有源音箱模电设计报告.docx
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有源音箱模电设计报告
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目有源音箱
学生姓名
专业班级
学号
院（系）
指导教师
完成时间
1设计目的
1、完成系统设计与制作方案设计
2、掌握有源音箱的工作原理以及各元器件的作用
3、掌握焊接有源音箱的方法与调试
2课程设计的任务与要求
1.输出功率可调：
0~2W；
2.负载阻抗：
4Ω，输入阻抗：
>20KΩ；
3.双声道，具有音量调节功能；
4.采用分立元件设计。
3设计方案与论证
3.1设计内容
设计一个音箱，要求能调节音量大小，能放音乐。
3.2总体方案论证
系统原理方框图如图3-1所示。
根据题目任务,我们设计有五个基本电路
1）前置放大电路
2）调音电路
3）声道后级放大电路
4）
重低音放大电路
5）电源电路
图3-1系统原理框图
其中前置级主要完成小信号的电压放大任务；音调调节完成音量大小、高低音、平衡调节；左右声道功率放大级和重低音放大级则实现对
信号的电压和电流放大任务；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。
下面对每个单元电路分别进行论证。
3.2.1单元模块方案：
弱信号前置放大级电路：
弱信号前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。
符合上述条件的集成电路有：
M5212、LM5213、LLM1875、TDA1514、NE5532、NE5534、TDA2822M等。
本系统设计选用TDA2822M，因为同众多的运放相比,TDA2822M具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能,被称为“运放之皇”。
这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能,较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出,使电路的整体指标大大提高。
调音电路：
调音电路主要实现音量调节、高音调节、低音调节、平衡调节。
能达到以上要求的电路有:
LM1036、LM4610、NE5532、TA7630等。
本系统设计选用TA7630，因为和其它调音电路相比，TA7630具有电路简单、温度漂移小、音量控制范围、易调试等特点。
功率放大级：
方案一：
功率放大输出级采用分立元件构成的OCL电路，驱动级采用集成芯片，整个功放级采用大环电压负反馈。
这种方案的优点是：
由于反馈深度容易控制，故放大倍数容易控制。
且失真度可以做到很小，使音质很纯净。
但外围元器件较多，调试要困难一些。
方案二：
采用专用的功放集成芯片。
LM3886是一款功率放大集成块，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。
该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。
根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。
由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试得好，则性能很可能高过较好的集成功放。
许多优质功放均是分立功放。
但其中只要有一个环节出现问题或者搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载、过流、过热等损坏还得加复杂的保护电路。
现在市场上有许多性能优异的集成功放芯片，如TDA2040A、LM1875、TDA1514等。
集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求是没有问题的。
另外集成运放还有性价比高的特点。
故本系统设计选用方案二。
该方案的优点是：
技术成熟，外围元器件少，保护功能较完善，调试简单，便于扩功等。
重低音放大级:
方案一：
采用LM4558作重低音滤波，LM3886作重低音后级放大。
方案二：
采用NE5532作重低音滤波，LM3886作重低音后级放大。
通过上网查资料，咨询指导老师，首先采用了方案二，确定原理图，画出PCB图，但是通电测试之后，发现低音呈现很浑浊，不厚重。
然后采用第二种方案测试，画出原理图，做出PCB测试之后发现重低音有明显变化，变得厚重。
之后通过分析NE5532和LM4558性能参数，NE5532在性能参数上远胜于LM4458，但是在此电路上的差异却不相符。
根据测试效果最终选定方案一做重低音放大。
只是最后没有找出差异不符的原因，确实是一大遗憾。
电源电路：
本系统电源设计采用RS808作整流，10000uF的铝电解电容作滤波，LM1812、LM1912作稳压。
方案选择：
由前面的方案论证得知，设计本系统有两种方案，一种方案是采用集成电路与分立元件相结合的方案，另一种是全部采用集成芯片的方案。
为尽可能的降低噪声影响，减小非线性失真，以及考虑到外围元器件过多会给系统引入噪声等干扰因素造成不利影响，本设计采用方案二：
全部采用集成运放芯片搭建电路。
为了得到较好的音质效果我们决定在前置放大级电路中采用集成双运放NE5532,音调调节TA7630P,重低音滤波LM4558，功率放大级中LM3886。
4设计原理及功能说明
4.1有源音箱的工作原理
从信号源得到信号经运放推动再送到后级放大推动扬声器
4.2功能说明
1、TDA2822M的介绍及其应用电路
TDA2822是一片内部集成了双路音频功率放大器的集成电路，其工作电压范围是
1.8—15V，2脚是电源输入端，4脚是公共接地端，7、8、1脚分别是其中一路放大器的正
向输入、反向输入、输出端，6、5、3脚别是另一路放大器的正向输入、反向输入、输出端，
芯片工作时两个输出端的电压约等于1/2电源电压，因此C2、C5作为输出电容隔开直流电
避免烧坏喇叭；C4、C6是用来调整输出信号相移的，避免功放电路产生自激振荡而损坏；
C1、C2为反向输入端信号耦合电容，R2、R5为输入电阻，它决定了放大器的输入阻抗。
TDA2822M是一片非常经典的优秀音频功率放大集成电路，20世纪90年代初曾经被国内外家电厂商广泛用于便携式收录机中，在一些功率稍大的，尤其是带有机身扬声器的随身听中也可以经常看到TDA2822M的身影。
TDA2822M是为便携式录放音设备开发的双声道音频功放集成电路，具有低交越失真和低静态电流的特点，可工作于双声道立体声或单声道桥式放大（BTL）模式。
TDA2822M工作电压范围很宽，在1.8V-15V范围内均可正常工作。
TDA2822M的标称输出功率（1KHz,8Ω,9V,10%总失真）立体声方式时可以达到1W，桥接方式时可以达到2W。
TDA2822M的其他技术指标如下：
最大峰值电流（PeakOutputCurrent）：
1A；
静态电流（QuiescentDrainCurrent）：
≤9mAVCC=3V）；
总谐波失真（1kHz，8Ω～32Ω，典型值）：
0.2%；
闭环增益（典型值）：
39dB；
声道不平衡度（立体声状态，最大值）：
±1dB!
