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1、音响放大器设计- 1 -专业：班级：设计题目: 音响放大器设计设计者：学号：指导老师： 组员：设计时间：音响放大器设计- 2 -二 设计任务书1. 设计课题音响放大器设计2. 功能要求具有话音放大、音调控制、音量控制、电子混响、卡拉 OK 伴唱等功能3. 已知条件 集成功率放大器 LA4102 一只，高阻话筒 20K 一个(输出信号为 5mv)，集成运算放大器 LM324 三只，10/2W 负载电阻一只，8/0.1W 扬声器一只，磁带录音机一台，电源电压+VCC 为+9 伏，V EE为-9 伏。4. 主要技术指标额 定 功 率 ： Po0.3W(g 20K。5. 仪器设备低频信号发生器 EE1
2、641B 1 台失真度测量仪 1 台晶体管毫伏表 DA-16 1 台数字万用表 UT2003 1 只双踪示波器 COS5020 或 TDS210 1 台实验万能板 1 块直流稳压电源(双路输出) 1 台元器件及工具 1 盒6. 测量内容与要求测量频率为 1KHz 时的输出功率 P。及整机电压增益 Av.三 设计方案的选择与比较论证方案一 ：采用锁环频率相合成技术外加音响放大器采用锁相环频率合成技术，先用锁相环频率合成产生一定范围的频率，在通过传感器把接收到的频率信号转化音频信号。在通过低通滤波器把频率控制在音频所需要的频率范围。它的优点就是工作频率可调也可以达到很高的频率分辨率；缺点是要求使用
3、的滤波器音响放大器设计- 3 -通带可变，实现很困难。具体方案如图 1 所示：晶振 整形电路R 分频器鉴相器环路滤波器压控振荡器可变分频器图 1 锁环频率相合成技术框图方案二：采用直接数字式频率合成器 DDS 技术外加音响放大器采用直接数字式频率合成器(DDS)，是用 RAM 存储所需波形的量化信息，按照不同频率要求以频率控制字 K 为步进对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存放在内存里。DDS 具有相对带宽很宽、频率转换时间极短、频率分辨率高等优点；另外，全数字化结构便于集成，输出相位连续，频率、相位和幅度也可实现程控。但在方案中需要一块 FPGA,一块双口 RAM,那么设计的成本
4、较高。同时电路也不好仿真。实现起来也比较困难。方案三：采用直接给定的音频信号外加音响放大器采用直接所定的音频信号，是由 MP3 现代音频信号设备，直接给音响放大器。此电路简单，其优点是：在音频信号具有直接给定的音频频率，在频率方面没有失真效果，而且具有混响器的效果。本次设计采用这种方案主要是因为：它的设计简单可靠，软硬可相互补充各自的缺点。同时音响效果也比较好。音响放大电路设计由三部分组成:混合前置放大模块，音调输出控制模块，功率放大模块。混合前置放大模块作用是将磁带放音机输出的音乐信号混合放大。音调输出控制模块作用是主要是控制、调节音响放大器的幅频特性。功率放大模音响放大器设计- 4 -块作
5、用是给音响放大的负载 （扬声器）提供一定的输出功率。LR话音放大器 电子混响器磁带防音机 混合前置放大器音调控制器 功率放大器图 2 直接给定的音频信号外加音响放大器 综合分析采用此方案四 原理说明1音响放大器的基本组成音响放大器的基本组成框图如图 2.1 所示。各部分电路的作用如下。图 2.1 音响放大器组成框图注:因时间原因和水平的限制,我们没有做出电子混响器,望见谅.但我们给出了那部分的原理图及实验电路图,供读者参考.2.话音放大器由于话筒的输出信号一般只有 5mV 左右，而输出阻抗达 20K（亦有低输出阻抗的话筒20，200（欧姆）等） ，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号（最
6、高频率达到10KHz） 。3.电子混响器,音响放大器设计- 5 -考虑到我们的双面板的大小,与初次使用 PROTEL99 布线能力,我们取消了其中含有电子混响器电路部分.由功能可以看出它对整个设计影响不大.但这里我们还是作一个简单介绍:电子混响器是用电路模拟声音的多次反射,产生混响效果,使声音听起来具有一定深度感和空间立体感. 其组成框图如图 2.2 所示。其中，集成电路 BBD 称为模拟延时器，其内部有由场效应管构成的多级电子开关和高精度存储器。在外加时钟脉冲作用下，这些电子开关不断地接通和断开，对输入信号进行取样、保持并向后级传递，从而使 BBD 的输出信号相对于输入信号延迟了一段时间。B
7、BD 的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延迟时间越长。BBD 配有专用时钟电路，如 MN3102 时钟电路与 MN3200 系列的BBD 配套。电子混响器的实验电路如图 2.3 图所示,其中两级二阶低通滤波器(MFB)A1、A2 滤去 4kHz（语音）以上的高频成分，反相器 A3 用于隔离混响器的输出与输入级间的相互影响。RP1 调节混响器的输入电压，RP2 调级 MN3207 的平衡输出以以减小失真，RP3 调节时钟频率，RP4 控制混响器的输出电压。图中 MN3207 与 MN3102 各引脚的电压如下：引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 MN3207 的电压/V 0.0 3.2 0.0
