北邮扩音机实验报告.docx
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北邮扩音机实验报告
北京邮电大学
实验报告
实验名称：
扩音机电路的设计与实现
学院：
信息与通信工程学院
日期：
2014.5.1
索引
一、报告概要..................................................................................3
1、课题名称......................................................................................3
2、报告摘要.....................................................................................3
3、关键字...........................................................................………...3
二、设计任务要求.............................................................................3
三、所用元器件、测试仪表清单……………................................4
四、设计思路与总体结构图...........................................................5
五、分块电路和总体电路的设计.....................................................6
1、前置放大器设计.........................................................................6
2、音调控制器设计...................................................................…..7
3、功率输出级设计..........................................................................9
4、Multisim绘制的全电路原理图..................................................10
5、实体电路图………………………………………………………12
六、电路所实现功能和实际测试数据...........................................12
1、分级调测........................................................................................12
2、电路总体功能与测试..................................................................16
七、故障及问题分析...........................................................................17
八、实验总结与结论............................................................................18
九、参考文献...........................................................................……...19
一报告摘要
1.课题名称
扩音机电路的设计与实现
2.报告摘要
实验采用计算机软件multisim辅助仿真的方法，分析并设计了扩音机电路，该电路具有音调可控、音频放大等功能。
实验报告的内容包括设计电路的要求指标，电路设计，电路原理分析，对电路参数以及性能的检测和分析，对扩音机的功能进行的测试与调整。
附有软件仿真图。
3.关键字
扩音机功率放大音调调节
二、设计任务和要求
1.设计一个对话筒输出信号具有放大能力的扩音机电路，设计指标和给定条件为：
a）最大输出功率不小于2W
b）负载阻抗为8Ω
c）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
d）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
e）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
f）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
g）涉及该电路的电源电路（不要求实际搭建）
三、所用元器件、测试仪表清单
1.电路元器件：
集成运算放大器LF353（2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）、功放TDA2030A（1个）、面包板（1个）、功率电阻（1个、10w8Ω）、散热片（1个）、电阻电容若干、导线若干、其他
测试仪器：
直流稳压电源、函数信号发生器、万用表、示波器
2.元器件简介
1）LF353简介
LF353是结场效应管宽带运算放大器，内部为双运放，其特点是高输入阻抗、低噪声、带宽及输出转换速率高。
其管脚1-Output1
2-Invertinginput1
3-Non-invertinginput1
4-Vcc-
5-Non-invertinginput2
6-Invertinginput2
7-Output2
8-Vcc+
2）TDA2030A型单片集成功放
五个管脚依次为：
1正相输入端
2反相输入端
3负电源输入端
4功率输出端
5正电源输入端
其主要特点是：
开机冲击小；输出功率大；外围电路简单；采用5脚单列直插的封装形式，体积小；内含各种保护电路，安全可靠。
四、设计思路与总体结构图
1.设计思路
扩音机电路主要采用运算放大器和集成音频功率放大电路来构成。
前置放大主要完成小信号的放大，应满足：
输入阻抗高、输出阻抗低、频带宽、噪声小等特点。
音调控制主要实现对输入信号低音和高音的增益的提升和衰减，中音信号增益不变。
功率放大决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，应满足：
效率高、失真尽可能小、输出功率大等特点。
指标要求Pomax=2W，负载阻抗为8Ω，所以Uomax=4V。
