1、華北科技學院課程設計目錄一 設計要求2二 設計的作用目的3三 設計的具體實現41.系統概述42. 單元電路設計，仿真與分析52.1功率放大電路（第三級）52.2音調控制（第二級）82.3混合放大輸入級(第一級)203 電路的調試24四.心得體會及建議251.心得體會252.建議25五.附錄（元器件列表）26六參考文獻.27音響放大器設計報告一 . 設計要求 設計一個音響放大電路，當輸入信號源和話筒的聲音時，輸出一個放音和音量都可調音響。具體要求：（1） 輸出功率P大于或等于1W,負載阻抗R=8,失真<5%。頻響特性:低頻截止頻率fL=40HZ，高頻截止頻率fh=20KHZ（人耳的聽覺范圍

2、）。（2） 音調控制：中頻f0=1KHZ處增益是0dB，當頻率為100HZ和8KHZ處有 12dB的調節范圍，低頻和高頻段得最大增益為20dB（放大倍數AVLm和AVHm均是10倍。（3） 話筒輸出靈敏度是58mv。二 . 設計的作用、目的 音響放大電路是把麥克風和拾音（從錄音機、電唱機中取出）信號一起混合放大但又不出現失真的電路。可以放大mp3,碟機等輸出的模擬信號，我們常見的音頻功放和此原理大致相同，將此電路應用于實際，可以放大音樂，并且人們可以調節其音調和聲音的大小，其中的音調控制級電路可以調節音頻信號低頻段和高頻段的增益，從而達到不用的試聽效果。通過對此音頻放大的模擬，我們可以從中學到

3、很多貼近生活的知識，了解常其內部原理，于此同時又能鞏固我們學習的模擬電路知識，將課本上所學與實際相聯系，培養我們設計電路，模擬電路的興趣，為我們進一步的學習打下堅實的基礎。三. 設計的具體實現1.系統概述 音響設備是是使用廣泛的電子設備，其中電路是音響放大器。盡管由于功能和性能的不同其電路有所不同，但基本組成相同，其原理框圖:圖1.1圖1.1原理框圖該電路主要由三部分組成，混合前置放大級，音調控制級，和功率放大級三大部分組成。第一級，混合前置放大級，模擬選用的是LM324AD集成運放芯片，將輸入的話筒信號和磁帶放音機信號做加法運算。其中話音放大級輸出5-8 mv的微弱電壓，仿真中用幅值為5 m

4、v的正弦波代替。磁帶收音機輸出用幅值為50 mv的正弦波代替。第二級，音調控制級。為了達到理想的試聽效果，讓輸入的音頻信號在低頻段100 HZ 處和高頻段8000 HZ處各有±12dB的增益。其中中頻段1kHZ處增益為0dB，電壓放大倍數為一倍，實際上有衰減，故取0.8倍。第三級，為功率放大級，此處使用的是由集成運放與晶體管組成的OCL功率放大器電路。電壓放大倍數為60倍，增益為28dB。設計總體方案設計思路是先整體后局部。按照各級功能及技術要求，首先確定各級增益分配，而又分別選擇，設計各級電路元器件以及參數。通常從功放級開始向前逐步設計。根據技術指標要求音響放大器輸入信號5mv，功

5、率輸出p>=1w,由公式P=U2/R>=1W,得出U>=2.8v,取u=4v,則整體放大電路電壓放大倍數AU=4V/5mv=800(增益約為55.5dB)。功率級屬于大信號輸入（100mv以上）其電壓放大倍數一般為幾十倍。當音調在中頻段是既(f=1khz)時，電壓放大倍數為1倍(增益為0dB)，但在實際中會有衰減，所以一般取0.8倍?；旆藕驮捦卜糯蠹?，不但要考慮自身輸入的信號大小，還要考慮在集成運放中增益帶寬積的限制一般混放級Au取幾倍話放級取10倍左右。 其大致框圖如1.2話放級Au1=1020dB混放級Au2=39.5dB音調級Au3=0.8-2dB功放級Au4=2528