声道分离度（1kHz，立体声状态，典型值）：
50dB；
输入阻抗（1kHz，最小值）：
100kΩ；
负载范围：
≥4Ω。
TDA2822M价格便宜，不过购买时最好是买TDA开头的，最好是意法半导体原装的，不要买D开头的，也不要买TDA2822（即结尾没有“M”的）。
前者音质不好，后者供电电压范围窄，有DIP16封装的，比较少见，音质未见评论。
实际制作中多采用桥接方式，可以省去两个容易影响音质的输出电容，图1是一个声道的电路图，实际制作中需要两套这样的电路。
TDA2822M可以采用直耦方式工作，前提是输入信号不能带直流成分，否则在音源输入端应加上耦合电容。
在第一次上电时先不要接扬声器，用万用表测一下输出端（1脚与3脚之间），如果在毫伏级别就可以放心使用了，否则最好在输入端（7脚）接入一个1uF的高品质电容，如CBB电容，当然，电解电容也可以。
测量的时候注意万用表的挡位应该由大向小调，不要一下子放在最低挡以免烧坏仪表
2、1N4007二极管参数及耐压：
较强的正向浪涌承受能力：
30A
最大正向平均整流电流：
1A
最高反向耐压：
1000V
低的反向漏电流：
5uA（最大值）
正向压降：
1.0V
最大反向峰值电流：
30uA
典型热阻：
65℃/W
典型结电容：
15pF
5单元电路的设计
5.1稳压电源电路图的设计
直流稳压电源由电源变压器T、整流、滤波和稳压电路四部分组成，电网供给的交流电压u1（220V,50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压。
但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。
有源音箱系统的稳压电源电路图如图5-1所示
图5-1稳压电源图
5.2前置放大电路的设计
TDA2822M构成的前置放大电路如图5-2所示
图5-2TDA2822M构成的前置放大电路
6硬件的制作与调试
6.1设计步骤
1.制作原理图
上面已经描述过，这里不再赘述。
2.产生网络表
在原理图编译通过后，就可以产生相应的网络表了，这是原理图到PCB重要的一个环节，如果原理图存在错误，网络表是无法生成导入PCB中的。
3.制作物理边框（KeepoutLayer）
封闭的物理边框对以后的元件布局、走线来说是个基本平台，也对自动布局起着约束作用，否则，从原理图过来的元件会不知所措的。
但这里一定要注意精确，否则以后出现安装问题麻烦可就大了。
本设计制作的物理边框为99mmХ95mm.
