《（2020年整理）音响放大器设计 东南大学.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（2020年整理）音响放大器设计 东南大学.doc（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学 海 无 涯东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称： 电子电路实践 第 次实验实验名称： 音响放大器设计 院 （系）： 专 业： 姓 名： 学 号： 实 验 室: 实验组别： 同组人员： 实验时间：年评定成绩： 审阅教师： 实验五 音响放大器设计【实验内容】设计一个音响放大器，性能指标要求为：功能要求 话筒扩音、音量控制、混音功能、音调可调(选作)额定功率0.5W(失真度THD10%)负载阻抗10频率响应fL50HzfH20kHz输入阻抗20k话音输入灵敏度5mV音调控制特性(扩展)1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有12dB的调节范围1. 基本要求功能要求 话筒扩音、音
2、量控制、混音功能额定功率0.5W(失真度THD10%)负载阻抗10频率响应fL50HzfH20kHz输入阻抗20k话音输入灵敏度5mV2. 提高要求音调控制特性1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有12dB的调节范围。3. 发挥部分可自行设计实现一些附加功能【实验目的】1. 了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。2. 系统、综合地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识，在单元电路设计的基础上，利用multisim软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。3. 通过设计、调试等环节，增强独立分析与解决问题的能力。【报告要求】1. 实验要求：(1) 根据实验内容、技术指标及
3、实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原理，计算元件参数。话音放大器：由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗可能高达到20k。所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到20kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。话筒接入后可能会啸叫，这一般是话筒外壳接地不善引起的。在话筒输入和地直接接一47uF电容，啸叫基本消除。由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20k（也有低输出阻抗的话筒，如20，200等），所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号（取频率lkHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。话筒放大器由如图所示电路组成，即由A1组成的同相放
4、大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话筒放大器电路。满足：Uo=（1+R4/R1）Ui , 取RF=100K,R1=20 K其放大倍数AV1为：AV1=1+RF/R1=6 电路中的电容均用来滤波。 混合前置放大器： 混合前置放大器的作用是将mp3输出的声音信号与话音信号混合放大，其电路如下图所示。从图中可以看出，输出电压与输入电压之间的关系为：，式中，为话筒放大器的输出信号，为放音机的输出信号。在实验过程中可调节电位器R1和R2以调整增益。 音调控制器：图a.音调控制曲线音调控制器的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，控制曲线如图a折线所示。由图可见，音调控制器只对低音频或高音
5、频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。所以音调控制器的电路由低通滤波器与高通滤波器共同组成。因为电容C2=C3C4,所以在中、低音频区，C4可视为开路，而在中、高音频区，C2、C3可视为短路。低音调节时，当Rp1滑到左端时，C2被短路，C3对低音信号容抗很大，可视为开路；低音信号经过R1、R3直接输入运放，输入量最大；而低音输出经过R2、Rp1、R3负反馈输入运放，负反馈量最小，因而低音提升最大；当Rp1滑到最右边时，与上述情形相反，因而低音衰减最大。不论Rp怎样滑动，因为C2、C3对高音信号可视为短路，对高音信号无任何影响。高音调节时，当Rp2滑到左端时，因C4对高音可视为短路，高音信
6、号经R5、C4输入运放，输入量最大；而高音输出则经过Rp2，R5负反馈送入运放，负反馈量最小，因而高音提升最大；当Rp2滑臂滑到最右端时，则刚好相反，因而高音衰减最大。不论Rp2滑臂怎样滑动，因为C4对中低音信号可视为是开路的，所以此时对中低音信号无任何影响。 功率放大器：功率放大器给音响放大器的负载提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能的大，输出信号的线性失真尽可能的小，效率尽可能的高。功率放大器的常用形式有OTL电路和OCL电路等。有用专用集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专用集成电路功率放大器。此处采用OCL功率放大器电路。功放的电压增益为：若取R2 = 1k，
