数字控制音频放大电路课程设计报告资料.docx

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数字控制音频放大电路课程设计报告资料

课程设计报告

课程名称：

电子技术应用课程设计

设计题目：

数控音频放大电路

专业班级：

10电气2班

设计者：

学号：

指导老师：

舒华、王峥

设计所在学期：

大三第一学期

设计成绩：

广州大学

机械与电气工程学院

2012年9月29日

数控音频放大器设计报告

声音无处不在，人类对于声音的利用可以是无孔不入。

特别是信息传递方面，最常见的如人与人之间的对话。

但是有时候我们想把声音信息先保存下来等到有需要的时候再播放出来，而播放的机制好坏直接影响到声音信息的完整性与真实性，即和声音的失真率有关。

所以声音播放机制的好坏关乎到信息传递的准确性。

再者，当今社会声音播放机制是随处可见，这足以证明现实社会对播放机制的需求量大，且渐渐地向失真较小的方向发展。

人们在致力寻求失真最小的机制同时，也想该机制尽量简单小规模，因为这样才能广泛利用于各个领域。

如电脑音箱、笔记本音响、广播、手机等。

各个领域对于声音播放的要求又各有不同，所以本报告着重讨论研究失真较小的家用级播放机制。

最后，机制电路的设计对于设计者来说是一个不容易解决得问题。

对于设计者技术方面要求犹为重要。

设计者要尽可能地减少外界对机制的影响和电路内部的影响，综合考虑电路布局、功率和材料选择。

设计者如果在任何一个环节出错都会导致播放机制不稳定乃至失真、震荡。

因此选择这个电路作为讨论研究对象具有代表性意义，能使初级设计者更好地理解播放机制的工作原理，同时也是是初级设计者技术的试金石，是一个很好的锻炼台阶！

一、系统功能简述

功能项目

详细

前置运放

在不引入其他干扰的情况下，对信号源进行初级放大且失真非常小，。

能驱动耳机等小功率喇叭。

后级功放

在不引入其他干扰的情况下，对前级信号进行进一步放大，并且加强大负载能力，能驱动10W以上喇叭。

音量级调节

对播放机制进行音量8级调节（由小到大0-7级）。

能向低调高，也能向高调低。

音量显示

显示当前的音量级别

防抖开关

防止调节音量时，按键震荡引起音量调节越级。

电源指示灯

显示电源接通情况，关闭电源时能消耗电容上的电能。

直流电源

对交流220V电源进行降压、整流、滤波、稳压，最后输出直流正负12V、正负9V、正负5V。

音量检测

对音量进行检测，用10个LED组显示。

二、简论本系统意义（创新性、实用性、课题特点）

电子产品趋向于自动化，智能化方向发展，人们想电子产品在满足其基本需要时，能具备智能化、人性化的体现。

因此，在这样的市场需求下，电子产品发展已向智能化、人性化方向发展。

在这个大趋势的推动下，本系统在设计方面也加入了一些比较人性化的设计，如可视化音量级别，与数控音量调节。

也许正是一个经常可以看到的简单功能，但这却是一个具有创新性意义的代表功能。

以前播放机制，是用一个简单的电位器来调节的，基于以前技术的相对落后，与材料的缺乏。

电位器不是为一个很好地解决方案，但是电位器调节使得使用者对于使用系统，不能有一个比较形象的音量理解，看见的却是电位器指针的位置。

但是可视化的音量显示能让使用有一个形象而且具体的了解，这更好的帮助使用者直观地准确地提高到某一个音量级别，当然这个是在音量级别的级差做得尽量小的时候最能体现出来。

