科技创新试验报告上海交通大学.docx

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科技创新试验报告上海交通大学

科技创新实验报告

项目名称：

模拟电路——音频模拟功放

小组成员：

剡钧

王政5060309724

赵伊苓5062019016

完成日期：

2008年6月

1.概述

1.1编写说明

本报告介绍了“MP3音箱”的主要性能指标、主要功能和工作原理，记录了实验制作过程。

适合此课程开课教师及所有选修此课程或对“音频模拟功放”感兴趣的同学阅读参考。

1.2定义

（1）电阻器——电阻器是电路元件中应用最广泛的一种，其质量的好坏对电路工作的稳定性有极大影响。

常用的电阻有碳膜电阻、金属膜电阻等。

（2）电容器——电容器通常叫做电容，是一种储能元件，由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成。

主要有电解电容器、云母电容器、瓷介电容器、玻璃釉电容等。

在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时等。

（3）二极管——二极管属于半导体几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它由N型半导体与P型半导体构成，它们相交的界面上形成PN结。

从制作材料上可分为硅二极管（Si管）和锗二极管。

二极管的主要特点是单向导通，反向截止。

（4）三极管——半导体三极管也称为晶体三极管，是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

它主要的功能是电流放大和开关作用。

（5）功率放大器——功率放大器是将音频电压信号转化成音频信号并驱动扬声器发声的一种设备。

（6）功率放大——在输入信号驱动下，向负载提供足够功率的放大电路，以尽可能高效地输出大的功率作为主要任务。

而小信号放大电路的主要任务是使负载上获得尽可能大的不失真的电压信号。

（7）Protel——一款用来绘制电气原理图和PCB图的电脑软件。

（8）PCB图——与电气原理图相对应的电路板图。

（9）音箱——成品音箱一般由箱体、扬声器、分频器、倒相管组成，辅助的材料有吸音棉、接线盒等组成。

具体结构见图（1.2.1）

（10）

锥形扬声器——锥形扬声器结构见图（1.2.2）

（11）额定功率——扬声器在连续工作时所采用的电功率。

（12）音乐功率——在不使扬声器受到损坏的情况下，在听觉上不使高保真度受到干扰的短时间内（小于2秒）的脉冲负载。

（13）频率特性曲线——表示扬声器与频率相关的声压级。

（14）平均声压——在频率特性曲线线形部分中声音级的平均值。

（15）分贝（dB）——描述声音大小及音响设备性能的一个指标。

关于分贝，有两个最基本的计算公式。

一是功率与分贝的关系，公式为A=10log（E/E0），式中A表示分贝值，E表示目前功率值，E0表示基准功率值。

二是声压与分贝的关系，公式为A=20log（P/P0），式中P表示目前声音压力值，P0表示声音对人耳的基准压力值。

1.3缩略语

R——电阻，英文名Resistance，在电路中用“R”加数字表示。

C——电容，英文名Electriccapacity，在电路中用“C”加数字表示。

D——晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示。

Q——晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示。

2.MP3音箱的制作

2.1实验目的

练习基本工具的使用和仪器设备的正确使用、掌握电子器件选择的基本原理及方法、掌握基本电路的设计方法、掌握Protel绘制电气原理图和PCB图的方法、练习并掌握功放电路的调试。

