音响放大器设计.docx
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音响放大器设计
模数电课程设计报告
课题名称：
音响放大器设计
姓名：
谭先科
学院：
信息及通信工程学院
班级：
自动化13-2BF
学号：
序号：
04
指导老师：
程望斌
完成时间：
2014年12月16日
音响放大器设计
1音响放大器基本功能
音响放大器基本功能主要有：
话音放大、音调控制、音量控制、卡拉OK伴唱。
2音响放大器主要技术指标
音响放大器主要技术指标有：
（1）额定功率
W；
（2）负载阻抗
=10
；
（3）频率响应
；
（4）输入阻抗
；
（5）音调控制特性1KHz处增益为0dB、125Hz和8KHz处有
调节范围，
。
3音响放大器基本组成
（1）结构
图1音响放大器结构组成框图
（2）各级电压增益分配
话放级混放级音调级功放级
5mv42mv125mv100mv3v
图2各级电压增益分配
（3）前置放大电路
图3前置放大电路
（4）音调电路
图4音响控制电路
（5）功放电路
图5功率放大器电路
4音响放大器主要技术指标及测试
（1）额定功率
音响放大器输出失真小于某一数值最大功率为额定功率Pо。
测量方法：
功率放大器输出端接额定负载电阻
，逐步增大输入电压
，直到
波形刚好不出现削波失真，此时对应输出电压为最大输出电压，由
算出额定功率。
（2）音调控制特性
输入信号从音调控制级输入端耦合电容加入，输出信号从输出端耦合电容引出。
分别测低音频提升-高音频衰减和低音频衰减-高音频提升这两条曲线。
（3）频率响应
对应低音频截止频率
和高音频截止频率
，称
为整机电路频率响应。
测量方法：
音响放大器输入端接
，调节滑动变阻器，使信号发生器输出频率
从20HZ至50HZ变化（保持
=5mV不变），测出负载电阻
上对应输出电压
，画出频率响应曲线，并在曲线上标注
和
值。
音调控制曲线如图6所示。
图6音调控制曲线
（4）输入阻抗
将音响放大器输入端看进去阻抗称为输入阻抗
。
如果接高阻话筒，则
应远大于20K。
（5）输入灵敏度
使音响放大器输出额定功率时所需输入电压称为输入灵敏度
。
测量方法：
先计算电路输出额定功率值时所对应输出电压值
（额定），使
从零开始逐渐增大，直到电路输出为
（额定），此时对应
值即为输入灵敏度。
（6）噪声电压
音响放大器输入为零时，输出负载
上电压称为噪声电压
。
测量方法：
是输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观测出负载两端电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。
（7）整机效率
整机效率表达式为：
5音响放大器整机试验电路原理图
图7AltiumDesigner6.9原理图
6音响放大器PCB图及实物图
（1）音响放大器PCB图
图8AltiumDesigner6.9PCB图
（2）音响放大器实物图
音响放大器实物图如图9所示。
（a）实物图正面（b）实物图反面
图9音响放大器实物图
7电路板设计及制作注意事项
（1）在话筒端，加入一个10K电阻，给话筒提供一个偏置电压。
（2）在电源端加入一个整流二极管，利用它单向导电性来防止电源正负极接反。
（3）在电源端加入一个0.1uF电容，防止高频自激。
（4）在功放级也容易出现高频（毛刺）自激，如图10所示。
为此，最好在13脚和14脚之间加0.15uF电容。
图10常见高频（毛刺）自激现象
（5）在布线过程中特别注意：
地线及信号线区分（地线要比其它线宽，这样地线可以有效地屏蔽干扰信号提高系统可靠性及稳定性）；信号线尽可能短，这样可降低信号在信号线上损失；布线完成后再次将网络列表导入PCB板，以此来检验布线准确性和元件封装正确性；检验无误后将布好PCB板打印在白纸上。
（6）制板：
选一块完整电板，量好所需尺寸用锯子锯下，在锯过程中要用力适度以防锯片断裂可能造成不必要伤害；锯下所需尺寸电板后将其边缘打光防止铜刺伤手；将电板保护膜撕掉然后曝光，曝光时间六分钟左右；显影，显影一般30分钟左右（这个时间跟温度及电板质量有关，要跟据实际状况而定），在显影过程中要时时检查显影进程,显影剂有很强腐蚀性，因此不要让显影剂沾到了手上，万一沾显影液沾到了手上了，马上用清水冲洗。
