1、電子技術課程設計任務書設計課題：音響放大器設計專業班級：白動化1106學生姓名：詫超學號：202104134211指導教師：劉瓊設計時間：2021年6月20日音響放大器設計一、任務與要求設計一音響放大器，要求具有話筒擴音、混合前置放大、音調輸出控制、音量控制，功率放大等功能。各級主要作用話音放大級：話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號。混合前置放大級：將磁帶放音機輸出的音樂信號與電子混響后的聲音信號混合放大。音調控制放大級：主要是控制、調節音響放大器的幅頻特性，音調控制器只對低音頻與高音頻的增益進行提升與衰減，中音頻的增益保持0dB不變。功率放大級（簡稱功放）：給音響放大器的負載（揚聲器）提

2、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。條件+VCC=+9V,話筒（低阻20）的輸出電壓為5mV,錄音機的輸出信號電壓為100mV。電子混響延時模塊1個，集成功放LA41021只，8/2W負載電阻RL1只，8/4W揚聲器1只，集成運放LM3241只或mA7413只主要技術指標額定功率Po>1W（<3%）;負載阻抗RL=8;截止頻率fL=40Hz,fH=10kHz;音調控制特性：1kHz處增益為0dB,100Hz和10kHz處有±12dB的調節范圍，AVL=AVH>20dB;話放級輸入靈敏度5mV;輸入阻抗

3、Ri>>20設計過程整機電路由話音放大器、混合前置放大器、音調控制放大器、功率放大器組成，根據各級的功能及技術指標要求分配電壓增益，分別計算各級電路參數，通常從功放級開始向前級逐級計算，根據技術指標要求，音響放大器的輸入為5mV時，輸出功率大于1W,那么輸出電壓Vo>=2.8V。總電壓增益Av2=Vo/Vi>560倍（55dB）。各級放大倍數如下列圖所示：話放級混放級音調級功放級18.5dB9.5dBdB29.5dBAv=612彳t(56dB)二、設計與論證方案一：話音放大級、混合前置放大級、音調控制放大級各用一個UA741,功率放大級用LA4102。方案二：話音放大級

4、、混合前置放大級、音調控制放大級共用一個LM324功率放大級用LA4102。由于多級放大各級信號會互相產生干擾，合理布線，把級與級間的距離拉大是減小信號干擾的好方法，此時方案一是個不錯的選擇，但每一級各用一個UA741電路元件增多，電路板面積就會增大，不但不美觀也不經濟。方案二中LM324是四運放集成電路，電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉、放大效果好，話音放大級、混合前置放大級、音調控制放大級共用一個LM324電路元件少，占用電路板面積小，不僅美觀而且經濟。三、電路設計與參數計算1、話音放大級由于話筒的輸出信號一般只有5mV左右，而輸出阻抗到達20kQ（亦有低輸出阻抗的話筒如

5、20Q,200Q等），所以話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號（最高頻率到達10kHz）。其輸入阻抗應遠大于話筒的輸出阻抗。電路原理圖，電壓放大倍數Av僅由外接電阻R11和R12決定：Av=1+R12/R11仿真圖如下:輸入波形輸出波形2、混合前置放大級Av=一V1R22/R21+V2R22/R23乙C21話Bvi1R2110K10uFC23錄i機Ui1jR2330K10uF根據整機增益分配可知，要使話筒與錄音機輸出經混響級后的輸出根本相等，要求R22/R21=3,R22/R23=1,所以選擇R22=30K,R21=10K,R23=30K耦合電容C21、C22,C23采用10uF的極性電容。

6、3、音調控制器常用的單調控制電路有三種：1衰減式RC音調控制電路，基調范圍較寬，但容易產生失真；2反應型電路，具調節范圍小一些，但失真小；3混合式音調控制電路，其電路較復雜，多用于高級收錄機中。為了使電路簡單、信號失真小、我們采用反應型音調控制電路。反應型音調控制電路原理圖如下：*VoAf=-ViZfZi化。假設Zi和Zf包含的RC元件不同,可以組成四種不同形式的電路，如下列當信號頻率不同時，Zi和Zf的阻抗值也不同，所以Af隨頻率的變化而變圖所示ViV iD在圖A中，可以得到低音的提升；在圖B中可以得到低音衰減；在圖C中可以得到高音的提升；圖D中可以得到高音的衰減。音調控制器只對低音頻與高音

