湖北工業大學課程設計說明書

-16-課程設計說明書設計題目音響放大器設計課程模擬電子技術學院電氣與電子工程學院班級14級電信中英學號1410211120姓名陳默指導教師賀章擎二〇一六年一月二日目錄課程任務和要求······································（3）1.1題目············································（3）1.2設計目的········································（3）1.3課程設計內容····································（3）緒論················································（4）2.1音響放大器的應用背景····························（4）2.2歷史發展·········································（4）2.3最新技術·········································（5）電路的設計方案······································（7）3.1實驗電路的工作原理·······························（7）3.2音響放大器的基本組成·····························（7）3.3音響放大器的組成框架·····························（7）核心元器件的介紹····································（8）LM324的介紹····································（8）LM386的介紹····································（8）單元電路的設計及分析································（9）5.1話音放大器·······································（9）5.2混合前置放大器···································（10）5.3音調控制器·······································（11）5.4功率放大器·······································（11）6.調試·················································（12）7.總結·················································（13）參考文獻············································（15）1.課程設計任務及要求1.1題目音響放大器設計1.2課程設計目的本課程設計是專業課學習過程中一個非常重要的實踐性環節，為綜合應用所學的專業知識提供了一次很好的實踐機會。通過課程設計培養學生現狀調研與分析能力、問題發現與解決能力、書面表達與口頭答辯能力、個人分工與團隊合作能力。1.3課程設計任務（內容）(1)設計內容設計一種具有音調控制、卡拉OK伴唱的音響放大器。包括話筒放大、混合前置放大、音調控制和功率放大等幾個模塊。(2)設計技術指標額定功率：Po≤1W功放增益：100頻率響應：40Hz～10KHz音調控制：100Hz和10KHz處有±10dB調節范圍輸入阻抗：Ri≥20Ω負載阻抗：RL=8Ω2.緒論2.1音響放大器的應用背景進入21世紀以后，各種便攜式的電子設備成為了電子設備的一種重要的發展趨勢。從作為通信工具的手機，到作為娛樂設備的MP3播放器，已經成為差不多人人具備的便攜式電子設備。陸續將要普及的還有便攜式電視機，便攜式DVD等等。所有這些便攜式的電子設備的一個共同點，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個音頻放大器；另一個特點就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下，D類放大器被開發出來了。它的最大特點就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。效率。2.2歷史發展音響技術的發展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場效應管四個階段。1906年美國人德福雷斯特發明了真空三極管，開創了人類電聲技術的先河。1927年貝爾實驗室發明了負反饋技術后，使音響技術的發展進入了一個嶄新的時代，比較有代表性的如"威廉遜"放大器，較成功地運用了負反饋技術，使放大器的失真度大大降低，至50年代電子管放大器的發展達到了一個高潮時期，各種電子管放大器層出不窮。由于電子管放大器音色甜美、圓潤，至今仍為發燒友所偏愛。60年代晶體管的出現，使廣大音響愛好者進入了一個更為廣闊的音響天地。晶體管放大器具有細膩動人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動態范圍等特點。