虽然本系统设计未能达到级差细化，但却是数控音量调节的原理体现。

再者，数控音量调节是，数电信号转换成模电信号的又一个重要体现。

数模转换是有智能化控制中必不可少的一个环节，也是实现智能化控制执行机制的前级。

因此，这些设计具有创新性意义。

但是，在具有创新性同时，不乏接近现实的实用性。

本系统属于小型电路，设计使用对象是要求相对较低的家用音响。

且零件花费相对较低，因此本设计能进入音频播放的大多数领域，普及到大大小小，各种各样的设备。

音频放大设计课题具有开放性，发散性等特点。

所以设计者可以自由发挥自己的创造能力，尽可能地完善与增加设计方案。

基于这个课题这个特点，让设计者有很大的发挥空间，设计者可以随心所欲地设计属于自己的电路，不需要受框条的制约。

电子设计需要的是创新的能力，这就要求设计者要站在一个发展的高度去看待问题，立足于实用，发展于创新，只有这样才能设计出一个成功的作品。

而这个课题的特点正好迎合设计者的需求。

经过这个课题，我相信设计者能更好地理解电子电路特点，为以后发展奠定坚实的基础。

三、方案选择的论证

方案一：

方案二：

方案一中的TDA2822失真比较严重方案二中LM386电路比TDA2822简单，容易调试

（不采纳）（采纳）

四、系统构图

五、总电路图

实物布线图

六、系统实现的基本原理和电路原理

（1）

该电路为电源整流滤波稳压电路，从交流220V输入首先经过220V-12V变压器变压，再经过整流桥整流，输出直流。

然后用大电容与小电容组合成滤波电路，使电压波形较为平滑。

但是这电压还是具有不稳定性，不能直接利用。

因此需要稳压IC来稳定输出电压。

（2）

该电路为前级放大电路，选用的芯片是LM324。

同相交流放大器的特点是输入阻抗高。

当有音频信号输入到5端时接经过一个滤波的电容，过滤掉传输途中的杂波，一般取3uF-10uF。

R5为下拉电阻，C9为滤波电容。

Rf1与Rf2接反馈电阻接入端，C5为输出滤波电容。

总电路组成一个同相比例放大电路。

电路的电压放大倍数AV也仅由外接电阻决定：

AV＝1+Rf/R5,R5的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。

电容电阻的选取一定要合理，否则运放本身会产生自激震荡。

对输入造成干扰，或者导致不能放大。

（3）

该电路为功放电路，电路中采用LM386功放芯片,它是专为低损耗电源所设计的功率放大器集成电路，可用电池作为供应电源，输入电压范围由4V－12V，无动作时仅消耗4mA电流，且失真低。

用该芯片搭建功放外围元件也非常少。

电路中R6与C8是对感性负载（喇叭）进行相位补偿来消除自激的。

1脚和8脚悬空处理，这样功放就默认内建增益为20db，在两脚之间相应加上适当的电容或电阻就可以增大其增益到最大200db。

（4）

该电路图未数字模拟开关，当有数字信号输入到Q0、Q1、Q2端时，对应的X？

通道就会与COMO/I导通。

因此在X?

端各并入电阻，在某一端接通时，相当于从13端开始，各级串加电阻，直至接通口。

所以该芯片很适用于数字调阻电路，按如图接法，将3端与13端接入运放反馈电阻端，就能实现数字8级调控反馈电阻电路。

即能直接调节运放的放大倍速。

电路中使用10k的电阻，即反馈电阻范围为0－70k。

（5）

该电路为按键信号电路与抖动电路。

按键按下去时，会产生机械震荡，导致信号出入不稳定。

接入RC充放电电路，是为了稳定输入信号间隔在R*C=5ms左右。

这样就能比较有效地放抖动。

选用556组成两个按键的施密特电路，是为了进一步防止电路抖动。

输出一个稳定的时钟信号。

（6）

该电路为计数电路，实行分级调节的主芯片。

74193为16进制同步加减计数器，双时钟，带清除。

74193被接成计数状态，在加或减的时钟信号作用下作计数操作，输出三个数字信号。

（7）

该电路为数字调级显示电路。

4511为数码管驱动芯片，工作在译码状态。

通过检测计数器输出端额三个数字信号来翻译相应驱动信号，通过输出七个电平信号来驱动数码管显示相应的数字。

数码信号输入端的电阻为限流电阻，100-500欧均可，保证数码在正常安全的状态下工作。

（8）

该电路是音量检测的模块。

电路采用LM3914作为10个发光二极管驱动器，它可以把输入模拟量转换为数字量输出驱动10位发光二极管来进行点显示或柱显示。

信号电压则利用LM324的另一个放大器将音频信号放大输入LM3914进行比较。

图中R2、R3用来调节参考电压的范围，10个LED灯的亮度可由R4来调节通过每个LED的电流大致等于R中电流的10倍，又因为LM3914内部有1.2V的标准电压源，R4选用1K的电阻，刚通过LED的电流为12mA。