7、頻的增益進行提升與衰減，中音頻的增益保持0dB不變。因此，音調控制器的電路可由低通濾波器與高通濾波器構成。將這四種電路形式組合在一起就可以得到一個完整的反應型音調控制電路，如下列圖所示rp2圖1音調控制器主要是控制、調節音響放大器的幅頻特性A v /dB20dB/10倍頻20171720f L1表小低首頻轉折頻率,音頻轉折頻率；f0等于一般為幾十赫茲；fL2（等于10fL1）表示低音頻區的中1kHz表示中音頻率，要求增益AV0=0dB;fH1表示高音頻區的中音頻轉折頻率；fH2(等于10fH1)表示高音頻轉折頻率，一般為幾十千赫茲。圖1中RP1是為低音調節，RP2為高音調節，通過運放LM324

8、的負反應,實現高音和低音最大正負20dB調節。功能說明(1)對于低頻區，等效電路圖為(a)圖a為當RP1的滑臂在最左端低頻時，對應于提升最大的情況；圖b)為當RP1滑臂在最右端時，對應于低頻衰減最大的情況，分析說明，圖(a)所示電路是一個一階有源低通濾波器，其增益函數的表達式為式中，Aj”BPL21(j)/2Qi)ViRi1(j)/1當f<fL1時，C2可視為開路，運算放大器的反向輸入端視為虛地，R4的影響可以忽略，此時電壓增益在£=11時，因為fL2=10fL1,故可由式得AVLRP1R2/R1模Av1(RP1R2)/J2R1此時電壓增益相對AVL下降3dB在£=1

9、2時，由式（11）得AV2模AV2此時電壓增益相對AVL下降17dB。RP1R21jR1110j叫0.14AvlR110低音電大提升量為AL同理可以得出圖（b）所示電路的相應表達式,其增益相對于中頻增益為衰減量，最大衰減量為ALmLn-Rp-R2對于高頻區，C1、C2可視為短路，作為高通濾波器，等效電路為r-Tnm3(c)(d)圖（c）為RP2的滑臂在最左端時，對應于高頻提升最大的情況；圖（d）為RP2的滑臂在最右端時，對應于高頻衰減最大的情況。RbRa分析說明，圖（c）所示電路為一階有源高通濾波器，其增益函數的表達式為A(jVoVi式中,1/RaR3 C3 或 fH1Rar3 c3當 f&l

10、t;fH1在 f=fH13C 3 或1/R 3C 3< 3時，C3視為開路，此時電壓增益時，因 fH2=10fH1AV0=-1(0dB)VoV i得 A V3V0此時電壓增益AV3相對于AV0提升了 3dB。在f=fH2時,此時電壓增益時電壓增益:10a12AV0AV4相對于AV0提升了17dB。當f>fH2時，C3視為短路，此Avh=（Ra+R3）/R3。同理可以得出圖（d）所示電路的相應表達式,其增益相對于中頻增益為衰減量。根據音響放大器的設計技術指標,要使AVL=AVH>20dB,結合AVL的表達式可知，R1、R2,RP1不能取得太大，否那么運放漂移電流的影響不可忽略，

11、但也不能太小，否那么流過它們的電流將超出運放的輸出能力。一般取幾千歐姆至幾百千歐姆，RP1最大只能取470K,R1、R2取47K,那么AvL=(RP1+R2)/R1=11(20.8dB),C=1/2TtRP1fL1=0.008uF,取標稱值0.01uF,即C31=C32=0.01uF又R1=R2=R4=4%哪么Ra=3R4=30k,R3=Ra/10=13k.C3取470pF,由于在低音時，音調控制電路輸入阻抗近似為R1,所以級間耦合電容可取C1=C2=10uF。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

12、，輸出信號的非線性失真盡可十匕*LA41CKJmFKRRCF與內部電阻R11組成交流負反應支路，控制功放級的電壓增益AVFR11/RfR11/RF由其內部電路知R11=20K按性能指標AVF=30ts所以RF應取650Q。CB為相位補償電容。CBS小，帶寬增加，可消除高頻自激。CB一股取幾十皮法至幾百皮法。C&JOTL電路的輸出端電容，兩端的充電電壓等于VCC/2,CC一般取耐壓值遠大于VCC/2的幾百微法的電容。CD為反應電容，消除自激振蕩，CD一般取幾百皮法。CHfe自舉電容，使復合管T12、T13的導通電流不隨輸出電壓的升高而減小。C3C4可濾除紋波，一般取幾十微法至幾百微法。C