6、dB圖1.2大致框圖5mv 150 120mv 3v 50mv 2. 單元電路設計，仿真與分析2.1功率放大電路（第三級）功率放大器(簡稱功放)的作用是給音響放大器的負載RL(揚聲器)提供一定的輸出功率.當負載一定時,希望輸出的功率盡可能大,輸出信號的非線性失真盡可能地小,效率盡可能高。由集成運放與晶體管組成的OCL功率放大器電路如圖1.3所示，其中，運放為驅動級，晶體管T1T4級成復合式晶體管互補對稱電路圖1.3功率放大器電路圖電路工作原理三極管T1、T2為相同類型的NPN管，所組成的復合管仍為NPN型。T3、T4為不同類型的晶體管，所組成的復合管的導電極性由第一只決定，即為PNP型。R5、

7、R6、R15及二極管D1、D2所組成的支路是兩對復合管的基極偏置電路，靜態是支路電流I0可由下式計算： I0=(2Vcc-2VD)/(R4+R5+RP2) （2.1.1）VD為二極管的正向壓降為減小靜態功耗和克服交越失真，靜態時T1、T3應工作在微導通狀態，即滿足下列關系：VAB/VD1+VD2/BE1+VBE3 稱此狀態為有甲乙類狀態。二極管D1、D2與三極管T1、T3應為相同類型的半導體材料，如圖D1、D2為硅二極管2CP10，則T1、T3也應為三極管。R15用于調整復合管的微導通狀態，其調節范圍不能太大，一般采用幾百歐姆或1KW電位器（最好采用精密可調電位器）。安裝電路時首先應使R15的

8、阻值為零，在調整輸出級靜態工作電流或輸出波形的交越失真時再逐漸增大阻值。否則會因R15的阻值較大而使復合管損壞。R8、R10用于減小復合管的穿透電流，提高電路的穩定性，一般為幾十歐姆至幾百歐姆，R11、R12為負反饋電阻，可以改善功率放大器的性能，一般為幾歐姆。R7、R9稱為平衡電阻使T1、T3的輸出對稱，一般為幾十歐姆至幾百歐姆。R13、C3稱為消振網絡，可改善負載為揚聲器時的高頻特性。因揚聲器呈感性，易引起高頻自激，此容性網絡并入可使等效負載呈阻性。此外，感性負載易產生瞬時過壓，有可能損壞晶體三極管T2、T4。R13、C3的取值視揚聲器的頻率響應而定，以效果最佳為好。一般R12為幾十歐姆，

9、C3為幾千皮法至0.1F。功放在交流信號輸入時的工作過程如下：當音頻信號Vi為正半周時，運放的輸出電壓Vc上升，VB亦上升，結果T3、T4截止，T1、T2導通，負載RL中只有正向電流iL，且隨Vi增加而增加。反之，當Vi為負半周時，負載RL中只有負向電流iL且隨Vi的負向增加而增加。只有當Vi變化一周時負載RL才可獲得一個完整的交流信號。靜態工作點設置：設電路參數完全對稱。靜態時功放的輸出端O點對地的電位應為零，即VO=0，常稱O點為“交流零點”。電阻R1接地，一方面決定了同相放大器的輸入電阻，另一方面保證了靜態時同相端電位為零，即V+=0。由于運放的反相端經R3、RP1接交流零點，所以V-=

10、0。故靜態時運放的輸出Vc=0。調節RP1電位器可改變功放的負反饋深度。電路的靜態工作點主要由I0決定，I0過小會使晶體管T2、T4工作在乙類狀態，輸出信號會出現交越失真，I0過大會增加靜態功耗使功放的效率降低。綜合考慮，對于數瓦的功放，一般取I0=1mA3mA，以使T2、T4工作電甲乙類狀態。仿真過程：圖1.4 功率放大器仿真圖在仿真過程中，給輸入端加一幅值為120mv,周期為1000Hz的正弦波，通過示波器可得到其波形如圖1.4當輸入幅值為120mv頻率1000HZ的正弦波時，輸出幅值為3.215v的不失真正弦波，其幅值和放大倍數已滿足條件。放大倍數Au3=3/0.12=25。2.2音調控