因为测得信号电压达到4－6V，因此LM3914采用12V的独立供电，使参考电压范围更充裕，更易于调节。

七、电路设计、参数计算、和元器件选择

（1）本系统要是实现的是失真小、能带喇叭负载的音频放大电路所以在运放与功放选择方面，都选择了失真很小的元件。

电路运放反馈放大大小为：

Rf/R5=1-8倍

功放放大倍数：

20db，即10倍

（2）电源的选择；因为运放与功放芯片要在供电功率足够的情况才能正常工作，且失真最小，因此电源供电一定要足。

所以变压器选用20AV、220V-12V的变压器，功放输出功率大概为500mW，加上芯片内部损耗大概为1.5W左右。

其它芯片功耗总数只有2W左右。

整个电路功率小，所以可以选择使用4节7号电池供电，但使用变压器供电裕度更充足，这样就能保证芯片与变压器都工作在稳定状态。

整流桥选择KBP206，该桥堆耐压600V，通过最大电流为2A。

符合供电功率要求。

滤波电容选择容值比较大的电容，两个4700uF的电容对电压进行滤波，有着比较好的效果。

为使波形尽量平滑，再连续用较小的电容来辅佐滤波，使得波形得到很大的改善。

稳压芯片选用78系列、与79系列。

因为该芯片价钱低且，使用方便。

但是由于供电功率需要比较大，且78、79系列稳压IC工作最大电流都为1A。

因为P=IU，所以选用稳压输出电压大一些，会有效减少流过芯片电流，防止IC工作电流过大而发热过大，导致损坏。

即使选择稳压IC上合理，但电源IC都装上了散热装置。

（3）数控元件的选择；因为数码管与其驱动芯片，都是很常见的，即使不同型号，功能方面也是一模一样，使用方面也是大同小异。

所以数码管选择的是共阴数码管，驱动芯片选择4511。

计数器芯片选用74193，因为这个一个16进制计数芯片，芯片在计数状态下Q0、Q1、Q2端循环输出0-7二进制码。

对于8级调节利用起来比较方便。

加上该芯片有加减双时钟计数，这样有助于双向调节音量，更利于使用者使用。

开关芯片采用常用的4051，这个一个比较好用的低压模拟开关芯片，且工作稳定。

开关用的是指压四脚无锁开关，所以使用时会有机械震荡，会影响时钟信号的输入，所以选用RC充放电电路来延长信号输出时间，时间大约为R*C=1uF*5K=5mS，另外选用556构成施密特电路，能有效矫正输出波形。

稳定时钟信号。

八、实施方案说明

本系统制作过程比较长，特别是前期准备工作。

首先是电源制作，电源制作一定要谨慎，因为电源直接接触220V交流电，一不留神很容易出现事故。

电源中最大块的是变压器，所以制作过程中，先固定变压器，然后接线用接线端子，保证接线可靠。

还要在变压器一次端加上开关。

固定好变压器，就要安排整流桥与电容的布局，两者不能与变压器靠得太紧，且焊接的时候，线路要尽量的粗和大。

最后就是稳压芯片的安装，稳压芯片是很容易受到热损坏的，所以在焊接的时候，要先安装散热片。

最后电源安装好了以后就用电表检测有没有短路、开路。

在确保线路正常的情况下接上电源，然后用万能表测输出电压是否正常。

电源电路比较简单，所以一次转配就成功了。

然后就是运放与功放电路了，这个就需要很详细的元件布局考虑，因为布局不当也会导致干扰或者会造成焊接上的困难。

同样地，焊接的时候，电源线要粗大，要尽量避免少飞线。

反馈电阻先用10K，输出端接上喇叭。

焊接好了就先检测一次电路，确保焊接正确以后，就接上电源，测试电路。

最后电路工作正常。

接着实功放电路，在安排这部分电路布局的时候，在板上画上范围。

按照图焊接好了以后，然后接上电源接上运放输出端，最后发现能正常工作。

紧接着是数控电路，这部分需要先焊接数码管与数码管驱动电路，因为焊接好这个电路能够测试下面电路有没有出错。

按图焊接好电路后，把四个输入