全集成电路高保真扩音机课程设计

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1、辽宁工业大学电子技术基础课程设计题目全集成电路高保真扩音机院（系）：工程技术学院专业班级：电气工程及其自动化学 号：学生姓名：指导教师： （签字）教师职称：教授起止时间：2015. 06. 232015. 07. 06课程设计（论文）任务及评语号 学课 程设计 （论文） 题目副课程设计论文任务, 用 标 构，路 采 指 结源 电 , 、 、*来元 向 能 性：i 单 流 性 进牛 或 的 O 丿 。八n 匸 几 、冬先券 统 号 訂 求匡的昴 系 信 扩 以构蹄考 找 真 陋结M并疋 保 咪制以，器 川 高 怖绘心较?M通 各 分 较匕 解，/ LI o 电 哟案rt合 分 局明 成 旳方旳综

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3、机技术进入了快速发展的空前时期。与此同时， 电子信息技术的发展有关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。 放大器电路作为子系统的应用，已迅速发展成为新一代电子不可缺少的核心部件, 其在现实生活中的运用非常广泛。扩音机电路是把微弱的声音信号放大成能推动扬声器的功率放大信号，主要 由运算放大器构成。电路结构分为前置放大，滤波器，功率放大三部分。前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带 宽，噪声要小，音频控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放 大器决定了输出功率，要求效率高，失真

4、尽可能小，输出功率大关键词：扩音机；扬声器；功率放大；滤波目录第1章绪论 11.1全集成电路高保真扩音机的应用意义 11.2设计的要求及技术指标 11.3设计方案论证 11.4总体设计方案的流程及分析 2第2章 全集成电路高保真扩音机电路设计 32.1方案的框图及工作原理 32.1.1前置放大电路 32.1.2有源滤波器 32.1.3功率放大器 42.2扩音机各单元电路的设计 42.2.1前置放大电路设计 42.2.2有源滤波放大电路的设计 52.2.3功率放大器电路的设计 6第3章全集成电路高保真扩音机整体电路设计及仿真 73.1整体电路图及工作原理 73.1.1 整机电路图 73.2电路参

5、数仿真及计算 73.2.1整机频率响应的测试 73.2.2最大输出功率的测试 83.2.3电压增益的计算 93.2.4整体电路的仿真 93.3整机电路性能分析 103.3.1 整机电路图 10第4章设计总结 11附录一：参考文献 12附录二：所用元器件和测试仪器清单 13第i章绪论i.i全集成电路高保真扩音机的应用意义随着科学技术的不断发展，各种专用集成电路大量涌现。在电子技术领域里， 集成电路大有取代分立元件的趋势。在各种音响设备中，全集成电路高保真扩音 机由于工作可靠，外围电路结构简单，容易调试，内部设有各种保护设施，不易 损坏的特点，不断地被从事电子技术工程人员和无线电爱好者认可和接受。

6、另外, 由于体积小，价格便宜，在学校、公司、技术企业，以及工厂，它都发挥了其他 任何东西不可替代的作用。1.2设计的要求及技术指标设计要求：1. 分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及 应用环境等，广开思路，构思总体方案，绘制结构框图。2. 确定合理的总体方案。对所设计的方案进行分析，以电路的先进性、结 构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲 疋可仃方案。3. 设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路， 逐个设计。4. 组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用 左进右出的规律摆放各电路，并标出必要

7、的说明。技术指标：1）采用全部或部分分立元件设计一种全集成电路高保真扩音机。2）额定输出功率Po _5W。3） 负载阻抗Rl。4）频率响应2020KHz1.3设计方案论证前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带 宽，噪声要小，音调控制主要是滤除谐波，实现对所需波段的有效放大；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 Pmax=8W,输出电压U。f fP。max R= 8V。 要使输入为5mv的信号放大到输出的8V,所需的总放大倍数

8、为1600。扩音机中各级增益的分配为：前置级的电压放大倍数为100,功率放大级电压 放大倍数为16。1.4总体设计方案的流程及分析总体流程如图所示图1.4 :总体设计流程电路分析说明：（1）前置放大器由于话筒提供的信号非常弱，一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20k。考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器 选用集成运算放大器LF353。LF353是一种双路运算放大器，属于高输入阻抗低噪 声的集成器件。前置放大电路由LF353组成的两级放大电路。前置放大器的作用是不失真的. 放大声音信号，共输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。（2）有源滤波器的设计高带通滤波器允许一定

9、频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干 扰和噪声。该电路中，在前级为无限增益多路反馈二阶带通滤波器的基础上，由 第二级反相放大比例放大器对他施加正反馈组成。从而，实现了带通滤波的作 用。（3）功率输出级的设计功率输出及电路结构有许多种形式，这里选用TDA2030A型单片集成功率放 大电路，其主要特点是 a上升随率高、瞬态互调失真小。b、输出功率比较大， 单片的TDA2030A的输出功率可达18W。c、外围电路简单，使用方便。d、采用 单列直插的封装形式，体积小。e、内含各种保护电路，工作安全可靠。第2章全集成电路高保真扩音机电路设计2.1方案的框图及工作原理扩音机电路主要由前置放大电路