11、制（第二級） 音調控制級的目的是調節音響放大器的頻率響應，以滿足人們對不同音調的不同需求。常用的有衰減式，反饋式，圖解式，其中反饋式因調節方便，元件較少，在中小功率的電路中很常見。反饋式音調控制級得框圖和頻響如圖1.5圖1.5音調控制頻率響應 基本原理音調控制級是以中頻一千赫茲增益零分貝為基礎，對低音頻區和高音頻區的增益進行提升和衰減。中頻f=1kHZ時，C1和C2相當于短路，C3開路，Rp2很大相當于開路，中頻時AU=R2/R1=1(相當于0dB).綜合考慮各電阻的選取原則，一般R1,R2,R3取幾至幾十千歐，此處R1=R2=R3=R=43K，RP1=RP2=470K。由fl=40HZ=1/

12、2RC1得C1=0.01UF,由高頻段等效模型得Ra=3R=129k由fh=20000HZ=1/2RaC3得C3=470PF.其中C0為耦合電容，可以濾去低頻段的直流分量，使第一級和第二級靜態工作點互不影響。1> 音調控制器的組成和音調調節的基本原理。其實質就是一反饋網絡，組成RC網絡和放大器組成閉環系統，放大器要求輸入電阻無窮大，輸出電阻無窮小，所以采用的集成運算放大器較好。經過嘗試，最后選用multisim中通用型集成運算放大器，設計電路圖如圖1.6圖1.6音調控制電路低音頻區時,c3相當于開路，RP1調至最右端時低頻衰減最大。電路圖如1.7圖1.7低頻衰減電路圖1.8低頻衰減仿真測

13、得輸入幅值149mv，輸出幅值為126mv，放大倍數約為0.8倍；交流分析如圖1.9，圖1.9低頻衰減交流分析由以上數據可知，頻率約為100HZ時，的衰減倍數約為1000/2753.6倍。約為-11.6dB。幅頻特性如圖2.0圖2.0低頻衰減幅頻特性由上邊數據可知，當頻率為100HZ時，下降11.1609dB,基本符合設計要求。低頻提升等效模型如圖2.1，如圖2.1低頻提升電路其交流分析如圖2.2，圖2.2低頻提升交流分析由以上數據可知在100HZ處放大3.6倍，即增益+11.2dB。高頻時，C1，C2可視為短路，其等效變換如圖2.3圖2.3高頻等效電路星型變換為角型如圖2.4，圖2.4高頻等

14、效變換電路RP2最左端時，對應高頻提升，圖2.5圖2.5高頻提升電路其對應交流分析如圖2.6，圖2.6高頻提升交流分析圖中對應8000HZ時，對應放大倍數為3.4542，約等于11.1dB基本符合設計要求。RP2最右端時，對應高頻衰減，如圖2.7，圖2.7高頻衰減電路其對應交流分析如圖2.8，圖2.8高頻衰減交流分析其放大倍數為296/10003.3倍即-11.1dB.數學模型（低頻段）低頻等效電路圖中電壓放大倍數的數學表達式為其中電路電壓放大倍數Au=Uo/Ui=-(R2/(R1+Rp1)）* 1+j（ffl1) 1+j（f/fl2） 其中fl1=1/2Rp1C1, fl2=(R+Rp1)/

15、2Rp1RC1，其模值為 Au=R2+RP1R1 21+j(f/fl1) 2/1+j(f/fl2)2參照以上分析結果，當f<fl1時，C1可視為開路，此時有Au=R/(R+RP1)=0.1相當于-20Db。當f=fl1時，因fl2=10fl1,由公式得，Au1=22Aulm,比Alum上升3dB.當f=fl2時，Aul2=10Aulm/22,比中頻增益低3dB.f在fl1和fl2之間變化時，可近似認為電壓增益以每倍頻六分貝的斜率變化。以上為低頻衰減，低頻提上段與其對稱。在f<fl1，f=fl1，f=fl2時分別提升為+20dB，+17dB,+3dB,同理在高頻段時，數學模型（高頻段

