扩音器电路的设计.docx

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扩音器电路的设计

烟台南山学院

模拟电子技术课程设计

题目：

扩音器电路的设计

姓名：

方文

所在学院：

工学院电气与电子工程系

所学专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气工程1403

学号：

201402013038

指导教师：

王选诚完成时间：

二〇一五年十二月

模电课程设计任务书

一、基本情况

学时：

30学时学分：

1学分课程设计代码：

07120102

适应班级：

12电气工程、自动化

二、进度安排

本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下：

实习动员及准备工作：

2学时总体方案设计：

4学时

查阅资料，讨论设计：

14学时撰写设计报告：

8学时

总结：

2学时

教师辅导：

随时

三、基本要求

1、课程设计的基本要求

模电课程设计是在学习完模拟电子技术课程之后，按照课程教学要求，对学生进行综合性训练的一个实践教学环节。

主要是培养学生综合运用理论知识的能力，分析问题和解决问题的能力，以及根据实际要求进行独立设计的能力。

初步掌握模拟电子线路的安装、布线、焊接、调试等基本技能；熟练掌握电子电路基本元器件的使用方法，训练、提高读图能力；掌握组装调试方法。

其中理论设计包括总体方案选择，具体电路设计，选择元器件及计算参数等，课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。

2、课程设计的教学要求

模电课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。

做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上的学生，该课程考核按不及格处理。

在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。

课程设计的任务相对分散，每3名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。

小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。

但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。

四、设计题目及控制要求

设计要求：

设计5W的双声道功率扩音机，不失真功率为5W，频率响应在20Hz和20kHz之间，输入阻抗大于50千欧，输入电压小于5毫伏，音调控制范围低音为100Hz，高音为10kHz。

设计提示：

输入

前置放大

音调网络

音量控制

功率放大器

扬声器

信号

五、设计报告

设计完成后，必须撰写课程设计报告。

设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于2000字，图形绘制规范。

设计报告的格式如下：

1、封面

2、内容提要

3、目录

4、正文

（1）所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；

（2）方案选择及论证；

（2）设计步骤及原理图；

（3）元器件的选择；

（4）设计过程中出现问题的解决方法；

5、心得体会

6、参考文献

六、考核方法

模电课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。

课程设计

考核分三个方面进行：

平时考勤：

30%实验及设计成果质量：

40%报告：

30%有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理：

1、设计期间累计迟到、早退达8次；

2、设计期间累计旷课达6节；

3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告；

4、不能完成设计任务，达不到设计要求

摘要

近几年来，计算机技术进入了前所未有的快速发展时期，随着电子信息技术的发展关于音响放大器在电子技术基础中所处的位置越来越重要，它不仅是电子信息专业的一个重要部分，而且在其他类专业工程中也是不可缺少的。

放大器电路做为子系统的应用，发展更是迅速，已成为新一代电子设备不可缺少的核心部件，其现实生活中的运用也是非常普遍和广泛。

扩音机电路是把微弱的声音信号放大成能推导尿管扬声器的大功率信号，主要由运算放大器和集成音频功率放大器构成。

电路结构分为前置放大，音频控制，功率放大三部分。

前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗攻，输出阻抗低，频带宽，噪音要小，音频控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率大。

关键词：

扩音器功率放大器音频控制

第1章绪论2

1.1历史背景2

1.2扩音器简介2

1.2.1扩音器分类2

1.2.2扩音器作用2

第2章系统方案设计3

2.1扩音器电路的基本原理3

2.2设计要求3

第3章主要电路总体设计4

3.1前置放大电路4

3.2音频控制电路4

3.2.1低频工作原件5

3.2.2高频工作元件6

3.3功率放大电路9

3.4扩音机总电路图10

第4章设计结果及分析安装与调试11

4.1前置级的调试11

4.2音调控制器的调试11

4.3功率放大器的调试11

4.3.1静态调试11

4.3.2动态调试11

4.4整机调试12

结论13

参考文献1..4.