2.2MP3音箱的主要性能指标

●工作电源电压：

3V

●功率：

RL=32Ω120MW；RL=8Ω380MW；RL=4Ω650MW。

●输出功率

1.额定输出功率：

即RMS功率。

在放大器频率特性与谐波失真系数均能达到规定的技术指标下（普通功放失真度小于1%，高保真功放失真度小于0.1%），功率放大器所能输出的连续正弦波信号功率。

2.最大输出功率：

即PM功率。

在额定负载电阻上，放大器能符合基本参数要求，简谐信号的最大输出功率。

3.最大有用功率：

在额定负载电阻上，输入1kHz的简谐信号，当谐波失真系数为10%时的输出功率。

4.峰值功率：

即P.P功率。

将额定输出功率中的有效值电压，换算为峰值电压得出的功率。

因为峰值电压等于1.414倍有效值电压，所以峰值功率即等于2倍额定功率。

5.音乐功率：

即MPO功率。

在保持放大器电源无压降时，输入大动态的音乐信号，放大器所能输出的瞬时功率。

MPO输出功率一般为RMS额定功率的4-6倍。

6.峰值音乐功率：

即PMPO功率。

将音乐功率中的有效值电压换算为峰值电压得出的功率。

所以峰值音乐功率为音乐功率的2倍。

●频率响应

在振幅允许的范围内l放大器能重放声音的频率范围。

在额定的频率范围内，输出电压幅度的最大值与最小值之比，以分贝数（dB）来表示其不均匀度。

普通功放的频率响应为20Hz-20kHz约（+/-）l-3dB；优质功放的频率响应为20Hz-20kHz约+/-0.1dB。

●信噪比（S/N）

功率放大器额定输出电压与无信号输入时实测噪声电压比称为信号噪声比，简称信噪比，通常以分贝数来表示。

信噪比：

301og（额定输出电压／噪声电压）普通功效的信噪比约6O-90dB；专业级功效信噪比要求大于100dB。

●灵敏度

该指标是指在给音箱输入端输入1W/1kHz信号时，在距音箱喇叭平面垂直中轴前方一米的地方所测得的声压级。

灵敏度的单位为分贝（dB）。

音箱的灵敏度每差3dB，输出的声压就相差一倍，普通音箱的灵敏度在85～90dB范围内，85dB以下为低灵敏度，90dB以上为高灵敏度，通常多媒体音箱的灵敏度则稍低一些。

