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1、东南大学电工电子实验中心东南大学电工电子实验中心实实 验验 报报 告告课程名称：课程名称： 电子电路实践电子电路实践 第第 次实验次实验实验名称： 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： 实验五实验五 音响放大器设计音响放大器设计【实验内容实验内容】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
2、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5mV 2.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
3、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。【报告要求报告要求】1.实验要求： (1) 根据实验内容、技术指标及实验室现有条件，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：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
4、 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： 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：
5、，式中，12 12ff oiiRRvvvRR 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1 iv2ivR2 以调整增益。音调控制器：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
6、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
7、 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：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：2131RRR VRPVVAPiLoio V若取 R2 = 1k，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
8、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）4247 . 012RVV RPRVVIDCC O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：话音放大器：分析：电压增益为 6，与理论是一致的。混音放大器：混音放大器：分析：通过观察输入和输出的峰峰值可知，满足，与理论12 12ff oiiRRvvvRR 分析是一致的。音调控制器：音调控制器： 当频率 f
9、=1K 时：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：UiUoUi=10mV，Uo=59.9mVAu=6话放输入 Ui1=100mV Mp3 输入 Ui2=100mV 混合放大后输出 Uo=307mV话放输入话放输入 Ui1Mp3 输入输入 Ui2混合放大输出混合放大输出 UoUi=100mvUo=100mVB：衰减：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
10、 时： A：放大B：衰减分析：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：功率放大器：Ui=100mvUo=248mVUi=100mvUo=248mVUi=100mvUo=373mVUi=100mvUo=27.2mV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） 。(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：分析：额定功率 Po=
11、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，Ui=100mvUo=5.2V话放电路混放电路音调控制功放电路Ui（峰峰值）=30mv最大不失真电压 Uo（峰峰值） =13.2V，有效值为 4.67V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。中频区（取频率 f=1K）：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=2.12V此时的频
12、率即为下限频率：fL=10Hz，小于要求的 50Hz，说明设计合理。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： 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
13、即 为输入灵敏度。 Ui（峰峰值）=5mVUo（峰峰值）=2.64VUi（峰峰值）=5mVUo（峰峰值）=2.12VUo（峰峰值）=2.12VUi（峰峰值）=4mV分析：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 V
14、cc=7.5V。故=2.2/(0.5*7.5)=58.6%.oCCP VI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说明：音调所有的输入均为 100mV（峰峰值）（峰峰值）1、当频率为 1KHz 时：Uo（峰峰值）=13.2VUo=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
15、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=374mv B: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 频率响应fL50HzfH20kHz 输入阻抗20k 话音输入灵敏度5mV 仅在音调调节部分略有不足
