电子技术应用课程设计报告.docx
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电子技术应用课程设计报告
课程设计报告
课程名称：
电子技术应用课程设计
设计题目：
数控音频放大器
专业班级：
电气101
设计者：
Leon
学 号：
1007300016
指导教师：
王晓
设计所在学期：
2012~2013年第一学期
微博：
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广州大学
机械与电气工程学院
二零一二年九月二十一日
（一）课程设计题目
数控音频放大器
（二）选题的目的和意义、课题选择的依据
数字音频放大电路还有其他很多显著优点，例如，转换速率高，瞬态响应特性好，中音和高音清晰、明亮、层次感好。
信号动态范围大，可达到95db以上。
现在有众多电脑、电视、音响等数字发音设备，所以数控音频放大电路是一种在市场上非常普遍的电子元器件。
传统的模拟控制音频功率放大器是一种用电位器来控制的放大器，并不能精确地调整音量，而且具有故障率高，不易与计算机、遥控器等数字电路接口等缺点，相比较起来，数字控制音频放大电路可以通过按钮精确调整音量，在市场上的应用越来越普遍。
（三）系统设计功能简介、本设计已实现的功能
该数控音频放大器可对MIC或其他信号源进行放大，供给耳机或者电脑音箱。
电路有0.3CM的单声道插头，以供信号源输入及输出。
放大器的放大倍数可以分级调节，通过按键进行选择，放大器分为8级，每级之间有级差，并且失真小，同时放大倍数在数码管上有显示。
（四）创新性、实用性和课题特点
数控音频放大器电路把数字电子技术和模拟电子技术的知识交汇在一起，反映了当今社会多学科的交叉，知识的融合。
对我们大学生来说，这就是我们学习的一个方向。
从设计电路图开始，学生就要翻阅以前课本，搜集关于一些芯片和连接线路等等之类的知识，以便做好电路图的设计。
从电路图的设计，到买零件，再到焊电路板，整个过程包含了很多知识要点。
学生在其中的参与就能够亲身体会的其中的要领。
这个课题的一个重要的特点就是能够一级一级地调整音量。
放大级数通过按压按钮的不同次数来实现。
（五）总体方案选择的论证
在电路图的设计早期，在防抖动装置中有两种选择，一个是74LS04当中的非门，另一个是利用555芯片。
然后我查阅了资料，发现555芯片的防抖动性能更好。
所以我选择了555芯片来作为我的防抖动感装置。
（六）系统框图
（七）总电路图
八系统实现的基本原理和电路原理
（1）
该电路为电源电路，从交流220V输入首先经过220V-18V变压器变压，再经过整流桥整流，输出直流。
然后用大电容与小电容组合成滤波电路，使电压波形较为平滑。
（2）
该电路为稳压电路，从电源电路出来的是平滑的电压波形，但是具有不稳定性，不能直接利用。
因此需要稳压IC来稳定输出电压，图中的电容为滤波电容。
参考稳压IC的数据手册，稳压IC需要配合相应的电容来使用。
（3）
该图为电源插口的指示灯电路，当透过稳压IC输出的电压输入到工作电路时，指示灯就亮。
图中电阻是限流电阻，具有分压保护LED灯的作用。
这些LED灯还有保护电路元件的作用，因为整合电路中有比较多的大电容，关闭电源时，电容放电有对电路元件造成损坏的危险，所以LED灯能及时消耗掉这些电能。
（4）
该电路图为电源地与运放地、功放地、数字芯片地的滤波电路。
电源地有谐波干扰，为使改谐波不影响到主电路，实行用磁珠将不同地滤波隔离。
独立出三个地，更能保障各个电路工作正常。
、、、、、、、、、、、、、
（5）
该电路为功放电路，电路中采用TDA2030A高保真功放芯片。
两个二极管（D3、D6）接在电源与输出端之间，是防止扬声器感性负载反冲而影响音质。
R4与C16是对感性负载（喇叭）进行相位补偿来消除自激的。
C9为输入级滤波电容，R1为下拉电阻，R6为反馈电阻，两个大电容（C1、C18）为电源稳压电容，用作稳定电源的输入。
该OCL电路供电未正负18V，输出功率约为20W。
TDA2030A虽然能在较低电压下运行，但如果供电功率不足，会导致饱和失真，直接影响音质，因此该芯片在供电功率充足的情况下，失真率小于0.005。
对应地喇叭要选取功率较大的型号（20W）。
（6）
该电路图未数字模拟开关，当有数字信号输入到Q0、Q1、Q2端时，对应的X？
通道就会与X端导通。
因此在X?
