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1、淮阴师范学院毕业设计毕 业 论 文学生姓名尹有友学 号171107078学院 物理与电子电气工程学院专 业电子信息工程题 目基于Proteus的音频放大电路设计与仿真指导教师付浩 副教授/学士2015年5月17淮阴师范学院毕业论文论文原创性声明内容本人郑重声明：本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。本论文除引文外所有实验、数据和有关材料均是真实的。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期： 年 月 日摘要：音频放大电路具有电路元件多
2、，电路逻辑规模大等特点，本文针对音频放大电路在设计时遇到的参数匹配性低、电路调试复杂等问题，借助PROTEUS仿真软件平台设计了一种效率较高、操作简单的音频放大电路系统。该电路系统由前置放大模块、音量控制模块、功率放大模块等模块组成，通过调整电路元件及其参数，在PROTEUS软件平台对各电路模块进行电路设计和仿真分析。本电路在PROTEUS仿真环境下最终可以使电路将微弱的音频信号进行高效率地放大、传输，实现音频放大的功能。该电路系统模块设计简单、结构清晰，成本低，对于生活中扩音器、功放设备等诸多领域中具有很好的推广价值。关键词：音频放大电路，Proteus，仿真测试Abstract: Audi
3、o amplifier has a circuit element. The scale of the logic circuit and other characteristics, this paper for audio amplification circuit encountered in the design of parameters matching, circuit debugging complex etc., with Proteus simulation software platform, designs a kind of high efficiency and s
4、imple operation, audio amplification system.The circuit system is composed of pre amplifier module, tone adjustment module, power amplifier module, through adjusting circuit components and parameters, in the Proteus Software Platform of each circuit module of circuit design and simulation analysis.I
5、n the PROTEUS simulation environment, the circuit can amplify and transmit the weak audio signal in high efficiency, and realize the function of audio frequency amplification.The circuit module of the system design is simple, clear structure, low cost, has good popularization value for life amplifie
6、r, power amplifier equipment and many other fields.Key words:Audio amplifier,Proteus, Simulation test目 录1 前言32 Proteus软件及其对实验教学的意义42.1 Proteus软件42.2 基于Proteus仿真技术的音频放大电路设计思路及其意义43 音频放大电路系统设计53.1 设计要求53.2 系统总体框架图53.3 总体设计图44 功能模块的设计64.1 前置放大模块64.2 音量控制模块74.3 功率放大模块74.4 电源模块85 Proteus设计与仿真95.1 音频放大电路的
7、Proteus设计与仿真95.1.1 前置放大器电路仿真和分析95.1.1.1 电路组成95.1.1.2 电路测试与分析105.2.1 音量调节电路仿真和分析105.2.1.1 电路组成105.2.1.2 电路测试与分析105.2.2 OCL功率放大电路的仿真和分析125.2.2.1 电路组成125.2.2.2 参数测试135.2.3 电源模块135.2.4 音频放大电路145.3 音频放大电路测试和分析15结 论16参考文献17致 谢181 前言音频放大器是音响系统中的关键部分，普遍应用于日常生活中，具有很强的实用性，其主要功能是将微弱的音频信号进行放大、传输，最终以足够的强度去推动扬声器使
8、原声重现。音频放大电路是模拟电路中一个典型的综合性设计题目，它包含了功率放大器、前置放大器、电源等音响电路中经常涉及的电路，也涉及到电压、功率放大、容抗，阻抗匹配，负反馈和频率响应等重要概念和知识点。Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。在编译
