扩音机电路设计实验报告详解.docx

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扩音机电路设计实验报告详解

北京邮电大学

实验报告

实验名称：

扩音机电路的设计

学院：

信息与通信工程学院

班级：

姓名

学号：

班内序号：

一：

课题名称：

扩音机电路的设计

二：

报告摘要和关键字：

1.摘要：

本实验主要采用运算放大器和集成音频功率放大电路构成扩音机电路，将话筒送出的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号。

报告中首先给出设计思路和总体结构框图，然后讨论各级电路具体设计和原理图，后给出了实际搭建电路测试的数据，所得的波形图，调试过程中遇到的故障和问题分析，最后对本次实验进行了总结。

2.关键字：

前置放大音调调节功率放大增益

三：

设计任务要求：

设计实现一个对话筒输出信号具有放大功能的扩音机电路

1.基本要求：

1）最大输出功率不小于2W

2）负载阻抗为8Ω

3）具有音调调控功能，即用两个电位器分别调节高音和低音。

当输入信号为1kHz时，输出为0dB；当输入信号为100Hz正弦时，调节低音电位器可以使输出功率变化±12dB；当输入信号为10KHz时，调节高音电位器也可以使输出功率变化±12dB

4）输出功率的大小连续可调，即用电位器可以调节音量的大小

5）频率响应：

当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位置时，-3dB的频率范围是80Hz~6KHz，即BW=6KHz

6）输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mv，直流输出电压不超过50mv，静态电源电流不超过100mA

7）设计该电路的电源电路

2.提高要求：

其他扩音机电路的设计方案

四：

所用元器件及测试仪表清单

电路元器件

测试仪器

集成运算放大器LF353（2个）

单片集成功率放大电路TDA2030A（1个）

面包板（1个）

二极管1N4001（2个）

电位器500K（2个）

电位器10K（1个）

驻极体话筒（1个）

功率电阻（1个）

散热片（1个）

电阻电容若干

导线若干

其他

直流稳压电源

函数信号发生器

万用表

示波器

五：

设计思路与总体结构框图

图表1扩音机电路的原理框图

扩音机电路主要采用运算放大器和集成功率放大电路构成，原理框图如图表1所示。

前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小；音调控制主要实现对输入信号高低音的提升和衰减；功率放大器决定整个电路的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。

电路设计时首先根据技术指标的要求。

确定各级增益的分配，然后对各级电路进行具体的设计。

POMAX=2W,负载阻抗为8Ω，最大输出电压UOMAX=（POMAX*RL）。

对于驻极话筒，要使其输出为5mv的信号放大为扩音机4v的输出，需放大倍数为800。

扩音机中各级增益的分配为：

前置放大级的电压放大倍数为100，音调控制级的中频电压放大倍数为1，功率放大级的电压放大倍数为8。

六：

分块电路和总体电路的设计

1.前置放大器：

由于话筒提供的信号非常弱，一般在音频控制器前面加一个前置放大器。

考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器LF353.前置放大电路如上图所示，由LF353组成的两级放大电路串联，放大倍数为11*11=121倍。

元件参数为：

R1=100KΩR2=10KΩR3=100KΩR4=100KΩ

R5=10KΩR6=100KΩR7=22KΩ

C1=10uFC2=100pFC3=10uFC4=100uFC5=10uF

2音调控制器

音调控制器功能为：

调节音响放大器的频率响应，更好地满足人耳的听觉特性。

音调控制器对高音和低音进行提升或衰减，对中音信号增益不变。

音调控制器幅频率特性曲线如下图所示。

音调控制电路如下图所示，音调控制器的关键是电阻电容网络的选频作用，其输入信号分成两个支路送到放大器的输入端。

一条经R8、Rp1、C6、R9到输入端。

并经过C7、R10到输出端形成负反馈；另一条经Rp2、R11、C8到输入端。

C6、C7容量大，对低频信号影响大，C8容量小，对高频信号起作用。

中频段

C6、C7短路，C8开路

中频等效电路图

图4.中频等效电路图

低频段

C8视为开路，Rp1从左端滑到右端，容抗将增大，电路增益也增大。

即：

调节Rp1可改变低音放大倍数，产生提升和衰减的效果。

低频提升电路图低频衰减电路图

高频段

C6、C7视为短路，调节Rp2改变高音放大倍数。

元件参数为：

R8=51KΩR9=51KΩR10=51KΩR11=18KΩ

C6=0.01uFC7=0.01pFC8=330pF

3功率输出级

功放要求功率尽可能大，失真尽可能小，效率尽可能高。

此处选用TDA2030A型集成功率放大电路,上升随率高、瞬态互调失真小；输出功率较大；外围电路简单，使用方便；5脚单列直插封装，体积小；内含保护电路，安全可靠。

TDA2030A外形图和常规外部接法

4.实际搭建的电路图

5.Protel绘制的全电路原理图

七：

所实现功能和实际测量数据

本实验存在多级电路，所以采用分级搭建分级测试的方法，最后再进行总体调测。

1.前置放大级：

实验要求第一二级放大电路放大倍数均为11倍，按照前述所选元件及相应参数连接电路，输入信号为5mv,频率为1000HZ，最后输出信号为680mv,放大倍数为136，相位与输入信号一致，满足要求，第一级所得波形图如下图所示：

