扩音机电路的设计.docx
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扩音机电路的设计
四川信息职业技术学院
毕业设计说明书（论文）
设计（论文）题目:
扩音机电路的设计
专
业:
通信技术
班
级:
通技06-2
学
号:
0620071
姓
名:
王兴
淼
指导教师:
刘雪亭
谭望春
二〇〇八年十二月三十日
四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书
学
生
王兴淼
学号
0620071
班级
通技06-2
专业
通信技术
姓
名
设计（或论文）题目
扩音机电路的设计
指导教师姓名
职称
工作单位及所从事专业
联系方式
备注
刘雪亭
工程师
四川信息职业技术学院电子
1390812861
系
5
谭望春
高级工程师
四川九洲电子科技股份有限
1350810187
公司
8
设计（论文）内容：
设计一种具有：
1、要求采用运算放大集成电路和音频功率放大集成电路设计；
2、最大输出功率8W；
3、负载阻抗为8Ω；
4、在通频带内、满功率下非线性失真系数不大于3%；
5、具有音调控制功能，即用两只电位器分别调节高音和低音；
6、输出功率的大小连续可调；
7、输入阻抗不小于50KΩ，通频为6KHz，输入灵敏度不大于20mV。
进度安排：
第一阶段（2008，09～2008，10）：
完成资料的收集；
第二阶段（2008，10～2008，11）：
完成硬件设计,即完成单元电路及总电路图的设计和工作原理的叙述，电路性能指标的验算；
第三阶段（2008，11～2008，12）：
进行调试、仿真，编写报告准备答辩。
主要参考文献、资料（写清楚参考文献名称、作者、出版单位）：
[1]王川.《实用电源技术》，重庆大学出版社，2000
[2]胡宴如.《模拟电子技术》，高等教育出版社（第二版），2006
[3]陈晓文.《电子线路课程设计》，电子工业出版社，2007
[4]钱金法.《电子设计自动化技术》，机械工业出版社，2005
审
批
意
见
教研室负责人：
年月日
备注：
任务书由指导教师填写，一式二份。
其中学生一份，指导教师一份。
摘要
.................................................................
1
第1章
概述...........................................................
2
第2章
方案设计.......................................................
3
2.1
方案比较与论证.................................................
3
2.2
方案选择.......................................................
4
第3章
单元电路设计...................................................
5
3.1
前置放大器的设计...............................................
5
3.2
音调控制器的设计...............................................
6
3.2.1
低频工作时元器件参数的计算...............................
7
3.2.2
高频工作时元器件参数的计算..............................
10
3.3
功率输出级的设计..............................................
13
3.3.1
确定电源电压............................................
13
3.3.2
功率输出级设计..........................................
14
3.3.3
电阻R17～R12的估算........................................
14
3.3.4
确定静态偏置电路........................................
14
3.3.5
反馈电阻R13与R14的确定...................................
15
第4章
电路调试......................................................
16
4.1
前置级调试....................................................
16
4.2
音量控制器调试................................................
16
4.3
功率放大器的调试..............................................
16
4.4
整机调试......................................................
16
总结
................................................................
18
参考文献..............................................................
19
附录1
总电路原理图及PCB板底图.......................................
20
附录2
元件清明细表...................................................