显影好后进行腐蚀。
腐蚀液是三氯化铁溶液具有强烈腐蚀性，所以一定要小心，在腐蚀过程中将装溶液容器盖子盖上,同时要时刻检查腐蚀进程，在检查过程中不要让溶液从容器中沾出来；腐蚀完之后用清水将电板冲洗干净，打扫卫生，将设备整理好，用消毒液洗手。
（7）钻孔时板子要固定好，防止钻针断裂而伤人；头发长一定要盘起来，以防头发被电钻卷起而引发安全事故。
（8）电位器引脚顺序一定要及选择封装形式相一致，否则信号在进入运放之前就被直接接地了。
（9）焊接时要控制焊接时间，时间过短易产生虚焊，时间过长会导致板子上渡铜脱落。
8电路安装和调试技术
（1）安装及调试
音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路顺序一级一级布线，功放级应远离输入级，每一级地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。
安装前应检查元器件质量，安装前应注意功放块、运放、电解电容等主要器件引脚和极性，不能接错。
从输入级向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。
安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装及调试完成。
电路调试过程一般先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试及性能指标调试。
在进行级联时，由于级间相互影响，可能使单级技术指标发生很大变化，甚至两级不能进行级联。
产生主要原因：
一是布线不合理，形成级间交叉耦合，应考虑重新布线；二是级联后各级电流都要流经电源电阻，内阻压降对某一级可能形成正反馈，应接RC去耦滤波电路。
功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。
集成块内部电路多级点引起正反馈容易产生高频自激，可以加强外部电路负反馈予以抵消，可在功放级
脚和
脚之间介入几百皮法电容，形成电压并联负反馈，可消除叠加高频毛刺。
（2）额定功率测试
音响放大器输出失真度小于某一数值时最大功率称为额定功率。
其表达式为P0=V02/RL。
测量P0步骤如下：
功率放大器额定输出端接额定负载电阻RL（代替扬声器），逐渐增加输入电压Vi,直到V0波形刚好不出现削波失真，此时对应输出电压为最大输出电压，而后根据公式可得额定功率P0。
注意：
在最大电压测量完成后应迅速减小Vi,否则会破坏功率放大器。
（3）音调控制特性
输入信号Vi从音调控制级输入端耦合电容加入，输出信号从输出端藕和电容引出，分别测试低音频提升-高音频衰减和低音频衰减-高音频提升两条曲线。
音调控制特性曲线测量数据如表1所示。
表1音调控制特性曲线测量数据
测定频率点
＜fL1
fL1
fLx
fL2
fo
fH1
fHx
fH2
＞fH2
Vi=100mv
20
100
300
500
800
1k
5k
15k
50k
低音频提升
高音频衰减
Vo（mv）
989
423
234
137
110
92
49
30
23.8
AV（dB）
64.2
43.4
32.8
21.0
13.8
6.7
4.6
2.8
-8.4
低音频衰减
高音频提升
Vo（mv）
0.96
3.4
14.8
28.1
42.9
68.6
98.6
108.6
35.7
Av（dB）
-10.8
-6.4
-2.7
5.6
6.9
10.3
14.7
16.3
6.9
9心得及体会
在本次课程设计中，我选择了模电项目——即音响放大器。
当时我选择做模电理由也很简单：
因为我在上学期创新基地呆过一段时间，对于模电项目更加熟悉。
还有我觉得数电虽然器件少，调试简单一些，但是印刷电路板还有焊接却难度大一些。
正是这些原因，我果断选择了做音箱放大器。
说实在，这次做音箱放大器，我觉得我有很大优势，最明显就是关于软件制图。
再利用AD6.9画原理图和PCB方面，我基本上可以直接制图，不用观看视频在进行操作。
在这一方面，我就节省了不少时间。
关于制图，个人认为最大难点在于制作PCB图时器件位置调整和布线。
当然在画原理图时也应当注意器件封装及实物是否一致。
在布线时，我优先把体积最大器件放置在黑色网格中，（LM324）然后在逐一放置器件调整位置。