9、方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。本文以音频放大器的设计为例，介绍基于Proteus仿真技术1-3的音频放大电路的设计和仿真。2 Proteus软件及其对实验教学的意义2.1 Proteus软件Proteus的ISIS是一款电路分析实物仿真系统,提供了30多个元件库,8000多种元件,以及各种虚拟仪器和图表分析4,非常利于仿真电路的测量与调试。2.2 基于Proteus仿真技术的音频放大电路设计思路及其意义负反馈放大电路、集成运放的应用、功率放大电路及直流稳压电源是模电课中最重要的几个知识点。因此,本课程的实验教学设计思路是:采用项目驱动的方法,即以音频功率放大器的设计
10、为例,将其分解为前置放大模块、音调调节模块、功率放大模块及直流电源模块4个项目,贯穿于平时的实验教学过程中,既验证了各个独立项目包含的基本应用电路,又能让学生通过对参数的调整、结果的分析加深对电路的工作原理等知识的掌握。在课程设计环节则将已验证的电路转化为一个实际的产品,充分的锻炼动手能力,以达到最终的教学目的。在整个实验教学体系中,应用Proteus技术具有如下几个意义:1)由于Proteus仿真中的各种虚拟测试仪器,如示波器、信号源等的操作方法与实际使用十分相似,有助于熟悉并掌握常用电子仪器的使用和测量方法。2)Proteus验证如负反馈放大电路、功率放大电路等经典电路及其结论非常方便,甚
11、至可以通过声卡输出音频效果,有助于获得更直观感性的认识,加深对整个音频电路工作原理的理解,从而激发对课程的学习兴趣,调动学习的主动性。3)应用Proteus仿真技术,可搭建感兴趣的各种应用电路,在仿真环境中验证电路可行性后,再进行硬件操作,既减少了硬件耗材成本,又培养了学生自主创新的能力。4)当对所学的理论知识如何应用、应用在哪里完全没有概念时,就形成了理论与实践的脱节。以Proteus为教学媒介,在设计仿真实操的过程中,引导修改器件及其参数,通过对数据的分析,寻求问题产生的原因及解决的方法,更好地将理论与实践联系起来,实现从教学到实际工程应用的过渡。3 音频放大电路系统设计3.1 设计要求（
12、1）具有音量调节的功能；（2）每个声道具有10W的功率放大；（3）双电源供电。3.2 系统总体框架图前置级UiUo音调控制电路OCL功率放大电路由于音频信号源的输出幅度设计性能，不足以满足功率放大器输出额定功率，因此第一级为前置放大电路，主要是信号源进行阻抗匹配并实现一定的电压放大。第二级为音调控制电路，主要是对信号进行适当的音色处理，实现高低音的提升和衰减。第三级为功率放大电路，实现电路技术指标要求。最终可确定整个音频放大系统5由3级构成，如图3-1所示。图3-1 音频放大电路系统结构框图3.3 总体设计图可以将音频放大电路分解为前置放大模块、音调调节模块、功率放大模块及电源模块4个项目,将
13、项目驱动教学法与Proteus仿真技术相结合,贯穿于整个实验教学过程中。整个系统的电路设计框图如图3-2所示。音源信号输入地线地线地线一点接地前置放大器电源功率放大器音量调节扬声器图3-2音频放大电路设计图 4 功能模块的设计4.1 前置放大模块在音响系统中，特别是进行大功率放大时，功率放大器对输入信号有一定的要求，太弱的输入信号功率放大器是“不理睬”的，所以常常在功率放大器之前增加一级或多级前置放大器，将小信号的幅度放大到适合的范围，再由功率放大器进行进一步的能量放大。前置放大器电路可以采用多种方式实现，如：晶体管构成的前置放大电路，集成运算放大器构成的前置放大电路6。晶体管构成的前置放大电
14、路，经过一段时期的使用，放大作用会减小或消失，当三极管穿透电流过大或 c-e级漏电时，会产生噪声，有时前置放大管还会出现击穿短路现象，使本级失去放大能力。在本文中，采用集成前置放大器电路。由于两个声道的电路图是一致的，现以左声道为例进行介绍，如图4-1所示。图4-1 前置放大器原理电路图在图4-1中，信号流从左往右，即左边的 VLin是左声道的输入端，接MP3播放器等音源，而右边的 IO2 是左声道的输出端，电压增益为2。4.2 音量控制模块音调控制模块的电路如图4-2所示,核心芯片选用素有“运放之王”之称的NE5532,具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能,其高速的转换性能大大
15、改善了电路的瞬态性能,较宽的带宽则保证信号的低、中、高频段均能不失真输出,使电路的整体指标大大提高。采用负反馈型音调控制电路,由R5R11,C2C6组成选频网络与运NE5532组成电压并联负反70馈式音调控制放大电路,由R1、R2、R3分别实现高音、中音、低音调节,实现不同频段提升和衰减功能,达到控制的目的。图4-2音量调节电路4.3 功率放大模块音源的信号经过前置放大器后即进入功率放大器进行能量的提升，以便驱动扬声器工作还原声音信号。 常用的功率放大器有 Class A、Class AB、Class D，其中 Class AB 在音响系统中应用最为普遍， 本文采用 Class AB 放大器进行设计