4.元件的布局
元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。
一般来说应该有以下一些原则：
（1）放置顺序:
先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些器件放置好后用软件的ＬＯＣＫ功能将其锁定，使之以后不会被误移动。
再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等。
最后放置小器件
（2）注意散热:
元件布局还要特别注意散热问题。
对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。
5.布线
走线的学问是非常高深的，每人都会有自己的体会，原则上是以最短的距离和最少的板层来走线，禁止走线交叉，少用过孔甚至盲孔或埋孔。
6.调整完善
完成布线后，要做的就是对文字、个别元件、走线做些调整以及敷铜（这项工作不宜太早，否则会影响速度，又给布线带来麻烦），同样是为了便于进行生产、调试、维修。
敷铜通常指以大面积的铜箔去填充布线后留下的空白区，可以铺ＧＮＤ的铜箔，也可以铺ＶＣＣ的铜箔（但这样一旦短路容易烧毁器件，最好接地，除非不得已用来加大电源的导通面积，以承受较大的电流才接ＶＣＣ）。
包地则通常指用两根地线（ＴＲＡＣ）包住一撮有特殊要求的信号线，防止它被别人干扰或干扰别人。
7.检查核对
网络有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同，这时检察核对是很有必要的。
所以画完以后切不可急于交工，应该先做核对，后再进行后续工作。
8.在PCB设计中，PCB板图的设计应注意下列几点：
（1.布线方向：
从焊接面看，元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修（注：
指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下）。
（2.各元件排列，分布要合理和均匀，力求整齐，美观，结构严谨的工艺要求。
（3.电阻，二极管的放置方式：
分为平放与竖放两种。
（4.电位器：
IC座的放置原则。
（5.进出接线端布置
（1）相关联的两引线端不要距离太大。
（2）进出线端尽可能集中在1至2个侧面，不要太过离散。
（6.设计布线图时要注意管脚排列顺序，元件脚间距要合理。
（7.在保证电路性能要求的前提下，设计时应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺序要求走线，力求直观，便于安装，高度和检修。
（8.设计布线图时走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。
（9.布线条宽窄和线条间距要适中，电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚的间距相符。
6.3调试
1.无工作电压
检查交流输入是或正常，若有交流输入，则检查整流部分元件（桥堆）是或损坏，或者保险丝已熔断。
如果保险丝已熔断或整流桥已击穿，有可能后级电路有元件已损坏，应检测保护二极管D1、D2及稳压二极管D5、D6是否击穿，功放集成块LM1875和运放NE5532是否损坏。
在故障发生前注意观察是或有元件冒烟，烧焦的现象，或用手触摸是或有元件（低压工作区）发热过热。
如果还不能排除故障，可以采取采用更换替代的方法。
2.自激
放大器产生自激振荡的现象有许多种。
如果自激振荡的频率在音频范围内，我们便可以在扬声器中听到振荡叫声，这种现象可能通过导线之间的信号耦合或电源内阻有害耦合引起的。
如果振荡频率不再音频范围内，此时好像“无声”，如果发现散热器发热量过大（即使输出功率非常小或静态的情况下）。
怀疑有自激现象，可以用万用表交流档测量功放块输出电压，用示波器可以观察到波形。
如果所测电压异常偏高，或观察到异常的高频波，可以断定是高频自激。
3.抑制自激的方法：
（1）输入信号线不要靠近输出线和电源线，信号输入线用屏蔽线。
（2）减短电源输出到功放的供电引线长度，如果引线过长应加退耦电容。
（3）前后级最好采用独立电源供电。
（4）绘制电路板布线时，要注意一些布线规则，电源线要粗而短，尤其是地线的走势，信号地与电源地的处理。
7总结
有源音箱的成本低，价格极易被接受，独立的外置功放的机壳应该具备足够的机械强度并有良好的屏蔽性，有源音箱的功放设置在音箱内部，比功放要少一套机壳，成本得以大幅降低。
而且有源音箱连接简单，使用方便。
有源音箱大幅简化了音响系统的环节，因此连接简单，只需一个随身听和一对有源音箱即可构成最简单的音响系统，连线只有两根。
有源音箱做起来很简单，而且本人对这方面也感兴趣，通过这次的设计对有源音箱有了更深一步的认识。
本设计完成了对有源音箱系统的电路图设计，在设计的过程中学到了不少知识，有源音箱的设计采用的功率放大设计要求是8欧上出15W不失真，那么电压11v，电流1.36a，在实际中使用2822等将会非常的烫，必须加上巨大的散热器，这一点在设计之初我没有考虑到，完成本次设计，我更加懂得了理论与实践结合的重要性。
毕业设计做完了，但该设计中仍存在许多不足。
Multisim仿真最终未能实现，使得整篇设计逊色了不少。
设计中遇到的许多实际问题是以前不曾想到的，也出现过许多看似无法解的难题，但是通过我的不懈努力和老师、同学们的帮助，最终克服了这些困难，这间获得的各种经验教训都将使我在今后的工作和学习中受益无穷。
很感慨，论文的完成标志着一周的课程设计结束了，也意味着，新的生活又将开始了。
最近则并行着焊接电路和写论文。
感谢张老师和刘老师的细心指导，他们严谨的治学精神令我折服。
在这篇论文成文过程中，两位老师的悉心指教和严格要求将使我铭记终生——他们在指导论文时细致到连标点使用、起句分段的问题都为我一一指出，这种严谨和敬业的态度将使我受益终生。
再次感谢张亚超老师和刘荺荺老师一周来的辛苦指导。
参考文献
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高等教育出版社，2006
[2]陈梓城.实用电子电路设计与调试.北京：
中国电力出版社，2006
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华中科技大学出版社，2000
[4]李万臣.模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨：
哈尔滨工程大学出版社，2001
附录一总体电路原理图
附录二元件清单
序号
名称
型号规格
数量
1
二极管
1N4007
4
2
集成运放
TDA2822M
1
3
滑动变阻器
0-10
1
4
变压器
220：
9
1
5
电阻
13K
2
6
电阻
1．8K
2
7
电阻
2.2
2
8
开关
1
9
瓷片电容
100
2
10
电解电容
470
2
11
电解电容
104
2
12
电解电容
1000
2
13
喇叭
2
14
导线
若干
升级会员 