22
摘要
很多场合（如商场、学校、车站、体育场等）都安装有广播系统，它的主要功能是播放音乐、广播通知和要闻。
这些广播系统都含有扩音设备，用以把从话筒、录放卡座、CD机送出的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号。
根据实际需要和放大器件的不同，扩声电路的设计也有很多种类。
作为电子线路的课题设计，本课题提出的扩声电路性能指标比较低，主要采用理论课题里介绍的运算放大集成电路和音频功率放大集成电路来构成扩声电路。
这种性能指标低的扩音器主要在于价格便宜，制作简单，不需要太多昂贵的集成块。
关键词扩声；音频功放；放大电路
第1章概述
随着电子技术的飞速发展，话筒扩声电路应用越来越广泛，它的种类也越来越繁多。
功放集成电路是一种大规模的集成电路。
使用功放集成电路，通过简单的外
接电路即可获得语音或是各种模拟的声响。
经过功力晶体再把放大的信号.透过扬声器放出声音。
其工作原理是把电气讯号转换为声音讯号的转换器。
扬声器为电子产
品之声音输出端的重要零组件，其应用范围广泛，可装置於各型耳机或头机内，如随身听、音响、无线电通讯、多媒体电脑、录音工程或电子字典，用来收听声音与音乐，也可装置於电话自动拨话器，用来打电话。
功放集成电路价格便宜，电路结构简单，工作稳定可靠，耗电省，所以在简单的电子产品中广泛应用。
功放俗称“扩音机”，它的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大，推动音响放声。
一套良好的音响系统功放的作用功不可没。
功放是音响系统中最基本的设备，它的任务是把来自信号源（专业音响系统中则是来自调音台）的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音。
功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作
用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。
由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范
围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。
第2章方案设计
2.1方案比较与论证
1．方案一：
电子管功放电路
采用SRPP电路和阴极输出器的级联，两者之间直接耦合成的电子管前级电路。
其功放集成电路内部结构方框图大致如图2-1所示：
信号ui
SRPP电路
电子管前
级电路
声音信
号uo
阴极输出
级
图2-1电子管功放电路原理框图
电子管的工作电压比晶体管高得多，前者为数百伏，后者仅需几伏。
显然两者
不能直接替换。
第二，电子管依靠阴极受热后发射电子，屏极（阳极）加有高正电
压，可以收集这些电子。
如果屏极相对阴极加负电压则屏极排斥电子，没有电流产
生，这就是电子管二极管的整流原理。
所以，电子管要工作需要加热，这一般通过
给靠近阴极的灯丝通电来实现，否则电子管不能工作。
这也是电子管发热大的原因。
第三，三极管工作原理是在阴极和屏极间用细金属丝网加了一个栅极，屏极加正高
压时，栅极上加一个很小的负电压就能够减小屏极电流，达到控制屏极电流的目的。
所以于NPN型晶体管放大电路需要在基极加正向偏置不同，电子管正常工作时栅
极和阴极之间的电压是负电压（负栅压）。
在这个电子管前置电路中阴极电流会产
生几伏的压降。
由于栅极通过电阻接地，栅极就自然产生了相对于阴极的负栅压。
这种偏置方法还有自动稳定的作用。
例如某外界原因导致阴极电流（就是屏极电流，
栅极电流为零）变大，则栅压自动变负，阴极电流又自动变小。
但是高档的电子管
放大器不是这样偏置的，因为这样偏置不精确。
它的特点是特高频相应好,当晶体管
确定时，分布电容就定了，那么要提高上限频率，只能增大负载电阻。
选用普通电
阻自然不能增大太多，否则电路工作点就不对了。
2．方案二：
扩声电路
采用运算集成电路和音频功率放大集成电路设计一个对话筒输出信号具有放
大能力的扩声电路。
其电路方框图如图2-2所示：
图2-2扩声电路原理框图
前置放大主要完成对小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带
要宽，噪声要小；音量控制主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减。
2.2方案选择
扩声电路和方案一比起来,它不需要加热，不需要加那么高的电压，它具有安全
的特性。
方案二制作简单音乐集成电路价格便宜，电路结构简单，满足工作稳定可
靠，耗电省的要求。
由此，确定该产品采用方案二实现。
第3章单元电路设计
3.1前置放大器的设计
由于话筒提供发信号非常弱，故一般在音调控制器前面要加一个前置放大器。
该前置放大器的下限频率要小于音频控制器的低音转折频率，上限频率要大于
音频控制器的高音转折频率。
考虑到所设计电路对频率响应及零输入（及输入短路）
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。
它是一种
双路运算放大器，属于高输入阻抗低噪声集成器件。
其输入阻抗高为104MΩ，输入
-12
偏置电流仅有50х10A，单位增益频率为4MHZ，转换速率为13V/us，用做音频前置放大器十分理想，其外引线图如图3-1所示