要使话筒输入5mV信号放大到扩音机4V，放大800倍。
各级增益的分配：
前置放大100倍，音调控制中频放大1倍，功放级电压放大8倍，总放大倍数为800倍。
2.原理框图：
话筒输入
五、分块电路和总体电路的设计
1、前置放大器设计
由于话筒提供的信号非常弱，一般在音调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，决定选用LF353组成前置放大级的两级放大电路。
前置放大级的电路设计图为：
如图为前置放大电路。
由LF353组成两级放大电路串联，放大倍数为121倍。
该电路采用了深度负反馈，Au1=1+R3/R2=11，取R6=10kΩ，R5.=100kΩ，第二级同理。
耦合电容C1、C3、C5取10uF，C4取100uF，C2取小电容100pF，以保证电路的低频响应。
R7取100kΩ。
2、音调控制器设计
①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，更好的满足人而的听觉特性。
一般的音调控制器只对低音和高音的增益进行提升或衰减，而中音信号的增益不变。
最终效果为：
音调控制幅频特性曲线
②音调控制级总电路图
关键在于：
电阻电容网络的选频作用，图中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。
具体工作原理如下：
●中频段：
C6、C7短路；C8视为开路。
此时有：
Au=-R10/R8=-1
等效电路图：
●低频段：
C8可视为开路，信号频率越低，则随着容抗的增大增益越大，此时Rp1从左端滑到右端，增益也将由小变大，从而产生提升和衰减的效果。
●高频段：
C6、C7可视为短路，调节RP2产生高音的放大倍数得到提升和衰减。
3、功率输出级设计
功放要求功率尽可能大，失真尽可能小，效率尽可能高。
因为TDA2030A具有瞬态互调失真小，输出功率大，外围电路简单，体积小等优点，此处决定选用TDA2030A型集成功率放大电路。
其接法参考芯片手册。
功率放大器电路图：
电路分析：
C6为隔直耦合电容，C9、C10、C12、C13为电源滤波电容，R16、C14防止放大器产生自激振荡，二极管起保护电路作用，通过调节R3来调节放大倍数。
4、Multisim绘制的全电路原理图
5.实体电路图
六、电路所实现功能和实际测试数据
1、分级调测
Ø前置放大级调测
信号源输入为：
Vi=5mV,f=1.0kHZ
前置放大级输出：
V01p=0.844V
前置放大级增益：
V01p／（√2Vi）=119.36非常接近120
前置放大级增益符合设计要求。
附图：
（起初不了解使用，没有将两通道0点调在一起,显示数值一直在微小变化，此处显示1.690，记录时选取了1.687）
Ø音调控制级调测
1低频信号测试：
信号发生器设置：
Vip-p=0.4v,f=100Hz
实测：
Vip-p=248.5mv,f=100.043Hz
调节Rp1,测得输出Vop-p最大为2.595v,放大倍数10.44，非常接近10
满足调节低音电位器使输出功率变化±12dB。
输出：
2高频信号测试：
信号发生器设置：
Vip-p=0.4v,f=10kHz
实测：
Vip-p=248.5mv,f=10.51kHz
调节Rp2,测得输出Vop-p最大为1.595v,放大倍数6.42，通过调节电位器可使放大倍数接近6
满足调节低音电位器使输出功率变化±12dB。
3中频增益测试
信号发生器设置：
Vip-p=0.4v,f=1kHz
实测：
Vip-p=248.5mv,f=1kHz
调节Rp2,Rp1,测得输出Vop-p为250.0mv,放大倍数接近1，满足要求
综上，该音调放大级满足要求。
ØC功率放大级调测
信号发生器设置：
Vi=400mvf,f=1kHz
实测：
Vip=572mv,f=1kHz
调节Rp3,测得输出Vop-p最大为12.40v,
Pomax=（12.40/（2*√2））2=2.40w>2w满足要求。
输出：
功率输出级
2、电路总体功能与测试
1）A最大输出电压与输出功率
信号发生器设置：
Vi=5mvrms,f=1kHz
实测：
Vip-p=16.3mv,V0P-P=16.04v,f=1kHz
（此处Vip-p=16.3mv,经计算有效值>5mv，分析原因有二：
①Vip-p为自己通过有效值计算得到，期间有误差。
②函数信号发生器本身存在误差。
）
功率（16.04/（2*√2））2/8>2w
整机测试图
2）噪声测试
输入端短路时，噪声输出电压为3mV<10mV，符合设计要求。
3）频率响应
当高、低音调电位器处于不提升也不衰减位置时，fl=95.48HZ，fh=6397.9HZ，达到设计要求。
4）音量调节测试
调节RP3，观察示波器，输出电压连续可调，最小输出电压可近0V，增大音量输出电压可达到最大输出电压值16v。
可达到连续可调，且达到指标要求。
七、故障及问题分析
1.波形不稳定。
起初以为是元器件值设置不合理，后来发现是各连接信号源、直流电源等的导线没有完全放在桌子上、悬在桌子外导致。
2.输出波形失真。
忘了调节RP3，使功放级分压过多，就会导致最终波形的失真。
解决办法是调整了RP3的阻值。
3.输出波形发生变化。
功率放大级的TDA2030A元件在使用过程中会大量放热。
随之TDA2030A元件的性能会发生改变，输出波形会发生变化。
所以每次测量接通电源的时间不宜过长，并应隔一段时间进行新一轮的测试，以得到电路的准确参数。
4.电路连接好后，测总电路增益时则时有问题。
发现有虚接的地方，电路中器件布局不是很合理导致很容易在处理过程中碰到器件，导致虚接，找到了虚接的地方成功解决。
5.单测音调控制级时低频放大倍数不够，调节Rp1两端电容得以解决。
八、实验总结与结论
这次实验使得我对课堂上的理论知识有了进一步的理解，把模拟电路的理论与实践结合了起来的同时，认识到了理论和实践的差距。
而且大大提高了我的电路实际操作能力。
这次试验总体来讲并不顺利，期间出现了诸如放大倍数不够，无输出波形，波形抖动、失真等问题，而这些问题的出现的确让自己很苦恼，但同时也逼迫自己去真正弄懂电路原理，以及认真查看电路的细心、耐心。
现在想想自己放弃周末休息去搞让自己很“苦恼”的电路却有一种幸福感，毕竟自己最终解决了问题，电路成功地显示了出了美妙的波形。
这次试验不仅自己的知识而且锻炼了自己的耐心与细心，也培养了电路方面的兴趣。
九、参考文献
[1]电子测量与电子电路实践科学出版社2013
[2]刘宝玲等电子电路基础高等教育出版社2006.9第一版
[3]刘宝玲等通信电子电路高等教育出版社2008.2第一版
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