1、模擬電子技術基礎課程設計報告設計題目：音響系統的設計學院：物理與電子信息學院專業：班級：姓名：學號：指導老師：日期:目錄一、設計任務和要求3二、設計目的3三、設計背景4四、設計方案論證4五、設計過程41、系統框圖42、詳細子電路設計4（1 ）、電源電路5（2 ）、語音放大電路5（3 ）、前置混合放大電路6（4 ）、音調控制電路7（5 ）、音量控制電路7（6 ）、功率放大電路83、設計總原理圖10六、設計結果11七、設計總結13八、參考文獻13歡迎下載2一、 設計任務和要求(1) 、設計一個至少包括前置放大、音調控制、音量控制、功率放大4 級電絡的音響系統。(2) 、根據設計指標和設計要求，詳細

2、分析各單元電路的設計過程，逐級設計各單元電路，畫出單元電路原理圖，分析主要元器件的選擇依據。(3) 、設計各單元電路的實現、調試、測試方案和實驗數據記錄表格，完成單元電路測試。分析各單元電路的測試數據和輸入、 輸出波形是否滿足設計要求。(4) 、根據前面的設計分析畫出系統設計框圖或系統設計流程圖。(5) 、根據系統設計框圖逐級級聯各單元電路，每增加一級電路，必須先測試并檢驗級聯后的電路是否滿足設計要求。如果級聯后的電路可以滿足設計要求，方可繼續級聯下一級電路 ; 如果級聯后的電路不能滿足設計要求，則必須先定位問題所在點， 完成糾錯后方可繼續級聯下一級電路。 否則，一旦系統電路出現故障，將很難查

3、。(6) 、設計系統電路的測試方案和實驗數據記錄表格，測試系統電路的實驗數據和輸入、 輸出波形，詳細分析系統電路的測試數據和輸入、 輸出波形是否滿足設計要求。(7) 、用計算機輔助電路設計軟件( 如 Multisim 、Altium Designer等) 畫出電路原理圖。(8) 、詳細分析在電路設計過道中遇到的問題，總結并分享電路設計經驗。二、 設計目的設計一個音響放大系統，使之符合以下設計指標：語音放大級輸入靈敏度：5mV。當負載 RL=10，供電電壓 Vcc=12V 時，功率放大器最大輸出功率不小于 5W。歡迎下載3頻率響應范圍： 20Hz-20KHz。音調控制：低音 100Hz20dB，

4、高音 15kHz20dB。三、 設計背景音響系統是人們日常生活中最為常用的電子系統，在很多電子產品中都會用到，如手機、電視機、筆記本電腦、車載音響、專用音響等。不同的音響系統性能差別很大，價格也相差懸殊，人們可以根據需要，選擇適合自己的音響系統。四、 設計方案論證五、 設計過程1、系統框圖音響系統主要包括話筒（ MIC）。語音放大電路、前置混合放大電路、音調控制電路、功率放大電路、音響等，其框圖如下圖1 所示;圖 12、詳細子電路設計歡迎下載4（1）、電源電路為設計電路方便， 音響系統的電源電路不要求學生單獨設計， 實驗時，可以直接使用實驗室提供的直流穩壓電源。但實驗室提供的直流穩壓電源是對2

5、20V/50Hz 市政交流電進行整流、濾波、穩壓后得到的，直流電源中含有 50Hz 電源噪聲和其他噪聲，為了抑制由電源噪聲和電路連接過程引入的干擾， 實驗時，應對直流穩壓電源按圖 2 處理后，再送給音響系統供電， 以減小因噪聲干擾而引起自激振蕩的概率。在圖 2 所示電路中，應先對正、負電源分別做濾波處理后再給功率放大電路供電。并且，還應對功率放大電路的供電電源做去耦、濾波處理后，再送給前級小信號電路使用，以削弱功率放大電路的噪聲對前級小信號電路所造成的影響。在圖 2 所示電路中， C2、 C4、C6、C8 應選用幾十微法至幾百微法的鋁電解電容； C1、C3、 C5、C7 應選用幾百皮法至幾萬皮

6、法的瓷片電容或獨石電容。具體選用的電容值可以根據噪聲情況確定，也可以通過實驗的方法觀察得到。使用不同容值的電容器進行濾波的目的是分別濾除電源中的高頻噪聲和低頻噪聲。圖 2（2）、語音放大電路集成運算放大器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低， 工作狀態穩定等優點， 因此本實驗推薦使用集成運算放大器設計語音放大電路。語音放大電路的主要作用是不失真地放大來自話筒（MIC）的輸出信號。實驗室可以提供的話筒大多是電容式駐極體話筒，因此本實驗以駐極體話筒為例介紹語音放大電路的設計，其電路原理圖如圖3 所示。在圖 3 所示的語音放大電路中，采用的是雙電源供電方式。外接電源 +Vcc1 通過電阻 R4給駐極體話筒提供