13、2為電源退耦濾波，可消除低頻自激。綜合有關資料可按下面電路圖中各元件的參數選擇各元件參數。但在本組的調試過程中發現單級電路調試時的技術指標較容易到達，但進行級聯時，由于級間相互影響，可能使單級的技術指標發生很大變化，甚至兩級不能進行級聯。產生的主要原因：由于功放級輸出信號較大，對前級容易產生影響，引起自激。集成塊內部電路多極點引起的正反應易產生高頻自激，加強外部電路的負反應予以抵消，可以在13腳與14腳之間加0.15uF的電容，或減小CD的值。而增大C42可以更好也消除低頻自激。經本小組的調試最終的電路原理圖如下總電路原理圖五、安裝與調試合理布局，分級裝調音響放大器是一個小型電路系統，安裝前要

14、對整機線路進行合理布局，一般按照電路的順序一級一級地布線，功放級應遠離輸入級，每一級的地線盡量接在一起，連線盡可能短，否那么很容易產生自激。安裝前應檢查元器件的質量，安裝時特別要注意功放塊、運算放大器、電解電容等主要器件的引腳和極性，不能接錯。從輸入級開始向后級安裝，也可以從功放級開始向前逐級安裝。安裝一級調試一級，安裝兩級要進行級聯調試，直到整機安裝與調試完成。由于學校設備有限制，動態調試受限制，現只做靜態調試，做法如下：用萬用表測該級輸出端對地的直流電壓。話放級、混合級、音調級都是由運算放大器組成的，具靜態輸出直流電壓均為VCC/2,功放級的輸出（OTL電路）也為VCC/2,且輸出電容CC

15、兩端充電電壓也應為VCC/2。承派小電容相并聯。滿狐殍時的技指標'易歹達,4進行夫時.由于級1相互可能使單讖屋指標發生很大變彳M甚至兩級不能進彳務立產生的主要原M由于功放級輸出信號較大，對前級容易產生影響，引起自激。集成塊內部電路多極點引起的正反應易產生高頻自激，常見高頻自激現象可以加強外部電路的負反應予以抵消，如功放級腳與之間接入幾百皮法的電容，形成電壓并聯負反應，可消除疊加的高頻毛刺。常見的低頻自激現象是電源電流表有規那么地左右擺動，或輸出波形上下抖動。產生的主要原因是輸出信號通過電源及地線產生了正反應。可以通過接入RC去耦濾波電路消除。六、功能試聽卡拉OK伴唱：音機輸出卡拉OK1

16、帶歌曲，手握話筒伴隨歌曲歌唱，適當控制話音放大器與錄音機輸出的音量電位器，可以控制歌唱音量與音樂音量之間的比例，調節混響延時時間可修飾、改善唱歌的聲音。電子混響效果：電子混響器模塊按圖接入。用手輕拍話筒一次，揚聲器發出屢次重復的聲音，微調時鐘頻率，可以改變混響延時時間，以改善混響效果。話音擴音：低阻話筒接話音放大器的輸入端。應注意，揚聲器輸出的方向與話筒輸入的方向相反，否那么揚聲器的輸出聲音經話筒輸入后，會產生自激嘯叫。講話時，揚聲器傳出的聲音應清晰，改變音量電位器，可控制聲音大小。七、結論與心得通過這次的模電課程設計，很大程度上掌握了音響放大器的根本設計方法和設計原理，對LM324的幾種根本電路有了更深刻的認識和印象，并且掌握了一定的多級放大電路設計和調試的經驗。同時也發現自己在模擬電路這一門課學習的缺乏之處，還要加強這門課的學習。經過了一個多月的努力，終于把這個設計完成了。雖然有比擬多的復雜運算過程，但總的來說，這樣的設計真的有點超出了我們可以目前所學了。做設計之前在網上，圖書館找了好幾天的資料，幸好我們也學PROTEL99SE軟件，計算局部也參考了很多的書，但有的元件的參數還是不明白為何設成這樣，只好參考經典值。單元電路的每一局部都經過比擬認真的考慮，比擬了很多類似的電路，也參考了很多書，做完之后