7、则R3 + RP1 = 19 k.现取R3 = 10 k,RP1 = 100k。如果功放级前级是音量控制电位器（设 4.7 k），则取R1 = 47k以保证功放级的输入阻抗远大于前级的输出阻抗。若取静态电流Io = 1mA，因静态时Vo = 0，故可得 （设RP2 = 0） 则 R4 = 11.3 k 取标称值 11 k。其他元件参数的取值如图所示。(2) 利用EDA软件进行仿真，并优化设计（对仿真结果进行分析）。 话音放大器：Ui=10mV，Uo=59.9mVAu=6UoUi分析：电压增益为6，与理论是一致的。 话放输入Ui1混音放大器：混合放大输出Uo话放输入Ui1=100mVMp3输入U
8、i2=100mV混合放大后输出Uo=307mVMp3输入Ui2分析：通过观察输入和输出的峰峰值可知，满足，与理论分析是一致的。音调控制器：当频率f=1K时：Ui=100mvUo=100mV分析：当频率为1K时，增益为0db，达到要求。当频率为125Hz时：A：放大：Ui=100mvUo=248mVB：衰减：Ui=100mvUo=248mV分析：放大时：Au=20log（248/100）=8db，小于要求的12db，衰减时：Au=20log（40/100）=-8db,大于要求的-12db，这是由于自己在音调电路中的R1和R2选择太大导致的。当频率为8k时：A：放大Ui=100mvUo=373mV
9、B：衰减Ui=100mvUo=27.2mV分析：放大时：Au=20log（373/100）=11.4db,基本达到要求的12db衰减时：Au=20log（27.2/100）=-11.3,基本达到要求的-12db功率放大器：Ui=100mvUo=5.2V分析：Au=52，通过调节电位器Rp1可以实现增益的调节(3) 实际搭试所设计电路，使之达到设计要求（实物图要有图片）。功放电路音调控制混放电路话放电路(4) 按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试，记录测试波形及数据，分析电路性能指标。 额定功率：最大不失真电压Uo（峰峰值）=13.2V，有效值为4.67VUi（峰峰值）=30mv 分析：额定功
10、率Po=Vo2/RL=4.672/10=2.2W，这显然大于要求的0.5W，说明设计合理。 频率响应：注：由于验收那天扫频仪的探头不知所踪，故只能用示波器测量频率响应，方法为先测量中频区的输出电压，接着在不改变输入电压的情况下，调节频率，使得输出电压为中频区的0.707倍，这样便可测得上限频率和下限频率。Ui（峰峰值）=5mV中频区（取频率f=1K）：Uo（峰峰值）=2.64V下限截止频率：保持输入Ui=5mv，降低输入的频率，使得输出Uo=0.707*2.64=2.12VUo（峰峰值）=2.12VUi（峰峰值）=5mV此时的频率即为下限频率：fL=10Hz，小于要求的50Hz，说明设计合理。
11、上限截止频率：保持输入Ui=5mv，提升输入的频率，使得输出Uo=0.707*2.64=2.12V注：输入的波形忘记显示，望老师见谅Uo（峰峰值）=2.12V此时的频率即为上限截止频率：fH=25K，大于要求的20K，说明设计合理。 输入阻抗：在电源输出串接一50K的电阻作为Rs,测得Us=7.5mV,Ui=5mV，则输入阻抗为100k，远远大于要求的20k，说明设计合理。 输入灵敏度：Ui（峰峰值）=4mV测量方法：将音调控制器的两个电位器调节到中间位置，音量控制电位器调到最大值，使Vi从零开始逐渐增大，直到Vo达到额定功率值时所对应的输入电压值即为输入灵敏度。 Uo（峰峰值）=13.2V分
12、析：输入灵敏度为4mv（峰峰值），小于题目的要求。故设计合理。 噪声电压音响放大器的输入为零时，输出负载RL上的电压称为噪声电压测量方法：将音调控制器的两个电位器调节到中间位置，音量控制电位器调到最大值，输入端对地短路，用示波器观测输出负载RL端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。通过交流毫伏表测得有效值为9mV， 整机效率： 在输出额定功率的情况下，将电流表串入VCC支路中，测得总电流I=0.5A，又Vcc=7.5V。故=2.2/(0.5*7.5)=58.6%. 谐波失真度：由于实验器材限制，故此项没有测，望老师见谅。 音调控制特性（扩展）：注：由于当时验收通过后，心情过于激动，导致部分音
13、调波形未采用双踪显示，但已事先跟老师说明，望老师见谅。说明：音调所有的输入均为100mV（峰峰值）1、当频率为1KHz时：Uo=107mv分析：Au=20log（107/100）=0.58db,略大于要求的0db，但基本达到要求。2、当频率为125Hz时：A：放大时Uo=258mvB:衰减时Uo=48mv分析: 放大时：Au=20log（258/100）=8.23db，小于要求的12db，衰减时：Au=20log（48/100）=-6.4db,大于要求的-12db，正如仿真所说的，这是由于自己在音调电路中的R1和R2选择太大导致的。3、当频率f=8K时A：放大时Uo=374mvB:衰减时：Uo=36mv分析: 放大时：Au=20log（374/100）=11.45db，略小于要求的12db，衰减时：Au=20log（36/100）=-8.87db,大于要求的-12db，放大区与仿真结果一致，但衰减区与仿真存在一定误差。 综上：音调控制器实现了对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变，但是对于低频或高频增益的提升或衰减的范围与要求的正负12db存在一定误差，尤其是低频段，说明了自己在参数选择上仍存在不足。综合分析：此次实验基本达到了实验要求：额定功率0.5W(失真度THD10%)负载阻抗10