第1章绪论

1.1历史背景

扩音器是1915年发明的，从那以后一代又一代的技术人员为它的完善做出了不懈的努力。

1.2扩音器简介扩音器的问世使得人们不仅在乘坐地铁或去郊外远足时能够欣赏自己喜爱的音乐和广播节目，而且还能聆听以电子手段保存下来的早已与世长辞的人的声音以及大自然中根本不存在的种种奇妙声音。

在电影院里，扩音器所营造的声的世界将观众们带入一个想象的世界。

扩音器亦是本世纪所有具有个性魅力的公众人物与大众沟通的重要工具。

1.2.1扩音器分类

扩音器目前不仅局限于喊话器，扩音器现分为无线扩音器与有线扩音器。

体积大小各不同，各有各的用途，体积较小的犹如烟盒烟大小，外观时尚轻巧，非常适合教师老师还有导游用，挂在腰间解脱了双手，发挥更自由，一上市就受到了业界的好评，挂在腰间的功率在3W-8W。

体积大的适用于室外活动，夏令营，课外演讲等人流量大的地方，功率在35W---95W[1]。

1.2.2扩音器作用

扩音器（机）通常是用于音响设备，该类放大器也广泛用于控制和测量系统中。

扩音器的主要功能是对弱信号进行电压放大和功率放大，推动负载工作，同时需要对音调进行调节。

第2章系统方案设计

2.1扩音器电路的基本原理

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，噪声要小，音调控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率、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。

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。

若P0max=2W,输出电压U0=RLPmax0=4V，要使输入为5mv的信号放大到输出的4V，所需的总放大倍数为800。

扩音机中各级增益的分配为：

前置级的电压放大倍数为100；音调控制中频电压放大倍数为1；功率放大级电压放大倍数为8[2]。

其原理如图2.1所示。

图2.1原理图

输入Vi

2.2设计要求

设计5W的双声道功率扩音机，不失真功率为5W，频率响应在20Hz和20kHz之间，输入阻抗大于50千欧，输入电压小于5毫伏，音调控制范围低音为100Hz，高音为10kHz。

第3章主要电路总体设计

3.1前置放大电路

由于信号源提供的信号非常微弱，因此在音调控制器前面要加一级前置放大级。

该前置放大级的下限频率要小于音调控制器的低音转折频率，前置放大器的上限频率要大于音调控制器的高音转折频率。

前置放大器采用集成运算放大器电

考虑对噪声、频率响应的要求，运算放大器选用LF353双运放，该运放是场效应管输入型高速低噪声集成器件，其输入阻抗极高。

前置级由LF353组成两级放大器完成。

第一级其的Av1=10,即1+R3/R2=10,取R2=10K,R3=100K。

取Av2=10，同样R5=10K,R6=100K。

电阻R1\R4为放大器的偏置电阻，取R1=R4=100K。

耦合电容C1\C2取10uF,C4、C5取100uF，以保证扩音机的低频响应。

3.2音频控制电路

音调节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，达到美化音色母的。

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，二中阴线号的增益不变。

音频控制器的电路结构有多种形式[3]，常用的

典型电路结构如图3.2所示：

图3.2音调控制器电路音调节控制器的设计主要是根据要求的不同的转折频率，选择电位器、电阻及电容值。

3.2.1低频工作原件

音调控制器工作的低音频时，由于电容C5

上图图3为电位器RW1中间抽头处在最左端，对应于低频提升最大的情况。

低频提升

由图可求低频提升电路的频率响应函数为：

A=V0/V1=-（R10+RW1）（1+Jw/wL2）/R8（1+Jw/wL1）其中：

wL1=1/C7RW1,wL2=（RW1+R10）/（C7RW1R10）当频率远小于低音转折频率时，C7近似开路，此时增益为：

AL=（RW1+R10）/R8

当频率升高时，C7的容抗减小，当频率远大于中音下限频率是，此时的增益为A0=R10/R8

在低音转折频率和中音下限频率的范围内，电压怎一衰减率为-6Db/倍频。

电阻

R8、R10、RW1的取值范围一般为几k到几百k之间。

若电阻过大，运算放大器

图3.4低频衰减电路

上图图3.4为电位器RW2中间抽头处在最右端，对应于低频衰减最大的情况。

3.2.2高频工作元件音调控制器在高频端工作是，电容C6、C7近似短路，此时音频控制器电路可简化成图3.5所示：

由于R8、R9、R10为星形连接，为便于分析，可将它们转换成三角形连接，转换后的电路图如图3.6所示：

因为R8=R9=R10所,以Ra=Rb=Rc=3R。

8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，故可将它忽略不记。

当RW2中间抽头处于最左端时，此时高频提升最大，等效电路如图3.7所示：

图3.7高频提升电路

高频提升

由图3.7可知：

该电路是一典型的高通滤波器，其增益函数为：

A=V0/V1=-Rb（1+Jw/wh1）/R8（1+Jw/wh2）

其中wh1=1/（Ra+R11）,Wh2=1/（R11C5）

按照低频端的分析方法，可得出高频提升电路的一写特性并且去C5=330pF，R11=11K，RW2=470K。

当RW2中间抽头处于最右端时，此时高频衰减最大，等效电路图如图3.8所示：

3.3功率放大电路

功率放大的主要作用是向负载提供功率。

要求输出功率尽可能大，转换功率尽可能高，非线性失真尽可能小。

功率输出级电路结构有许多种形式，选分立元件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可[4],下面是用D2006构成的OTL