图3-1LF353外引线图
前置放大电路由LF353组成的两极放大电路完成，如图3-2所示。
第一级放大
电路的Au1=10，即1+R3/R2=10，取R2=10KΩ，R3=100KΩ。
取Au2=10（考虑增益余
量），同样R5=10KΩ，R6=100Ω。
电阻R1、R2为放大电路偏置电阻，取R1=R4=100KΩ。
耦合电容C1与C2取10uF，C4与C11取100uF，以保证扩声电路的低频响应。
图3-2前置放大器
其他元器件的参数选择为：
C3=100pF，R7=22KΩ。
电路电源为±12V。
3.2音调控制器的设计
音调控制器的功能是，根据需要按一定的规律控制、调节音响放大器的频率响
应，更好地满足人耳的听觉特性。
一般音调控制器只对低音和高音信号的增益进行
提升或衰减，而中音信号的增益不变，音调控制器的电路结构有多种形式，常用的
典型电路结构如图3-3所示。
该电路的音调控制曲线（即频率响应）如图3-4所示。
音调控制曲线中给出了
相应的转折频率：
Fl1表示低音转折频率，Fl2表示中音下限频率，F0表示中音频率
（即中心频率），要求电路对此频率信号没有衰减和提升作用，Fh1表示中音上限频
率，Fh2表示高音转折频率。
图3-3音调控制器电路
Au/dB-20db/10
倍数
f/Hz
FL1100Hz
10HzFH2
图3-4音频控制器频率响应曲线
音调控制器的设计主要是根据转折频率的不同来选择电位器、电阻及电容参
数。
3.2.1低频工作时元器件参数的计算
音调控制器工作时在低音时（即F
看成开路，音频控制电路此时可简化为图
3-5，图
3-6所示电路。
图
3-5所示为电位
器RP1中间抽头处在左端，对应于低频提升最大的情况。
图
3-6所示电位器
RP1中
间抽头处在最右端，对应于低频衰减最大的情况。
下面分别进行讨论。
图3-5低频提升电路
图3-6低频衰减器
1、低频提升
由图3-5可求出低频提升电路的频率响应函数为
U
R10RRP11
jw
0
wl2
式中，
（j）
R8
jw
Ui
1
wl1
wL1
1
，wL2
（RP1
R10）
（C7
RRP1R10）
C7RRP1
当频率F远远小于Fl1时，电容C7近似开路，此时的增益为
RRP1R10
AL
R8
当频率升高时，C7的容抗减小，当频率F远远小于Fl1时，C7近似短路，此时
的增益为
R10
A0
R8
在Fl1＜F＜Fl2的增益范围内电压增益衰减率为
-20dB/10倍频，即-6dB/倍频（若
40HZ对应的增益是20dB，则2
40HZ=80HZ时所对应的增益是14dB）
本设计要求中频增益为A0=1（0dB），且在100HZ处有±12dB的调节范
围。
故当增益为0dB时，对应的转折频率为400HZ（因为从12dB到0dB对应两个倍频程，所以对应频率是400HZ）因此音调控制器的低音转折频率f11=fl2/10=40HZ。
电阻R8，R10及RP1的取值范围一般为几千欧姆到几百千欧姆。
若取值过大，
则运算放大器的漏电流的影响变大；若取值过小，则流入运算放大器的电流将超过
其最大输出能力。
这里取
RRP1=470KΩ。
由于A0
=1，故R8=R10。
又因为wl2/wl1=
（RRP110）/R10
，所以8
10
P1（
）
Ω，取9810=51KΩ。
电
+R
=10
R=R
=RR/
10-1
=52K
R=R=R
容C7可由式
C7
1
求得：
7
，取
7
（23.14fL1
RRP1）
C=0.00085uF
C=0.01uF。
2、低频衰减
在低频衰减电路中，如图6所示，若取电容C6=C7，则当工作频率f远小于fL1，
电容C6近似开路，此时电路增益
AL
R10
R8RRP1
当频率F远大于F12时，电容近似短路，此时电路增益
A0
R10
R8
可见，低频端最大衰减倍数为1/10（即-20dB）。
3.2.2高频工作时元器件参数的计算
音调控制器在高频端工作时，电容C6，C7近似短路，此时音调控制电路可
简化成图3-7所示电路。
为便于分析，将星形连接的电阻R8=R9=R10转换成三角
形连接，转换后如图3-8所。
所以Ra=Rb=Rc=3R8。
由于Rc跨接在电路的输入端
和输出端之间，对控制电路无影响，故它可忽略不记。
图3-7音调控制电路在高频段时的简化等效电路
图
3-8
音调控制电路高频段简化电路的等效变换电路
当RP2中间抽头处于最左端时，此时高频提升最大，等效电路如图
3-9所示；
当RP2中间抽头处于最右端时，此时高频衰减最大，等效电路如图
3-10所示。
图3-9高频提升电路
图3-10高频衰减电路
1、高频提升。
由图3-9可知，该电路是一个典型的高通滤波器，其增益
函数为
Uo
Rb
1
jw
A（jw）
wH1
Ui
Ra
1
jw
wH2
其中，wH1
1
，wH2
1
。
（Ra
R11C5
R11）C5
当F远小于Fh1时，电容C5可近似开路，此时的增益为
Ra
A01（中频增益）
Rb
当F远大于Fh2时，电容C5近似为短路，此时的电压增益为
AH
Rb
RaR11
当Fh1≤F≤Fh2时，电压增益按20dB/10倍数的斜率增加。
由于设计任务中要求中频增益A0=1，在10kHz处有±12dB的调节范围，所以
求得Fh1=2.5kHz。
又因为ωH1/ωH2=（R11+Ra）/R11=AH，高频最大提升量AH一般也取10倍，所以Fh2=AH?
