线，当时可以视为开路，此时有

（相当于-20dB）（式2-9）

当时，因，由式（式2-8）得，比上升3dB。

当