实验5 音响放大器 报告Word文件下载.docx

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同组人员：

\实验时间：

2011年6月3日

评定成绩：

审阅教师：

实验五音响放大器设计

【实验内容】

设计一个音响放大器，性能指标要求为：

功能要求话筒扩音、音量控制、混音功能、音调可调（选作）

额定功率≥0.5W（失真度THD≤10%）

负载阻抗10Ω

频率响应fL≤50HzfH≥20kHz

输入阻抗≥20kΩ

话音输入灵敏度≤5mV

音调控制特性（扩展）1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±

12dB的调节范围

1.基本要求

功能要求话筒扩音、音量控制、混音功能

2.提高要求

音调控制特性1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±

12dB的调节范围。

3.发挥部分

可自行设计实现一些附加功能

【实验目的】

1.了解实验过程：

学习、设计、实现、分析、总结。

2.系统、综合地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识，在单元电路设计的基础上，利用multisim软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。

3.通过设计、调试等环节，增强独立分析与解决问题的能力。

【报告要求】

（1）根据实验内容、技术指标及实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原理，计算元件参数。

1）音响放大器电路包含4个模块：

话音放大器、混合前置放大器、音调控制器及功率放大器。

电路设计框图如下：

2）各级电路增益分配

3）话音放大器

由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20k。

所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号（最高频率达到20kHz）。

其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。

此处采用比例放大电路实现此功能。

反相比例放大器的输入阻抗为输入端电阻和反馈电阻的并联，一般在几k到几十k，而同相比例放大器的输入阻抗为放大器本身阻抗，非常大，一般在几M到几百M。

因此采用同相比例放大器，电路图如下：

若不接负载，同相放大器的放大倍数为

，但若接上负载，放大倍数会下降，于是在反馈回路上加电位器进行随时调节。

4）混合前置放大器

混合前置放大器的作用是将放大后的话音信号与LineIn信号混合放大，起到混音的功能。

此功能可以用比例加法器实现，电路原理图如下：

两者的加权比例可通过输入端的两个电位器进行调节实现。

5）音调控制器

音响放大器的主要特性体现在音调控制电路上，这也是其与通用放大器的区别。

音调控制主要是控制预调音响放大器的幅频特性。

由于音调控制电路只对低音频与高音频的增益进行提升或衰减，因此，音调控制电路可由低通滤波器与高通滤波器组成。

经查阅资料，典型音调控制电路如下图所示：

图中R8为低音控制电位器，向左调为低音提升，向右调低音衰减。

R9为高音控制电位器，其滑动端向左调为高音提升，向右调为高音衰减。

高音、低音控制电位器R8与R9均置中端，则音调电路的增益为0dB。

电路分析：

整个音调控制电路由高通滤波器和低通滤波器构成，

对于低频信号，电容可近似为短路，原电路可等效为：

此时，相当于一个反向比例放大器，电位器左调时，放大倍数增加，右调时放大倍数减小，实现了对低频信号的提升或衰减。

对与高频信号，电容相当于短路，等效电路为：

对R1,R5,R6进行星型-三角型变换，电路进一步等效为：

进一步等效：

可见，此电路同样是一个反向比例放大器，左调时放大倍数增大，右调时放大倍数减小。

实现了高频信号的提升或衰减。

6）功率放大器

1、三极管T1、T3为相同类型的NPN管，所组成的复合管仍为NPN型。

T2、T4为不同类型的晶体管，所组成的复合管的导电极性由第一只管决定，即为PNP型。

R4、R5、RP2及二极管D1、D2所组成的支路是两对复合管的基极偏置电路，静态时支路电流I0可由下式计算：

式中，VD为二极管的正向压降

为减小静态功耗和克服交越失真，静态时T1、T2应工作在微导通状态，即满足下列关系：

VAB≈VD1+VD2≈VBE1+VBE2

称此状态为有甲乙类状态。

二极管D1、D2与三极管T1、T2应为相同类型的半导体材料。

RP2用于调整复合管的微导通状态，其调节范围不能太大，一般采用几百欧姆或1KΩ电位器（最好采用精密可调电位器）。

搭装电路时首先应使RP2的阻值为零，在调整输出级静态工作电流或输出波形的交越失真时再逐渐增大阻值。

否则会因RP2的阻值较大而使复合管损坏。

R6、R7用于减小复合管的穿透电流，提高电路的稳定性，一般为几十欧姆至几百欧姆。

R8、R9为负反馈电阻，可以改善功率放大器的性能，一般为几欧姆。