Fh1=25kHz。
由（R11+Ra）/R11=AH得：
R11=Ra/（AH-1）=17KΩ,取R11=18kΩ。
由ωH2=1/R11C5得：
C5=1/（2ЛFh2R11）=354pF,取C5=330pF。
高音调节电位器Rp2的阻值与Rp1相同，取RRp2=470Kω。
2、高频衰减。
在高频衰减等效电路中，由于Ra=Rb，其余元器件也相同。
所以有高频衰减的转折频率与高频提升的转折率相同。
高频最大衰减1/10（即
-20dB）。
3.3功率输出级的设计
功率输出级电路结构有许多种，选择由分立元器件组成的功率放大器或单片
集成功率放大器均可。
为了巩固在电子线路课程中所学的理论知识，这里选用集成
运算放大器组成的典型OCT功率放大器，其电路如图3-11所示，其中由运算放大
器组成输入电压放大驱动级，由晶体管VT1，VT2，VT3，VT4组成的复合管为功率
输出级。
三级管VT1与VT2都为NPN管，仍组成NPN型的复合管。
VT3与VT4为
不同类型的晶体管，所组成的复合管导电极性由第1只脚决定，为PNP型复合管。
图3-11功率放大电路
3.3.1
确定电源电压
功率放大器的设计要求是最大输出功率POmax
8W。
由公式
POmax
1/2U2Om/RL可得：
POm
1
UomUom可得uom2PomaxRL。
考虑到输
2
RL
出功率管VT2与VT4的饱和压降和发射极R11与R22的压降，电源电压常取VCC=
（1.2～1.5）UOm。
将已知参数带入上式，电源电压选取±12V。
3.3.2功率输出级设计
1、输出晶体管的选择。
输出功率管VT2与VT4选择同类型的NPN型大功率管。
其承受的最大反向电压为UCEmax=2VCC。
每只晶体管的最大集电极电流为
ICmaxVCC/RL=1.5A，每只晶体管的最大集电极功耗为：
PCmax=0.2POmax=1.6W。
所以，
在选择功率三极管时，除应使两管β的值尽量对称外，其极限参数还应满足系列关
系：
VBRCEO＞2VCC，ICM＞ICmax，PCM＞PCmax，PCM＞PCmax。
根据上式关系，选择功
率三极管为3DD01。
2、复合管的选择。
VT1与VT3分别与VT2与VT4组成复合管，它们承受的最大
电压均为2VCC，考虑到R18与R20的分流作用和晶体管的损失，晶体管VT1与VT3
的集电极功耗：
PCmax=（1.1-1.5）PC2max/β2而实际选择VT1，VT3参数要大于最大值。
另外为了复合出互补类型的三极管，一定要使VT1，VT3互补,其要求尽VT3称性好。
可选用VT1为9013，VT3选用9015。
17
12
3.3.3电阻R～R的估算
R18与R20用来减小复合管的穿透电流，其值过小会影响复合管的稳定性，太大
又会影响输出功率，一般取
R1820（－
）i2。
Ri2为VT2管的输入端等效电阻，
=R=
5
10R
其大小可用公式R
（
β）
来计算，大功率管的rbe约为10Ω，β为20
i2
=rbe+
1+2R21
倍。
输出功率管的发射极电阻R21与R22起到电流的负反馈作用，使电路的工作更加稳定，从而减少非线性失真。
一般取R21=R22=（0.05～0.1）RL。
由于VT1与VT3管的类型不同，接法也不一样，因此两只管子的输入阻抗不一
样，这样加到VT1与VT3管基极输入端的信号将不对称。
为此，增加R17与R19作为
平衡电阻，使两只管子的输入阻抗相等。
一般选择R17=R19=R18∥Ri2。
根据以上条件，选
升级会员 