8、5.6 6.0 3.2 2.6 2.6MN3107 的电压/V 6.0 3.2 0.0 3.2 3.2 3.2 2.8 5.6图 2.2 电子混响器组成框图音响放大器设计- 6 -图 2.3 电子混响器实验电路4.混合前置放大器混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合放大,这是一个反相加法器电路，输出与输入电压的关系为 V0=-(Rf/R1*V1+Rf/R2*V2)式中，V 1为话筒放大器输出电压；V 2为放音机输出电压。音响放大器的性能主要由音调控制器与功率放大器决定，下面详细介绍这两级电路工作原理及其设计方法。5.音调控制器由电路原理图可知音调控制器主要是
9、控制、调节音响放大器的幅频特性，理想的控制曲线如图 2.4 所示。图中，f0(等于 1KHZ)表示中音频率，要求增益 AV0=0DB；fL1 表示低音频转折(或截止)频率，一般为几十赫兹；f L2(等于 10 fL1)表示低音频区的中音频转折频率； fH1表示高音频区的中音频转折频率；f H2(等于 10fH1)表示高音频转折频率，一般为几十千赫兹。AV/dB 200Db/10 倍频20173 0 f/HZ-3-20-17 fL1 fL2 fH1 fH2 图 2.4 音频控制曲线音响放大器设计- 7 -由图可见,音调控制器只对底音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB 不变。因
10、此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。由运算放大器构成的音调控制器，如图 2.5 所示。这种电路调节方便，元器件较少，在一般收录机、音响放大器中应用较多。在图 2.中 RP3 称为音量控制电位器，其滑臂在最上端时，音响放大器输出最大功率。图 2.5 音调控制器2 音调控制器的低频电路图 2.6 音响放大器低频等效电路设电容 C1 = C2 C3 , 在中低音频区 ,C3 可以视为开路,在中高音频区,C 1,C2 可视为短路。1）.当 ff0 时，音调控制器的高频等效电路如图 2.8 所示。2.8 音调控制器高频等效电路vi C3 R3 R1 R2 R4 vo RP2 vi C 3
11、 R 3 R a R b vo R P 2 R c (b) vi C1 R4 R1 RP1 R2 vo 音响放大器设计- 9 -图 2.9 图 2.8 的等效电路由于此时可将 C1，C2 视为短路，R4 与 R1，R2 组成星型连接，将其转换成三角形连接后的电路如图 2.9 所示。电阻的关系为Ra=R1 +R4+( R1R4 /R2)Rb =R4 +R2 +（R 4R2 /R）Rc=R1 +R2 +（R 2R1/R4）若取 R1=R2=R4 ，则式（ 4-2-1）为Ra=Rb=Rc=3R1=3R2=3R4高频等效电路如图 2.10 所示，其中，图（a）为 RP2 的滑臂在最在最左端时，对于高频
12、提升最大的情况：图（b）为 RP2 的滑臂在最右端时，对应于高频衰减最大的情况。分析表明，图（a）所示电路为一价有源高通波器，其增益函数的表达式为A（j ）= 43/)(10jRabVi式中 3=1/(Ra+R3)C3或 fH1=1/ 2（R a+R3）C 34=1/(R3 .C3) 或 fH2 =1/(2R3C3)与分析低频等效电路的方法相同（从略） ，得到下列公式。当 f f H2 时，C 3 视为短路，此时电压增益AVH=（R a+R3）/R 3同理可以得出图（b）所示电路的相应的表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。音调控制器高频时的幅频特性曲线 2.4 中右半部分实线所示。实际应用中
13、 ，通过先提出对低频区 （或 ）和 (或( )LXf1Lf2Lf2Hf即 = . = / 2lflx6/ Hhx6/vi C3 R3 Ra Rb vo 音响放大器设计- 10 -（a）高频提升 （b）高频衰减2.10 图 2.9 的高频等效电路6.功率放大器功率放大器（简称功放）的作用是给音响放大器的负载 RL（扬声器）提供一定的输出功率，当负载一定时，期望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有 OTL（Output Transformerless）电路和 OCL(Output Capacitorless)电路。有用集成运算放大器（简称运放
14、）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,在本次设计时我们采用集成电路功放大器 LA4102。LA4102 集成音频功放图 2.11 为 LA4102 的管脚，此集成功放既可采用单电源供电方式，也可以采用正负电源供电方式。图 2.11 LA4102 的管脚图（1） A4102 集成功放电路工作原理LA4102 功放具有集成运放的结构特点，由输入级、中间级和输出级三部分组成，其内部电路如图 2.5 所示。vo R b vi R a R 3 C 3 音响放大器设计- 11 -图 2.12 A4102 集成功放电路工作原理LA4102 集成功放放大器主要技术指标 电源电压 9V 静态电流 20mA 输入电阻 20k 电压增益 50dB 输出功率 2W 频率响应 90Hz20kHz (2)功率放大器原理图五 音响放大器的整机实验电路图与 PCB 图1.整机实验图