功率放大电路，电路图如图3.9所示：

图3.9功率放大电路图

确定电源电压Vcc

为了使功率放大器达到输出功率8W的要求，同时又保证电路安全可靠的工作，电路的最大输出功率应比实际设计指标大些，一般取Pom=（1.5～2.0）Po。

2

根据：

Pom=1Uom

2RL

所以Uom=2PomRL

考虑到输出功率管T2、T4的饱和压降和发射极电阻R8、R9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：

18V。

3.4扩音机总电路图

图3.10扩音机总电路图

第4章设计结果及分析安装与调试

在调试安装前，首先将所选用的电子元器件测试和筛选一遍，以确定元器件的质量符合设计要求，然后，严格按照元器件的安装、焊接、布线工艺规程，进行元器件的插装和焊接，合理排布，连线应尽可能短而直，做到既了牢固可靠，美观大方，又维护方便。

4.1前置级的调试

当无输入交流信号时，用万用表分别测量LF353的输出电位，正常时应在０Ｖ附近。

若输出端直流电位为电源电压值时，则运算放大器可能已坏或工作在开环状态。

输入端加入UI＝５ｍＶ，ｆ＝1000Ｈz的交流信号，用示波器观察有无输出波形。

如有自激振荡，应首先消除；当工作正常后，用交流毫伏表册测量放大器的输出，并求其电压放大倍数。

输入信号幅值保持不变，改变其频率，测量幅频特性，并画幅频特性曲线[5]。

4.2音调控制器的调试先对其进行静态测试后进行动态调试：

用低频信号发生器在音调控制器输入端输入400ｍＶ的正弦信号，保持幅度不变；将低音控制电位器调到最大提升，同时将高音控制电位器调到最大衰减，分别测量器幅频特性曲线；然后将两个电位器的位置调到相反状态，重新测量其幅频特性曲线。

若不符合要求，应检查电路的连接、元器件值、输入输出耦合电容是否正确和完好，纠正错误或排除故障，重新调试，直到符合设计要求为止。

4.3功率放大器的调试

4.3.1静态调试首先将输入电容Ｃ８输入端对地短路，然后接通直流电源，用万用表测试Uo，调节电位器Ｒ（p3）使输出地电位近似为零。

4.3.2动态调试

在输入端接入400ｍＶ、1000Ｈｚ的正弦信号，用示波器观察输出波形的失真情况，调节电位器Ｒ（p3）使输入端波形交叉失真最小；调节电位器Ｒ（p3）使输入电压的峰值不小于11Ｖ，以满足输出功率的要求。

4.4整机调试将三级电路连接起来，在输入端连接一个受话器。

此时，调节音量控制电位器Ｒ（p4），应能改变音量的大小；调节高、低音控制电位器，应能明显听出高、低音调的变化；敲击电路板应无声音间断和自激现象[6]。

结论

（1）此次实验从设计到实现，每一步都伴随着问题的不断的产生与解决，经过艰辛的调试、测量，最终完成实验，除了极个别的参数与设计要求稍有差距之外，其余参数均满足设计指标。

实验总体是成功的。

（2）综合性实验涉及了几乎整个电路设计与实现的过程，严谨完成实验将很有意义，而且这是学习模拟电路以来第一次完整体验实际电路的实现，这个过程让我获益颇多。

通过这次实践，我对音频放大电路有了有了更深入的了解，对模拟电路设计过程和方法有了基本了解和认识，能够对简单电路系统中出现的故障和问题提出解决方案，学习并熟悉了相关软件的基本使用。

（3）为发现和解决实际电路问题，我查阅了不少资料，和同学讨论交流，一同解决问题，解决实际问题的能力有所提升。

（4）电路设计与测试是一件艰辛的工作，充满挑战，但挑战带来了乐趣，艰辛诞生了硕果，实践让知识升华。

参考文献

[1]华成英，童诗白.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：

高等教育出版社，2006.

[2]郭永贞.电子技术实验与课程设计指导（模拟电路部分）[M].南京：

东南大学出版社，2004.

[3]戈素贞，杜群羊，吴海青.模拟电子技术基础与应用实例[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2007.

[4]查丽斌．《电路与模拟电子技术》[M].北京：

电子工业出版社，2015.

[5]姚福安.电子电路设计与实践[M].山东：

山东科学技术出版社，2001.

[6]潘永雄，沙河.电子线路CAD实用教程（第三版）[M].西安：

西安电子科技大学出版社，2007.