在60年代初，美國首先推出音響技術中的新成員--集成電路，到了70年代初，集成電路以其質優價廉、體積小、功能多等特點，逐步被音響界所認識。發展至今，厚膜音響集成電路、運算放大集成電路被廣泛用于音響電路。70年代的中期，日本生產出第一只場效應功率管。由于場效應功率管同時具有電子管純厚、甜美的音色，以及動態范圍達90dB、THD<0.01%（100kHz時）的特點，很快在音響界流行?，F今的許多放大器中都采用了場效應管作為末級輸出。音響技術的發展經歷了電子管、晶體管、場效應管的歷史時期，在不同的歷史時期都各有其特點。預計音響技術今后的發展主流為數字音響技術。2.3最新技術近年來，一種稱為“數碼功放”的器件悄悄來到了Hi—Fi領域。有人稱它為音頻放大器的革命，希望給幾成死水一潭的音響業帶來生機。所謂“數碼功放”，應該是讓音頻信號以純數碼的形式從輸入開始保留到喇叭放音前的最后一級?；倦娐肪褪荄類放大器。D類放大器D類放大器實際上是一種開關放大器，其開關頻率高達100kHz以上。輸入端是直接從數碼信號源如CD唱機、DVD影碟機、DVDAudio或SACD光碟機以及DTV數碼電視等輸入的數碼音頻信號，而不是經過ADC模數轉換或DAC數模轉換處理的音樂模擬信號。典型的實現過程如下：先由振蕩器調制直流電源產生一個基準方波信號，其工作頻率可跟隨輸入信號變化，設定為幾十到幾百千赫；脈沖寬度則隨輸入信號的幅度大小而變化。還可以設置一個鋸齒波信號產生器，其頻率為基準方波信號的一倍，并與之同步。鋸齒波信號用來同需要放大的、不斷變化的輸入信號作比較。當鋸齒波同輸入信號發生差異時，便產生與其瞬時振幅一致的相移信號。再用一個邏輯上由基準信號和相移信號控制的開關電路輸出一個極性經過選擇的脈沖寬度調制信號（PWM信號）。PWM信號經晶體管放大和高速整流，再通過低通濾波器濾除高頻成分、平滑處理后回復為音頻信號饋送揚聲器放音。這種電路最大優點是功耗極小。因為它通常采用耐二次擊穿、開關轉換效率極高的場效應晶體管，運行中幾乎沒有損耗，效率可達90%以上（普通A類或AB類放大器的效率最大也只不過50%）。高效意味著耗電小、散熱要求低，從而導致集成電路化的大批量生產。其另一個優點是失真小。我們都知道，為了增加頻響寬度、防止信號飽和畸變，幾乎所有放大器都需要使用反饋電路，可是反饋產生的延時效應卻對原音重現帶來失真。由于數碼放大器轉換時間極快，延時效應微乎其微，產生的誤差只有傳統模擬放大器的六分之一，所以對輸出控制得更好，尤其是瞬態反應更為精確真實，特別適用于爆發力要求較高的重低音功放。應該指出，早期的數碼功放仍用模擬電路來處理數字信號，雖然效率提高，但高保真效果較差并有射頻干擾。真正的數碼功放應該采用數字邏輯電路，以先進的數字處理技術來補償晶體管高速導通、截止時引起的失真。3.電路的設計方案3.1實驗電路的工作原理語音信號由話筒輸出后，進入語音放大器放大并傳入混合前置放大器進行放大。放大后的信號進入音調控制器，然后進入功率放大器進行功率放大后，由揚聲器輸出聲音。3.2音響放大器的基本組成語音放大器：無失真地放大語言信號?；旌锨爸梅糯笃鳎簩浺魴C輸出的音樂信號與語音放大器放大后的信號混合放大。音調控制器：音調控制器要求只對低音頻和高音頻的增益進行提升或者衰減，中音頻的增益保持為0dB不變。功率放大器：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小，效率盡可能高。3.3音響放大器的組成框架4.核心元器件的介紹4.1LM324的介紹LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。應用領域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統的運算放大器可以更容易地在單電源系統中實現的電路。LM324引腳圖4.2LM386的介紹LM386是專為低損耗電源所設計的功率放大器集成電路。它的內建增益為20，透過pin1和pin8腳位間電容的搭配，增益最高可達200。LM386可使用電池為供應電源，輸入電壓范圍可由4V~12V，無作動時僅消耗4mA電流，且失真低。5.單元電路的設計及分析5.1話音放大器話音放大器的主要作用是將話筒輸入的信號不失真的放大，由于話筒的輸出信號一般只有5mv，而輸出阻抗達到20k，所以其輸入阻抗應遠大于話筒的輸出阻抗。具體設計見仿真圖5.1.1。圖5.1.1話音放大電路圖5.1.1話音放大級增益為8.5與20K話筒配接作為話音放大器電路，其交流放大倍數Av1=1+R12/R11=8.5（18.5dB）高阻話筒要求輸入內阻很大，采用同相放大電路R12取標稱值為75KΩ，R11標稱值為10KΩ，電阻R13、R14作用是分流和提供直流偏置電壓R13、R14取標稱值為10KΩ。電容C11、C13作用是去直流，C11去標稱值為10uF，C13取標稱值為1uF，電容C12在電路中起耦合作用，C12取標稱值為10uF?？紤]到電路接線出錯直流電壓被放大電壓為38.5V,C12兩端電壓達到38.5V,電容C12采用耐壓值為50V，C11、C13兩端的電壓為4.5V，耐壓值16V和50V均滿足要求，C11采用耐壓值為16V,C13采用耐壓值為50V。