扩音器电路的设计.docx

1、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

2、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

3、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

4、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 20 Hz和 20k Hz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 100 Hz， 高音为 10k Hz 。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

5、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

6、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

7、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 21.1历史背景 21.2扩音器简介 21.2.1扩音器分类 21.2.2扩音器作用 2第 2 章 系统方案设计 32.1扩音器电路的基本原理 32.2设计要求 3第 3 章 主要电路总体设计 43.1前置放大电路 43.2音频控制电路 43.2.1低频工作原件 53.2.2高频工作元件 63.3 功率放大电路 93.4 扩音机总电路图 10第 4 章 设计结果及分析安装与调试 114.1前置级的调试 114.2音调控制器的调试 114.3功率放大器的调试 114.

8、3.1静态调试 114.3.2动态调试 114.4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

9、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-95W1 。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

10、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=RLP max0=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 V

11、i2.2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 20 Hz和 20k Hz 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 100 Hz，高音为 10k Hz。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

12、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 R1R4 为放大器的 偏置电阻，取 R1=R4=100K。耦合电容 C1C2 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.

13、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 C5C6=C，7 故在低频时 C5 可看成 开路，因调节控制电路此时可简化为图 3.3 ：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

14、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

15、， 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=470

16、K。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=

17、 1 Uom2 RL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 LF35

18、3 的输出电位，正常时应在 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 ， 1000z 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 400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

19、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（ p3）使输出地电位近似为零。4.3.2 动态调试在输入端接入 400、 1000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（ p3）使输入端波形交叉失真最小；调节电位器 （p3）使输入电压的峰值不小于 11，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

20、， 调节音量控制电位 器（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

21、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.