7、直流偏置，并通過電阻 R4調節。通過上式可知， 如果 C3選擇過小， 系統下限轉折頻率會較高； 如果 C3 選擇過大， RC值較大，接通電源的瞬間，需要對電容進行充電，電壓上升速率變慢，歡迎下載5系統響應時間會變長。圖 3對于音頻信號，電容 C3 的容抗較小，相對于電阻 R1、R2 的阻抗，電容 C3 的容抗可以忽略不計，因此計算語音放大電路交流電壓放大倍數時可以將其忽略。圖 3 所示為同相比例放大電路，其交流電壓放大倍數為：Vo1R2AV1Vi1R1選取電阻值時，應先確定反饋電阻 R2 的組織。電壓放大時，因受器件單位增益貸款的限制，反饋電阻 R2 不宜選擇過大；同時考慮輸入失調的影響，反饋

8、電阻和輸入電阻的阻值也不宜選擇過小。 通常反饋電阻可以選用幾十千歐姆至幾百千歐姆阻值的電阻。電阻 R1 應根據反饋電阻和電壓放大倍數計算得到。實際使用時，應盡量選用最接近于增益設計要求的標稱電阻。電阻 R3 是靜態平衡電阻，可以根據集成運放的靜態平衡原則計算得到。電解電容的耐壓值應根據所使用的電源電壓來確定。 工程設計要求電容的耐壓值應高于電源電壓， 并且還要給出一定的設計裕量， 以保證系統可以長期穩定工作。（3）、前置混合放大電路前置混合放大電路的主要作用是將經語音放大電路后的輸出信號與播放機歡迎下載6輸出的音樂信號Vi2 混合并放大后，送給下一級音調控制電路進行處理。受增益帶寬積的限制，

9、為保證前置混合放大電路有較寬的通頻帶， 前置混合放大電路的電壓增益不宜設置過高，否則在帶寬范圍內容易引起波形失真。圖 4 所示為用集成運算放大器設計的前置混合放大電路。前置混合放大電路的主要作用是將兩路輸入信號Vo1 和 Vi2 進行放大并疊加。兩路輸入信號分別來自語音放大電路的輸出信號Vo1 和播放機的輸出信號Vi2 。如果選用電阻R1=R2=R,則總的輸出電壓Vo2為：Vo 2Rf Vo1 Rf Vi 2Rf (Vo1 Vo2 )R1R2R如果前級沒有設計語音放大電路，則前置混合放大電路的輸出可以簡化為：在圖 4 中，電容 C1、C2、 C3是輸入、輸出耦合電容，其電容值可以根據前面介紹的

10、設計分析選取。 選取前置混合放大電路的電阻值時， 也應該先確定反饋電阻 Rf 的阻值，然后根據電壓放大倍數計算得到輸入電阻 R1、R2 的阻值。電阻R3是靜態平衡電阻，可以根據集成運算放大器靜態平衡原則計算得到。（ 4）、音調控制電路（ 5）、音量控制電路按音量控制對象不同， 音量控制電路可以分為電壓式和電流式兩種。 當音量控制電路的前一級電路的輸出阻抗較高， 后一級電路的輸入阻抗較低時， 為了能有效地傳遞有用信號， 應選用電流式音量控制電路。 當音量控制電路的前一級電路的輸出阻抗較低，后一級電路的輸入阻抗較高時， 應選用電壓式音量控制電路。負反饋式音調控制電路輸出阻抗較低， 功率放大器的輸入

11、阻抗較高， 因此本實驗建議采用電壓式音量控制電路來實現音量控制。圖所示為用電位器 Rp3和電阻 R5并聯實現的信號衰減法電壓式音量控制電路。通過改變電位器 Rp3可調端的位置來改變輸入信號的衰減量， 即通過歡迎下載7改變功率放大電路輸入信號的幅值來改變聲音信號的強弱， 以實現音量控制。 圖中輸出端的電壓跟隨器用于隔離功率放大器與前級電路， 以緩解功率放大電路噪聲對前級電路的影響。聲音信號的強度與響度不是線性關系， 而是近似對數關系， 即聲音信號的強度每增加 10 倍，人耳所能感覺到的響度只增加一倍。 為了符合人耳的聽覺習慣，設計音量控制電路時， 應采用電阻值按指數規律變化的電位器來實現， 但考

12、慮到設計成本，本實驗推薦采用圖所示的電位器 Rp3與電阻 R5 并聯的輸出電壓信號近似按指數規律變化的音量控制電路。在圖所示的音量控制電路中，輸入信號和輸出信號的關系為：R1 / / R pbVo4Vo3RpaR1 / / Rpb式中， Rp3=Rpa+Rpb。在圖所示電路中，當改變線性電位器Rp3可調端的位置時，在音量控制電路的輸出端可以得到近似按指數規律變化的輸出電壓 Vo4。輸出電壓 Vo4 的大小是由電位器 Rp3的電阻值、 Rp3可調端的位置和 R5的電阻值共同決定的。當電位器 Rp3 選用標稱值為 47k的電位器，電阻 R5 分別選用標稱值為 2k 、 3k、 4.3k 、 5.1