5.2混合前置放大器圖5.2.1混合前置放大電路混合前置放大器的電路由運放組成，是一個反相加法器電路，話放級的輸出作為混放級的輸入，錄音機的輸入為Vi2,輸出電壓Vo2的表達式為：Vo2=-[(R22/R21)Vo1+(R22/R23)Vi2]第一級為第二級提供輸入信號Vo1=42mV，混合前置放大倍數為3，可以達到輸出125mV的設計要求。輸入信號為100mV，信號只錄音機接口輸入放大倍數為1，錄音機輸入信號為100mV，不放大可以達到驅動下級正常工作的要求。取R23=R22=30KΩ，R21=10KΩ。電阻R23、R24作用是分流和提供直流偏置電壓，R23、R24取標稱值為10KΩ。C21、C22、C24在電路中起耦合作用，C23在電路中起去直流作用。、C21、C22、C23、C24都取標稱值為10uF，如果線路接錯，是直流也被放大，直流電壓達到13.5V，C21、C23電容取耐壓值為16V。C22、C24電容取耐壓值為50V.5.3音調控制器圖5.3.1音調控制器電路5.4功率放大器功率放大器(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。5.4.1功率放大器電路由于Av=R11/Rf，R11=20kΩ，Av=100，故取Rf=200Ω6.調試6.1靜態工作點測試接上電源(次級為12伏)，不帶負載情況下接通電源，按下電路板上電源開關，測試濾波電容兩端輸出電壓應為14v左右。若出現異常應該立即斷電。6.2最大輸出功率測試將8Ω負載接入功率輸出端。再將信號源調至頻率f=1000hz，輸出電壓為1V，接到音頻放大器的聲道輸入端。將音調調節電位器調到最大。功率輸出端接上示波器、毫伏表。調節音量電位器，使輸出信號失真度THD=3%時，測出功率放大器的輸出電壓Vo的值，由公式P=Vo2/16計算放大器的最大輸出功率。6.3頻率特性測試調節1000hz輸入信號幅度（或調音量電位器），使輸出信號為1V。測出電路輸入信號的大小Vi的值。調節輸入信號的頻率，保持輸入信號Vi的大小不變，測量輸出信號的大小。找出上下限頻率FL和FH，求出通頻帶BW=FH-FL。6.4音樂試聽在功率調試正常后，接上音樂信號源，試聽音量和音調電路對音樂的調節效果。調節聲道的音調電位器R20，能夠聽到高提升和低音調的聲音有明顯的衰減。7.總結這次的課程設計與我們的專業有著密切的聯系，且是動手實踐方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行?！睂W習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學期電路剛學完之際，進行一次《模擬電子》課程設計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認識，而且還及時、真正的做到了學以致用。歷時這一個星期的課程設計已畫上圓滿的句號。回頭看看，不禁感慨眾多，課程設計這么復雜，僅僅是一個音響放大器就涉及很多的電路知識。高科技生活離不開電子技術，是它讓我們的身邊這一切如此快捷方便，并且通過了這次模擬電子電路課程設計，我才了解到我們所學的知識只是原來是如此地貼近我們，它們就在我們身邊，在我們身邊或大或小的地方，而并不是我原先所想象的那樣遙不可及，總是好像在那種大房子里面的大器才會用到這些東西，感覺那些是科學家做的事情，對于我們來說是天方夜譚。而如今，我才知道了這一切。這次課程設計是我深刻認識到學好一門知識很難，做好一件事也很難，我們要想做好一件設計，一個產品，都離不開我們所學習的知識，一次，經歷這次課程設計我認為今后每個人都應該有更大動力學習本專業的知識，將我所學的知識來賦予實踐。參考文獻[1]康華光主編電子技術基礎?模擬部分[M].第四版，北京：高等教育出版社，2000[2]王愉節，竇勤耘編電子技術實驗指導[M].第一版，貴陽：貴州科技出版社，2004[3]彭軍主編實用電子技術[M].第一版，北京：科學出版社，2006[4]郝國法，梁柏華編電子技術實驗[M].第一版，北京：冶金工業出版社，2007[5]范秀香，模擬電子技術實驗指導書[M].第一版，北京：中國電力出版社，2015基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統基于51單片機的嵌入式Internet系統的設計與實現單片機監測系統在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統中TCP/IP協議棧的實現與應用單片機在高樓恒壓供水系統中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發基于MSP430單片機的遠程抄表系統及智能網絡水表的設計基于MSP430單片機具有數據存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設計基于單片機的氨分解率檢測系統的研究與開發HYPERLINK"/detail