在调整器件时候，借鉴了不少学长做过，这样也节省不少时间，不然自己瞎鼓捣不知道会弄到什么时候。
布线我也有讲究：
地线是最粗，采用70mil，然后是VCC采用50mil宽度，其他线是40mil，焊盘大小统一设置为70mil*70mil，安全距离设置在30mil。
很多人就问我，你线这么粗那PCB板子是不是会很大？
当然，随着线及器件,线及线之间安全距离增大。
板子增大也是在所难免。
不过器件布局还好，最终我把PCB板控制在80mm*50mm以内，本来还想添加自己和队友名字，但是没有空间了。
在说现在看上去也不是很大，和同学相比反而是较小了。
（课程设计要求是100mm*100mm）当PCB完成时，我感觉好像成功了一半。
在制作原理图和PCB时，我也曾和队友王梦霞同学讨论她也给出了不少建议和帮助。
在很多时候，女孩子心思还是细腻一些，她给我指出了不少错误：
比如说，在原理图方面我把C14值弄错了，后来经过她提醒才改正为10uF。
在器件封装上也指出了不少错误。
在布线方面也提出了她独特见解，让布线简洁清晰明了。
说完了软件制图，我就来说说一些实质性制作。
总过程很简单：
打印-印刷-腐蚀-钻孔-焊接-调试。
不过说来简单，实际上操作起来就没有这么容易了。
光是PCB印刷就出现了很多问题：
身边有很多同学就没有一次成功。
不是印刷腐蚀出来电路板不完整就是打印纸出现了问题。
其实解决这些问题很简单，当然，对于没有经验难免有失误。
我自己是相对成功，我个人操作流程是：
在印刷后，先将铜板擦拭干净，然后电熨斗预热半分钟左右，再选择最完整墨迹最浓一张图贴在待制铜板中央用电熨斗把PCB图完全印制上去，在半冷却状态下把打印纸撕下。
（本来是完全冷却才可以撕下，但是因为打印纸质量可能有问题，完全冷却会导致打印纸蜡溶解在铜板上，这样会使后一阶段腐蚀铜板不完全，这也是很多同学失败原因，也因为这样浪费了不少铜板，张老师还不高兴。
）把印刷好铜板用绳子系住，把要腐蚀一面放在腐蚀池冒泡多位置，这样可以加速铜解析，即铜板溶解。
一般来说铜板溶解在10分钟左右。
超过了那就表示有问题了。
PCB板制作好了以后，然后钻孔。
再然后清洗PCB板。
在清洗时，最好用清洁球在清水状态下洗干净。
（很多同学直接用砂纸刮，这样就导致了铜线一部分也被擦去了，特别是数电设计，他们线多又细。
）钻孔是队友王梦霞完成，虽然老师说，要保护好女孩子，但她自己要求。
还别说孔打挺好，基本在中心。
焊接也是她完成，在焊接是注意先焊接电阻，因为电阻小位置相对低然后是集成芯片LM324和LM386，最后是电容，接导线。
值得一提是注意虚焊现象。
最后就是调试了，一直以为调试很简单，其实不然。
先是分级调试，然后联级调试，最后整机调试。
分级调试又有静态调试和动态调试。
静态调试将输入端对地短接，用万用表测试输出端对地直流电压。
话放级，混合级音调级都是由运算放大器组成静态直流电压都是Vcc/2。
动态调试实在输入规定信号，用示波器观察输出波形，并测量各项性能。
在联级调试要考虑耦合，反馈现象。
可接上RC去耦滤波电路。
最后就是整机功能测试，其实就是测试音效。
通常情况下，人耳很难分辨噪音比。
但是我们可以借助万用表，测试输入和输出功率比。
这样数据就比较清晰明了。
音响放大器设计就完成了，这个实验项目锻炼了我们思维和动手能力，很值得大家去动手感悟！
10参考文献
[1]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[2]朱定华.protel99SE电子电路设计[M].北京：
清华大学出版社，2007.
[3]罗杰，谢自美.电子线路[M].北京：
电子工业出版社，2002.
11元器件清单
表2音响放大器元器件清单
序号
元器件
型号及说明
数量
1
单面感光板
100*75
1张
2
菲林纸
A4
1张
3
LM386
含插座
1个
4
LM324
含插座
1个
5
扬声器
1个
6
电阻
120K10K47K2K30K75K1K
17个
7
可调电阻
10K470K
5个
8
电解电容
470υF20υF10υF0.1υF
12个
9
瓷片电容
103104
3个
10
驻极体话筒
1个
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