10、，有源带通滤波电路，集成运算放大电路组 成，总体框图如图：输入信号前置放大电路有源带通滤波电路图2.1 :扩音机电路总体框图2.1.1前置放大电路功能：将前级输出的微小的电信号在电压幅度上进行放大。工作原理：在测量用的放大电路中，一般传感器送来的直流或低频信号，经 放大后多用单端方式传输。典型情况下，信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，共 模噪声可能高达几伏。放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要。放 大器本身的共模抑制特性也是同等重要的问题。因此前置放大电路应该是一个高 输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。2.1.2有源滤波器功能：滤除各种噪声信号，而使正常的语音信号通过。工

11、作原理：通带滤波器能通过规定范围的频率，这个频率范围就是电路的带 宽BW，滤波器的最大输出电压峰值出现在中心频率 fo的频率点上。带通滤波器 的带宽越窄，选择性越好，也就是电路的品质Q越高。电路的Q值可用公式求出:Q 二 f WB可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的输出电压；反之低Q值滤波器有较宽 的带宽，势必输出电压较小。要实现这么一个功能，我们可以将一个二阶有源低 通滤波器与一个二阶有源高通滤波器串联起来，由二阶有源低通滤波器来对高频 信号进行抑制，由二阶有源高通对滤波器队地频信号机行抑制，最终达到对信号 进行一定频率范围的抑制作用。2.1.3功率放大器功能：放大电流，使信号能够驱动负载（喇

12、叭）。工作原理：功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换 成为高频交流输出。2.2扩音机各单元电路的设计2.2.1前置放大电路设计各级放大电路均采用集成运放设计，且增益分配要均衡，输入阻抗，共模抑 制比和噪声主要取决于前置级，因此前置放大器的设计尤为重要。根据高输入阻 抗的要求，应选用JFET的运放，本设计采用LF411ACh型运放。该运放的Avo=4C彳彳X 10，Rd=4 X 10 Q，KCMR=106dB。仪用放大电路：KcM=134dB本设计采用仪用放大器作为前置级。图2.2.1 :前置放大电路222有源滤波放大电路的设计第二级要完成的主要任务之一是进一步提高放大电路的

13、电压增益，其次为了 消除高，低频的影响，需要设计一个带通滤波器，由于对滤波器没有特殊的要求, 本设计采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成带通滤波器。图2.2.2一阶低通滤波器图2.2.3 :一阶高通滤波器223功率放大器电路的设计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，转换效率 尽可能高，非线性失真尽可能小。当输入信号足够大，输出电压峰值 错误！未找到引用源。达到错误！未找到 引用源。时，此时最大不失真输出功率为： 错误！未找到引用源。直流电源提供的功率 错误！未找到引用源。电路效率 错误！未找到引用源。选择输出晶体管时：错误！未找到引用源。每只晶体管的最大允许管耗

14、最大集电极电流 错误！未找到引用源。反向击穿电压 错误！未找到引用源。功率放大电路如图2.2.4所示。图2.2.4功率放大器电路第3章 全集成电路高保真扩音机整体电路设计及仿真3.1整体电路图及工作原理工作原理：整体电路图如图3.1.1所示。本设计采用LF4111系列的运算放大器，前级采用仪用放大电路，分配的增 益为四十倍，仪用放大器是有运放U1、U2按同相法组成第一级差分放大电路， 运 放U3组成第二级差分放大电路，在第一级电路中输入信号分别加入到U1和U2的同相段R1和F6、R组成的反馈网络引入负反馈。在带通滤波的电路中，本设计采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波 器构成带通滤波器，来

15、限制放大频率的范围。输入信号先经经前置放大，将输入信号放大，放大后的信号进入音调电路，对 高低音段进行调节。输出至音量电位器。经平衡电位器后，功放输出经喇叭输出 接座输出至喇叭。功率放大电路的主要作用是向负载提供功率，需要输出功率尽 可能大，非线性失真减小，效率尽可能高。因集成功率放大器性能好，安装方便， 则选集成功率放大器。3.1.1 整机电路图3.2电路参数仿真及计算3.2.1整机频率响应的测试使用Multisim仿真软件中的波特图示仪进行仿真实验，观察所得的幅频响应曲线是否符合设计要求。进行仿真实验后可得图3.2.1（a）与图3.2.1 （b）,由此可知本次设计的电路符合设计要求。Bode Plotter-XBP1ModeMagnitudePhaseHorizontalVerticalReverse Save | Set.+ Out * -