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：

电子工程学院

班级：

2013211208

姓名：

相恒永

学号：

2013211747

日期：

2015年4月21日

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、测试仪表清单及相关介绍...............................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........................................................................10

4、波形图.....................................................................................11

5、Protel绘制的全电路原理图.......................................................12

六、PCB板图.....................................................................................13

七、电路所实现功能和实际测试数据...........................................13

1、分级调测........................................................................................13

2、电路总体功能与测试..................................................................14

3、所实现功能评价..........................................................................15

八、故障及问题分析...........................................................................16

九、实验总结与结论..........................................................................17

十、参考文献...........................................................................……...17

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

本实验采用计算机辅助设计的方法，分析并设计了扩音机电路，实现了音频放大、音调和音量调节等功能。

报告中首先给出设计目标和电路功能分析，然后讨论各级电路具体设计和原理图，后给出了实际搭建电路测试的数据及分析，最后总结本次实验并给出了PCB板图。

3.关键字

扩音机功率放大音调调节

二、设计任务和要求

1．设计一个对函数发生器输入信号具有放大能力的扩音电路，设计指标和给定条件为：

基本要求:

1）最大输出功率不小于2W

2）负载阻抗为8Ω

3）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

4）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.

提高要求:

5）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

6）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

7）输入为话筒输入,输入灵敏度不大于30mv

2、设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用Protel软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）

三、所用元器件、测试仪表清单及相关介绍

1.电路元器件：

集成运算放大器LF353（2个）、单片集成功率放大电路TDA2030A（1个）、面包板（1个）、水泥电阻（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、晶体管毫伏表

2.芯片资料

①LF353

内部平衡的失调电压：

10mV；低输入偏置电流：

50pA；低输入噪声电压：

25nV/√Hz；低输入噪声电流：

0.01pA/√Hz；；宽增益带宽：

4MHz；高转换速率：

13V/μs；低电源电流：

3.6mA；高输入阻抗：

1012Ω；低总谐波失真：

≤0.02％；低1/ƒ转折噪声：

50Hz；快速建立时间：

2μs（达0.01％）

②TDA2030A

特点是：

外接元件非常少；输出功率大：

Po=18W（RL=4Ω）；采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度；内含各种保护电路，因此工作安全可靠；TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。

四、设计思路与总体结构图

扩音设备的作用是把从话筒、录放卡座、CD机（本实验中为函数信号发生器）送出的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号，主要采用运算放大器和集成音频功率放大电路来构成扩音机电路。

各级主要功能和要求：

前置放大主要完成小信号放大，要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小；音调控制主要实现对输入信号高低音的提升和衰减；功率放大器决定整个电路的输出效率、非线性失真等指标，要求效率高、失真小、功率大。

各级增益的分配：

前置放大120倍左右，音调控制中频放大1倍，功放级电压放大8倍左右，总放大倍数为900倍左右。

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，前置放大级由LF353组成两级放大电路，每级放大十倍。

即

两级各放大11倍：

Au1=Au2=11

再由：

Au1=1+R6/R5

使：

R6=R9=100k，R5=R8=10k

其他参数按照经验得出。

前置放大级的电路设计图为：

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音调控制级设计思路为：

利用电阻电容网络的选频作用，对于高频和低频信号分开处理；利用电位器使阻值发生变化从而改变相应的反馈系数，以达到改变增益的目的。

③音调控制级总电路图

A、中频段：

C6、C7短路；C8开路。

等效电路图此时有：

B、低频段：

C8开路，此时Rp1从左端滑到右端，容抗将增大，电路增益也增大。

即：

调节Rp1可改变低音放大倍数，产生提升和衰减的效果。

C、高频段：

C6、C7短路，调节RP2产生高音提升和衰减的效果。

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。

根据前文所述的芯片资料此处选用TDA2030A型集成功率放大电路。

其接法参考芯片手册。

分析：

此集成功放电路中C1为隔直耦合电容，C6、C3、C4、C5为电源供电电路的滤波电容，消除电源中谐波带来的放大电路的失真，R4、C7防止放大器产生低频自激振荡，整个电路放大倍数由R2和R1决定，两个1N4001起保护作用。