2.音调控制级电路

要求对低音和高音的增益进行提升或衰减，中音增益不变，调节Rp1改变低音放大倍数，调节Rp2改变高音放大倍数，输入电压5mv。

（1）

低音提升，高音衰减测试

将Rp1置为最大提升,Rp2置为最大衰减。

输入电压5mv.

100

500

1000

2000

10000

1.500

0.654

0.680

0.580

0.210

低频100Hz时增益为:

Avl=1500/5=300

中频1.00kHz时增益为:

Av2=680/5=136

高频10kHz时增益为:

Av3=210/5=42

（2）

低音衰减，高音提升测试

将Rp2置为最大提升,Rp1置为最大衰减。

输入电压5mv.

100

500

1000

2000

10000

0.200

0404

0.501

0.574

1.610

低频100Hz时增益为:

Avl=200/5=40

中频1.00kHz时增益为:

Av2=501/5=100.2

高频10kHz时增益为:

Av3=1610/5=322

（3）

中频所得波形图如下图所示，相位与输入相反：

3.功率放大级测试：

中频测试参数：

输入电压

输出电压

电压增益

5mv

48mv

9.6

4.总体电路功能及测试：

（1）最大输出电压峰峰值：

Vpp=19.3v

负载RL=8Ω

最大输出电压有效值19.3/（2*1.414）=6.82v

最大输出功率值：

6.82*6.82/8=5.8W

（2）直流电压输出值9.48mv

（3）噪声测试：

当输入端接地短路时，输出噪声为4.47mv

（4）音量调节测试：

调节Rp3，观察示波器，输出电压连续可调，接入话筒后发出的声音音量可以控制。

所实现功能评价：

要求前置放大级电压放大倍数为100，实际放大倍数为136，满足要求，要求音调控制级中频电压放大倍数为-1，达到要求，功率级放大倍数为9.6，满足要求，噪声输出小于10mv，达到要求，最大输出功率为5.8W，大于2W，达到要求，调节Rp3实现电压连续可调，功率连续可调，最后实际试验能够将放出的音乐放大且噪声较小，达到试验目的。

八．故障及问题分析：

1.由于刚刚搭建时不注意面包板空间的合理分布导致有些元件没有合适位置连接，通过重新设计使布局比较有规律

2.有些元件之间应有的连接没有用导线接入或者连接错误导致不出波形或者电压源无输出等，通过反复检查电路发现错误。

3．电路中电位器的型号是不相同的，搭建时没有注意到，使电位器的位置接反了，波形不稳，之后发现了这一问题。

4.总是出现波形不稳，或者刚刚还有波形，但一会儿消失的情况，试着将原件慢慢按下去按紧情况会好一点。

5不接负载时能输出正弦波，但接入负载后波形就会失真，询问老师后，通过改变第三级电位器的阻值大小使波形不再失真。

6测试过程中出现电源极性接反或没有按下输出开关等问题，烧毁元件或不输出波形，都经过检查发现。

7.最后接入话筒后，放音乐时发现噪声很大，通过改变Rp3的阻值使噪声减小且能放大声音

九．总结和结论

通过扩音机电路的设计与制作，了解了扩音机电路的形式和用途，掌握了音频放大电路的实现方法，理解了电子电路综合设计，安装和调试的基本方法，提高了工程设计和实践动手能力，培养了创新实践兴趣，提高了创新实践能力。

电路在设计实现和调试的过程中，不断产生和解决着问题，通过自己的思考以及同老师同学的讨论，得到了很大的收获。

由于自己的不认真不严谨使实验过程中多增加了许多不必要的麻烦，一个小小的错误就会影响整个实验效果，经过这个实验使自己变得越来越严谨，也增加了很多知识量，虽然过程中充满了困难，但是实验为自己带来了乐趣，实验的成功使自己的努力没有白费，我懂得科学需要耐心和毅力，需要我们严谨的态度。

十．参考文献

[1]电子电路综合设计实验教程，北京：

北京邮电大学电路中心，2010

<实验报告结束>

[2]刘宝玲等.电子电路基础，北京：

高等教育出版社，2008