●失真度

音箱的失真度定义与放大器的失真度基本相同，不同的是放大器输入的是电信号，输出的还是电信号，而音箱输入的是电信号，输出的则是声波信号。

所以音箱的失真度是指电声信号转换的失真。

声波的失真允许范围是10%内，一般人耳对5%以内的失真不敏感。

2.3MP3音箱的主要功能和工作原理

Ø主要功能：

通过音频连接线，将电脑或MP3等设备产生的音频信号输入到MP3音箱中。

信号在音箱中经过功率放大，将处理过的信号输出给两个扬声器，使其发声。

Ø

工作原理：

普通音频线传送模拟信号。

对于模拟信号，要采用模拟信号功率放大芯片。

在MP3音箱中使用型号为：

TEA2025的芯片，并选择双声道输出。

Ø图（2.3.1）中各元件作用：

v　C1,C2输入耦合电容。

v　R1,R2阻抗匹配，适当降低输入阻抗，改善信噪比指标。

v　C3,C4与内部电路组成交流负反馈支路，控制电路闭环增益。

v　C5,C6　ＯＴＬ电路的输出电容。

v　R3C7,R4C8组成相位补偿电路，可消除高频自激。

v　C9　电源退耦电容，可消除低频自激。

图（2.3.5）模拟音频功放系统的PCB图

2.4实验过程

2.4.1装配过程

2.4.1.1工作环境

工作中使用到的工具有：

●数字万用表：

由于各元器件与理想值可能会有误差，数字万用表可用来测量各元器件的实际数值。

●电烙铁：

用于将各元器件焊接到电路板上。

●焊锡丝：

配合电烙铁使用，将各元器件焊接到电路板上。

●剪刀：

将元器件过长的管脚剪去；根据需要制作各种长度的导线；将电烙铁表面的氧化层除去。

●镊子：

由于电路板面积较小，在焊接导线时需用镊子辅助操作，否则会有烫伤的危险。

●电脑：

用于查看模拟音频功放系统的电路图及其他各类电子资料。

2.4.1.2工作步骤

（1）根据元器件表核对各元器件的数量及型号。

（2）根据电路板的大小合理安排各元器件的位置。

这样可以在以后的工作中节省许多不必要的工作量。

且完成作品的美观是很重要的一个评判标准。

（3）根据元器件的大小将其按体积从小到大焊接到电路板上。

（4）注意芯片基座的焊接。

切忌不可将芯片直接焊接到电路板上。

（5）将电路图中各接地端用导线或已剪下的管脚连接至电路板的外围导通带，此导电带作为整个电路板的接地端。

（6）在将所有元器件焊接到电路板上后，安装芯片。

（7）注意事项：

●各电阻的阻值要分辨清楚，可运用色环法或直接用万用表测量电阻的阻值。

●晶体二级管和电解电容的正负极要区分清楚。

正极都放在靠近芯片方向。

●用导线或已剪下的管脚在电路板上飞线时，要注意不能造成短路。

●安装芯片是要十分细心，以防芯片管脚的损坏。

●调试前要检查电路板上是否有假焊、虚焊、错焊等现象。

●如遇到错焊的情况，可以用吸焊器将原来的焊锡出去。

再重新焊接。

●一般插完一个、焊接一个，这样既不容易漏掉焊点，也便于检查。

焊完部分元器件后，用手指轻轻拨弄一下管脚，以检查有无虚焊。

最后用剪刀剪断管脚。

2.4.2调试过程

2.4.2.1工作环境

调试中使用到的工具有：

●数字万用表：

测量模拟音频功放的电阻大小。

●信号发生器（MOTECHFG-513）：

用于产生各种频率的信号，接到音响的输入端，检测其输出。

●示波器（SS-7810）：

观察音响输出波形及电压值等参数。

●MP3播放器：

输出音频信号，检测模拟音频功放能否正常工作。

2.4.2.2工作步骤

（1）测量模拟音频功放的电阻大小。

（2）将信号发生器连接到模拟音频功放，调节输出频率大小（10Hz~1MHz），用示波器观察并记录输出电压峰峰值。

（3）将音频输入线连接到模拟音频功放上，用Mp3播放器播放音乐，如模拟音频功放发声且音质不错，则模拟音频功放制作完成；如模拟音频功放不发声或音质不佳，则应检查电路中是否有虚焊、错焊或短路、断路存在。

2.4.3实验数据和结果讨论

Ø实验数据：

工作电源：

3.3v直流

信号源：

3.15v交流正弦波

输入频率

10Hz

20Hz

100Hz

500Hz

1kHz

5kHz

10kHz

15kHz

20kHz

50kHz

100kHz

1MHz

输出电压峰峰值（mv）

3.68

3.84

3.84

3.28

3.28

3.36

3.28

3.12

2.90

2.84

2.38

0.9

表2.4.1频率与输出电压的关系

图2.4.1lgf（频率）与输出电压的关系图

Ø结果讨论：

1、通过输入频率与输出电压的关系图可以看出，本模拟音频功放对人耳敏感的声波频率范围，即20Hz~20kHz频率范围内信号具有较好的功率放大作用，实现了音频功放的功能。

2、在本次实验中制作的模拟音频功放总体来说达到了实验的要求。

检测时，它的音质属较好水平，通过功放后的声音信号总体没有失真。

这与制作过程中每一步的脚踏实地是分不开的。

Ø不足之处：

功放所能达到的放大的最大效果有限，可调范围有限。

外形不佳。

Ø改进方法：

采用新的电路，或改进外围电路；采用印刷电路板（本想采用，但限于时间及费用）。

3.致谢

感谢莅临指导的各位老师，助教以及相识的同学们，他们给予我了最直接的帮助。

感谢学校和电院开设了这门理论结合实践的课程，让我们有了实践动手的机会。

再次感谢老师的莅临指导，助教的耐心调试与排疑，同组同学的帮助，同班同学的鼓励！

谢谢大家！

谢谢你们！

4.附录

4.1心得体会

“音频模拟功放”课程涉及到电路理论、模拟电子技术等相关知识，理论结合实践，并注重实践动手能力的培养和技能的训练。

使我们在课堂中学习的理论知识运用在了实际生活中。

通过对科创3的学习，我们了解了模拟功放的原理、组成以及技术指标。

学会了Protel等PCB绘制软件的使用。

还自己动手，焊接、制作了一套实用、并有一定先进性的小型音频模拟功放系统。

同时，在前期课程中老师指导我们熟悉了直流稳压源、函数信号发生器、示波器、万用表等仪器的调试和使用。

这对我们在日后的深入学习中是十分有益的。

在学