13、k 、 6.2k 、 7.5k 和 8.2k 的電阻值時，在音量控制電路的輸出端可以得到圖所示的輸出電壓變化曲線。其中，橫坐標是電位器 Rp3中 Rpb 部分電阻與電位器總阻值的比值； 縱坐標是輸出電壓Vo4 與輸入電壓 Vo3 的比值。由圖可知，將線性電位器與電阻并聯，調節電位器可調端的位置，可以實現輸出近似按指數規律變化的輸出電壓曲線，得到的聲音響度適合人耳變化規律要求的聲音信號，滿足人耳聽覺習慣，實現適合人耳需要的音量控制。（6）、功率放大電路功率放大電路的主要作用是放大來自音量控制電路的輸出信號，將音頻輸入信號進行功率放大并推動音箱發聲。與前面小信號放大電路不同， 功率放大電路處理的是

14、大信號，容易引入噪聲，產生非線性失真，引起自激振蕩。功率放大電路應具有一定的輸出功率，其輸入阻抗能與前一級音量控制電路歡迎下載8的輸出阻抗匹配；其輸出阻抗能與后一級揚聲器負載匹配，否則將影響放音效果。功率放大電路種類繁多， 實現方法多樣。本實驗以集成功率放大器 TDA2030A 為例，介紹一下 TDA2030A雙電源供電方式下的典型應用電路， 如圖所示。在圖中，電阻 R1、R2 是閉環增益調節電阻， 主要用于調節功率放大器的放大能力。在選取電阻 R1、R2 的阻值時，應參考生產廠家提供的產品數據手冊確定。圖電容 C1 是負反饋隔直電容，其容值應根據系統的下限截止頻率和電路響應時間確定。電容 C

15、8 是輸入耦合電容，其容值應根據待處理信號的頻率范圍和功率放大器的輸入阻抗確定。電阻 R3 是靜態平衡電阻，其電阻值可以根據靜態平衡原則計算得到。電容 C2、C3 和 C6、C7 是濾波電容，即電源電路圖中的濾波電容 C6、 C5 和 C2、C1，主要用于濾除電源中的低頻噪聲和高頻噪聲，其電容值應根據電路噪聲的具體情況確定。用 TDA2030A設計功率放大電路時， 應考慮在 TDA2030A的輸出端加上保護電路，以防止功率放大器瞬間輸出高壓脈沖而損壞功放器件。在圖中，二極管 VD1、VD2是過壓保護用二極管。 當電路正常工作時，二極管 VD1、VD2不起作用，相當于開路。當功率放大器的輸出端有

16、較強的正脈歡迎下載9沖出現時，二極管VD1 導通；當功放的輸出端有較強的負脈沖出現時，二極管VD2 導通?？傊?，在功率放大器的輸出端有高壓脈沖出現時，二極管VD1、 VD2可以將輸出電壓鉗位到功率放大器允許的輸出范圍內，以達到保護功率放大器TDA2030A的目的。在面包板上調試實驗電路時， 因功率二極管的引腳較粗， 不宜插接， 并且在實驗調試過程中，二極管 VD1、VD2的保護作用并不明顯，因此，在實驗室條件下，如果是在面包板上調試用 TDA2030A設計的功率放大電路，則二極管 VD1、VD2可以不接。由于揚聲器是感性器件， 當流經揚聲器的電流發生變化時， 會產生較高的反向電動勢，該反向電動

17、勢對功率放大器有極強的破壞作用。 為了能緩解揚聲器反向電動勢的破壞作用，在圖中， TDA2030A的輸出端設有電阻 R4 和電容C4組成的補償電路。 補償電容 C4的容性阻抗可以補償寄生在揚聲器中的感性阻抗，使總的負載表現為純電阻特性， 以防止因揚聲器的反向電動勢過高而擊穿功率放大器件。與補償電容串接的補償電阻 R4 主要用于降低因寄生電感和補償電容引起高頻自激振蕩的概率。3、 設計總原理圖經過合適的元器件參數選擇和上述子電路的結合，可以得到以下電路原理圖：歡迎下載10VEE-12.0VR6R34U1B100k C11U1A5C54U1CR112C36k 722FC210k R561F1R71

18、0k 310F1LM324AD100k R81話筒 10F4LM324ADC4R48k 輸入線路XBP1XFG1R210k VCC輸入10F9k 12.0VCOMINOUT108R99800 LM324ADC610.01 F1R10100k 50 %4U1D12Key=A14LM324AD高音13VCC調整112.0VC714U2A0.015 FR15C1031R114U2B50k 10F2C1151.2k 50 %71LM324ADKey=C110F61LM324ADVEE1R16-12.0VVCC5.1k C8C912.0V0.015 F0.015 F5U3R13R141411k 低音R1211k 2XSC1調整100k 50 %Key=BR20R21R173TDA2030VEE10822k Ext Trig+-12.0VC12R18R19C130.01 F_A B+ _+_680