R10、R11称为平衡电阻，使T1、T2的输出对称，一般为几十欧姆至几百欧姆。

R12、C3称为消振网络，可改善负载为扬声器时的高频特性，因扬声器呈感性，易引起高频自激，并入此容性网络可使等效负载呈阻性。

此外，感性负载易产生瞬时过压，有可能损坏晶体三极管T3、T4。

R12、C3的取值视扬声器的频率响应而定，以效果最佳为好。

一般R12为几十欧姆，C3为几千皮法至0.1微法。

功放在交流信号输入时的工作过程如下：

当音频信号Vi为正半周时，运放的输出电压VC上升，VB亦上升，结果T2、T4截止，T1、T3导通，负载RL中只有正向电流IL，且随Vi增加而增加。

反之，当Vi为负半周时，负载RL中只有负向电流IL且随Vi的负向增加而增加。

只有当Vi变化一周时负载RL才获得一个完整的交流信号。

2、静态工作点设置

设电路参数完全对称。

静态时功放的输出端O点对地的电位应为零，即VO=0，常称0点位“交流零点”。

电阻R1接地，一方面决定了同相放大器的输入电阻，另一方面保证了静态时同相端电位为零，即V+=0。

由于运放的反相端经R3、RP1接交流零点，所以V-=0。

故静态时运放的输出Vo=0。

调节RP1电位器可改变功放的负反馈深度。

电路的静态工作点主要由I0决定，I0过小会使晶体管T3、T4工作在乙类状态，输出信号会出现交越失真，I0过大会增加静态功耗使功放的效率降低。

综合考虑，对于数瓦的功放，一般取I0=1mA~3mA，以使T3、T4工作在甲乙类状态。

（2）利用EDA软件进行仿真，并优化设计（对仿真结果进行分析）。

利用Multisim进行仿真，结果如下：

1）话放级：

输入峰峰值为10mV、1kHz信号，测量输出电压。

输入

输出

在接10千欧的负载时，调节反馈阻值至放大倍数为10倍。

2）话放+混放：

MP3端口接入3kHz，Vpp=40mV的信号，与话放级信号混合，测量输出电压：

由话放输出端接入

输出端

Linein输入

如图，话放输出端Vpp=100mV，混入3kHz、Vpp=40mV的信号，输出信号Vpp=206mV，实现了混放级地放大倍数为2。

3）音调控制级

（i）控制低频高频电位器都处于50%状态，输入1kHz，Vpp=200mV信号

输出端Vpp=199mV

输入端Vpp=200mV

放大倍数为1，增益为0dB，符合要求。

（ii）输入125Hz，Vpp=200mV的信号，保持高频电位器为50%，调节低频电位器：

右调到底，信号衰减

输出端Vpp=30.9mV

放大倍数为0.1545，增益为-16.22dB

左调到底，信号提升

输出端Vpp=1.29mV

放大倍数为6.45，增益为16.19dB

可见，对于125Hz的低频信号，本电路能实现-16db~16dB的增益。

（ii）输入8KHz，Vpp=200mV的信号，保持低频电位器为50%，调节高频电位器：

输出端Vpp=30.3mV

输入端Vpp=198mV

放大倍数为0.153倍，增益为-16.3dB

输出端Vpp=1.37V

放大倍数为6.92，增益为16.8dB

可见对于8kHz的高频信号可以实现-16.3dB~16.8dB的增益

4）功放级

输出端Vpp=5.96V

输入端Vpp=199mV

放大倍数为29.95，增益为29.53，此时负载上的电流Vpp=596mA，足以驱动音响，实现了功能要求。

（3）实际搭试所设计电路，使之达到设计要求（实物图要有图片）。

实际搭设电路如下图所示：

（4）按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试，记录测试数据，分析电路性能指标。

1额定功率：

话音放大器输入端接入峰峰值为5mV的正弦信号时，RL两端的输出电压的峰峰值为3.2V，增大输入信号，直到波形失真，此时的输出电压为5.8V，根据公式：

PO=VO2/RL可得额定功率为0.53W，符合要求

2频率响应：

只在125Hz和8kHz两个频率点进行了调节，未测量其幅频特性。

3输入阻抗：

从音响放大器输入端（话音放大器输人端）看进去的阻抗称为输入阻抗，测得约1.45M欧姆。

4输入灵敏度：

将函数发生器输出Vpp=5mV，fi=1kHz正弦波作为音响放大器的输入信号，功率放大器的输出端接10欧姆负载电阻，音调控制器两个电位器调节到中间位置，音量控制电位器调到最大值，测量方法是，使Vi从零开始逐渐增大，直到Vo达到额定功率值时所对应的输入电压值测得7.5mV。

5噪声电压：

未测量。

6整机效率：

7音调控制特性（扩展）：

将音调输入端输入8KHz，Vpp=200mV的信号，调节高频电位器，可实现0.2~6.1倍的放大，即-14dB~15.6dB的增益；

将音调输入端输入125Hz，Vpp=200mV的信号，调节低频电位器，可实现0.22~6.3倍的放大，即-13.1dB~15.9dB的增益，超过要求。

（5）整机信号试听效果，

1话音扩音：

从MIC说话，能非常清楚地从音响中听到被放大的声音。

2Mp3音乐试听：

接入音乐，从音响出来的声音非常清晰，没有一点杂音。

3混音功能：

混音之后，效果也非常好，完全可以实现卡拉OK的功能。

4音调控制（提高）：

音调的实验，选曲非常重要。