端各并入电阻，在某一端接通时，相当于从13端开始，各级串加电阻，直至接通口。
所以改芯片很适用于数字调阻电路，按如图接法，将3端与13端接入运放反馈电阻端，就能实现数字8级调控反馈电阻电路。
即能直接调节运放的放大倍速。
（7）
该电路未按键信号电路与抖动电路。
按键按下去时，会产生机械震荡，导致信号出入不稳定。
接入RC充放电电路，是为了稳定输入信号间隔在R*C=60ms左右。
这样就能比较有效地放抖动。
因为是要输出反相信号，所以选用反相器。
选用7414施密特反相器，是为了进一步防止电路抖动。
输出一个稳定的时钟信号。
（8）
该电路为计数电路，实行分级调节的主芯片。
74191为16进制加减计数器。
左边开关可以控制计数往加或减方向计数。
74191被接成计数状态，在时钟信号的作用下作计数操作，输出三个数字信号。
（9）
该电路未数字调级显示电路。
4511为数码管驱动芯片，工作在译码状态。
通过检测计数器输出端额三个数字信号来翻译相应驱动信号，通过输出七个电平信号来驱动数码管显示相应的数字。
数码信号输入端的电阻为限流电阻，保证数码在正常安全的状态下工作。
九单元电路的设计、参数计算和原件选择
1）本系统要是实现的是失真小、能带喇叭负载的音频放大电路所以在运放与功放选择方面，都选择了失真很小的元件，如NE5532有“音频运放之星”的称号，用它作为前级放大能保证音频信号得好很好的收集与放大；TDA2030A是HI-FI功放芯片，单个芯片能输出18W功率，且失真率很小，平常人是很难分辨出它输出音频与更高级芯片的区别。
但因为其工作功率比较高所以要加装较大的散热片。
电路运放反馈放大大小为：
Rf/R2=1-4倍
功放放大倍数：
R6/R5=22000/680=32.352倍
（2）电源的选择；因为运放与功放芯片要在供电功率足够的情况才能正常工作，且失真最小，因此电源供电一定要足。
所以变压器选用30AV、220V-18V的变压器，功放输出功率大概为15W-18W，加上芯片内部损耗大概为16W-20W左右。
电源选择主要是以功放为主来选择，因为其它芯片功耗总数只有2W左右。
因此20W+2W=22W，变压器为30W所以有8W裕度。
这样就能保证芯片与变压器都工作在稳定状态。
整流桥选择KBP206，该桥堆耐压600V，通过最大电流为2A。
符合供电功率要求。
滤波电容选择容值比较大的电容，四个2200uF对电压进行滤波，有着比较好的效果。
为使波形尽量平滑，再连续用较小的电容来辅佐滤波，使得波形得到很大的改善。
稳压芯片选用78系列、与79系列。
因为该芯片价钱低且，使用方便。
但是由于供电功率需要比较大，且78、79系列稳压IC工作最大电流都为1A。
因为P=IU，所以选用稳压输出电压大一些，会有效减少流过芯片电流，防止IC工作电流过大而发热过大，导致损坏。
即使选择稳压IC上合理，但电源IC都装上了散热装置。
（3）数控元件的选择；因为数码管与其驱动芯片，都是很常见的，即使不同型号，功能方面也是一模一样，使用方面也是大同小异。
所以数码管选择的是共阴数码管，驱动芯片选择4511。
计数器芯片选用74191，因为这个一个16进制计数芯片，芯片在计数状态下Q0、Q1、Q2端循环输出0-7二进制码。
对于8级调节利用起来比较方便。
加上该芯片有加减计数，这样有助于双向调节音量，更利于使用者使用。
开关芯片采用常用的4051，这个一个比较好用的低压模拟开关芯片，且工作稳定。
开关用的是指压四脚无锁开关，所以使用时会有机械震荡，会影响时钟信号的输入，所以选用RC充放电电路来延长信号输出时间，时间大约为R*C=2.2uF*30K=66mS这是一个比较折中的时间，这样还是不够，所以另外选用施密特反相器，能有效矫正输出波形。
稳定时钟信号。
（4）LED灯的选择；供电电压为5V与18V。
LED工作电流大概为20ma，所以5V端选用1.2K电阻来限流分压。
18V采用20K电阻来限流分压。
就算是电容放电时也能用效保护LED灯。
（十一）实施方案说明
一、前期工作准备：
首先上网查找各种关于数控音频放大器的资料，联合老师所发资料，用AltiumDesignerWinter09软件作图，画出电路原理图，根据原理图，又绘出电路接线图。
二、准备焊接材料：
根据接线图，购买材料。
三、制作过程：
第一个是防抖动电路单稳态触发的R、C选择，及决定按键脉冲识别时间。
第二个是“跳线”问题，因为无论是从背面引线还是正面用杜邦线连接都会造成容易短路，所以选择零电阻很可靠。
四、调试过程
电路板焊接完成后，第一步进行与原理图的对比，防止多连、漏连、短路。
第二步，用万用表进行导通测试，看各个芯片的高低电平是否都接到供电和地，芯片之间的连接是否正确。
第三步上电，测各个模块的芯片引脚电压，看是否达到工作状态。
注意：
在焊接过程中必须注意是否有虚焊，漏焊或者多焊导致短路。
（十二）系统运行的结果和现象
接上电源、音频输入、音频输出之后，统运行时，未插入音频输入时，有较大电流声。
插入后几乎听不见。
，电子管显示数字“0”，喇叭发声；按动开关，电子管会从“0”按自然数列显示到“7”，声音也随数字增大而增大。
如果固定好喇叭，则声音变得浑厚。
运行大概30分钟后，变压器与功放芯片均明显感觉有热感，再过30分钟后，温度基本上稳定。
、测试过程中，主要使用的是万能表。
系统基本上工作正常。
（十三）元器件列表清单
音频线
1
1uf电容
4
电线
若干
220uf电容
2
数字显示管
1
LM386
1
CD4051
1
LM324N
1
74191
1
CD4518B
1
CD4511BC
1
音频接口
1
100欧电阻
7
按钮
1
10千欧电阻
10
喇叭
1
10uf电容
3
电池盒
1
0.047uf电容
1
电池
4
芯片槽
6
系统的用户使用方法指南
首先，应先连接好喇叭与音频线。
检测没有其他东西导致电路短路时候就可以插上电源，在播放前应先将音量降到最低。
使用时，应放置在宽阔的地方，方便散热，可以的话，用风扇辅佐散热。
关闭时，应先关闭电源开关。
（十五）问题讨论
随着音量的增大，音质越来越差，噪音越来越多，失真越来越明显。
希望能够了解到更多的放大元件，能够改进失真情况。
本系统为单声道播放，所以在进一步发展上应加上令一个声道，但是这样就要加大供电功率，电源部分就要更改。
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