4、波形图

前置放大

功率输出

5、Protel绘制的全电路原理图

六．PCB板图

七、电路所实现功能和实际测试数据

1、分级调测

A前置放大级调测

信号源输入为：

f=1000HZ，VI=4.93mV

前置放大级输出：

Vo1=601mV

前置放大级增益：

Vo1/VI=121.9

前置放大级增益符合设计要求。

B音调控制级调测

1低音提升测试：

信号源输入100HZ的低频信号，检测音调控制级的输出信号V02。

调节RP1至最大，使Vo2幅度加大。

实测得Vo2=3.97V，Au=10.05，满足调节低音电位器可以使输出功率变化±12dB。

2高音衰减测试：

信号源输入10KHZ的高频信号，检测音调控制级的输出信号Vo2。

调节RP2，使Vo2幅度减小。

实测得Vo2=2.14V，Au=5.5，满足调节高音电位器可以使输出功率变化±12dB。

3中频增益测试

信号源输入1000HZ的中频信号，检测音调控制级的输出信号Vo2。

测得Au=1.03。

符合中频增益为1的要求。

综合实验数据，可得音调控制级符合设计要求。

C功率放大级调测

信号频率

输入电压

输出电压

电压增益

输出功率

1000HZ

523mV

4.28V

8.18

2.29W

满足设计要求的最小功率大于2W。

2、电路总体功能与测试

A最大输入电压与输出功率

信号频率

输入电压

输出电压

总电压增益

最大输出功率

1000HZ

8.1mV

6.35V

784

5.02W

B噪声测试

输入端短路时，噪声输出电压为2mV<10mV，符合设计要求。

C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=70HZ，fH=8700HZ，基本达到设计要求。

D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。

由此可知音量也连续可调。

3、所实现功能评价（4个基本要求，3个提高要求）

功能

设计要求

实际数据

评价

输出功率

>=2W

5.02W（最大）

音调调控

高低音调节:

+-12dB

高:

+13~-14dB

低：

+12~-14dB

音量调节

输出功率连续可调

可调：

+13~-12dB

频率响应

BW>=6khz

70~8700hz

BW=8.7khz

噪声电压

<=10mv

2.4mv

负载阻抗

8欧

8欧

话筒输入灵

敏度

<=30mv

20mv

注：

代表达标代表不达标

综上，共四个基本要求，三个提高要求都已经完成！

八、故障及问题分析

①输出波形失真

主要原因有两个：

一是一开始不太了解电路的原理，不明白每一部分的功能。

比如说不知道RP3有分压的作用，如果它使功放级分压过多，就会导致最终波形的失真。

解决办法是调整了RP3的阻值。

二是部分电解电容由于使用时间过长，性能不好，导致波形抖动厉害且严重失真。

解决办法是更换好的元器件。

同时也明白了每次用一个元器件之前都要先检查它的好坏。

②局部电路电流过大，烧坏器件。

这个问题发生在与负载并联的支路上，由于前几级的放大此时电流已经很大，同时由于多次的通断电，使R17这个1欧姆的电阻磨损严重，再次通电时，导致其工作不正常。

解决办法是测量此支路的电流，同时调节滑动变阻器使电流适量减小，再更换新的电阻。

九、实验总结与结论

此次实验从前期的查资料、电路设计，再到实际连电路，最后测参数及改善电路性能，我每个过程都脚踏实地地完成，虽然其中有很多波折，但最终的测试参数说明总的来说这次实验是成功的。

通过这次实验，让我把模拟电路的理论与实践结合了起来，认识到了理论和实践的差距，由此一方面提高了自己的电路实际操作能力，另一方面也巩固了自己的相关理论知识。

同时，通过查资料、和同学讨论、放弃周末休息去反复实验，克服了一个个困难的过程也是人生中难得的体验与收获。

十、参考文献

[1]电子电路综合设计实验教程，北京：

北京邮电大学电路中心，2011

[2]刘宝玲等.电子电路基础，北京：

高等教育出版社，2008

<实验报告结束>