16、）其放大倍數表達式為，Au =-(Rb/ Ra)* 1+j（ww2) 1+j（w/w1）W1=2fh1=1/(Rb+R4)C3fh1=1/2(Rb+R4)C3W2=2fh2=1/ R4C3fh2=1/(2R4C3)Au= RbRa 21+j(f/fh2) 2/1+j(f/fh1)2由其模值的表達式可知，當f=fh1時，模值Auh1=Rb/2Ra比中頻（Au=Rb/Ra=10）下降了3dB；當f=fh2時，Auh2=2Rb/10Ra，比中頻段下降了17dB。當f在fh1和fh2之間變化時，因為fh1<<fh2可近似認為增益以每倍頻呈6dB的斜率變化.以上為高頻衰減，與其對應的高頻提升

17、在f=fh1，f=fh2，f>fh2ss時分別提升3分貝，17分貝，20分貝。由fl2=flx*2x/6 =400HZ， fh1=fhx/2x/6 =2Khz，fl=40HZ， fh=20000HZ2.3混合放大輸入級(第一級)考慮到音頻輸入信號，話筒輸入約為5-8mv聲音信號，而磁帶錄音機輸入約為50-80mv的聲音信號，故設計此級為不同放大倍數的加法運算電路，有公式Au = - RfRi 放大倍數分別為10倍和2倍，故取第一級R1，R2，Rf,分別為3k，15 k,30 k。集成運放使用的是LM324，它是四運放集成電路，每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中

18、“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；考慮到它為四運算放大，此處我們只使用其1/4部分。設計電路圖如圖2.9圖2.9混合放大電路信號發生器1輸入幅值為5mv頻率1kHZ的正弦波，信號發生器2輸入幅值為50mv頻率1kHZ的正弦波,由示波器觀察到的波形如圖3.0圖3.0混合輸入放大仿真由以上數據可知5mv放大十倍，50mv放大兩倍，其和為150，結果計算基本吻合。綜合各級電路，總電路設計圖3.1圖3.1總設計圖在分級調試過程中，出現了問題，不能用兩個信號源輸入兩路

19、信號，這樣會導致波形失真和不能進行交流分析和噪聲分析。交流分析和直流分析時，要輸入一基準信號，經過多次調試，才發現這個問題。最后給輸入端輸入幅值50mv,頻率50HZ的正弦波，得到了理想的波形。用示波器觀察，其波形如圖3.2圖3.2總設計圖仿真由上面的結果可知一級，二級，三級，輸出的幅值分別為90.583mv,118.082mv，3.250v.其放大倍數Au=3v/50 mv=60倍，即約等于35.4分貝，波特圖3.3圖3.3波特圖其中頻段為增益為35.5分貝，低頻截止頻率為14HZ，高頻截止頻率為20000HZ.3 電路的調試 輸出功率的調試將R6置于最大，輸出功率級接額定負載，混放級輸入1

20、KHZ，50mv電壓，察示波器上的波形，觀察其是是否失真并計算其輸出功率，看是否達到要求，若出現失真，或功率沒達到要求，那么調節各級滑動變阻器，使其達到要求。音調控制的調試斷開音調控制級的前后電路，把150mv的電壓輸入，再在音調控制級的輸出端測量輸出電壓和波形，先測1KHZ的值，在分別測高頻和低頻特性。測試方法：調節滑動變阻器Rp1和Rp2，記錄其上下限頻率。四.心得體會及建議1.心得體會每一個學習電子相關的人都有電子制作的經歷，而其中很重要的一部分就是對你將要制作的東西，進行可行性的分析，而multisim正解決了這一問題，在此次設計電路的過程中，從開始時的不斷失敗到逐漸得心應手，到最后的設計制作成功，其中的滋味是沒有制作經歷的人所無法領會的。通過這次模擬實驗，通過模擬組裝、調試使我們快速步入電子設計的大門。模擬過程也是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對電路的調試要一步一步來，不能急躁，在電腦上調試考驗了我們的操作水平。剛開始拿到課題，無從下手，后來經過查閱資料，上網搜集信息，與同學討論，在郭老師的指導下，將設計的電路一部部改進，增強了可行性。這次模擬電路的設計，我們將所學知識付諸了實踐，提高了動手操作能力和各項思維。付出了汗水后，對