北邮数电实验扩音机电路的设计与实现.docx
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北邮数电实验扩音机电路的设计与实现
实验报告
科目：
电子电路测量实验
课题：
扩音机的设计与实现
学院：
电子工程学院
班级：
2012211209
学号：
2012211063
班号：
7
姓名：
；张克寒
简易扩音机的设计与实现
目录简介
一、摘要
二、关键词
三、设计任务要求
四、设计思路
五、总体框架图
六、分块电路与总体电路设计
七、实现功能及扩展
八、电路故障及问题分析
九、元器件及测试仪表清单
一十、软件仿真原理图及结果：
一十一、总结和结论
简易扩音机电路的设计与实现
一、摘 要:
扩音机电路是把微弱的声音信号放大成能推动扬声器的大功率信号，主要由运算放大器和集成音频功率放大器构成。
电路结构分为前置放大，音调控制，功率放大三部分。
前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声要小，音调控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率，要求效率高，是真尽可能小，输出功率大。
二、关键词:
扩音机电路;前置放大;音调控制;功率放大。
三、设计任务要求：
a）设计实现一个具有放大能力的扩音机。
设计指标及给定条件为：
（1）最大输出功率不小于2w
（2）负载阻抗为8
（3）具有音调控制功能，即用两个点位期分别调节高音和低音。
当输入信号为1KHz时，输出为0dB；当输入信号为100Hz时，调节低音电位器可以是输出功率变化+12dB；当输入信号为10KHz时，调节高音电位器也可以是输出功率变化+12dB。
（4）输出功率的大小连续可调，即用电位器可调节音量的大小。
（5）频率响应:
当高、低音调电位器处于极不提升也不衰减的位置时，-3dB的频率范围是80HZ-6KHZ，即BW=6KHZ。
（6）输入断短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mv，直流输出电压不超过50mv，静态电源电流不超过100mA。
b）利用相关软件绘制完整电路图，及印制电路板。
四、设计思路：
前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小，音控调制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。
设计时首先根据技术指标得要求，确定各级增益分配，然后对各级电路进行具体设计。
因此，扩音机中各级增益分配为：
前置放大电压放大倍数100，音调控制中电压放大倍数为1，功率放大级电压放大倍数8。
1.前置放大电路
由于话筒提供的信号非常微弱，一般在音调控制器前面加一个前置放大器。
考虑到的合计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器LF353.LF353是一种双路运算放大器，属于高输入阻抗低噪声的集成器件。
2.音调控制器是通过电阻电容网络的选频作用来实现音调控制的。
输入信号分成两路送到放大器的输入端，一路对低频信号具有选择和调节作用，用大电容实现，另一路对高频信号具有选择和调节作用，用小电容实现。
3.根据对输出功率的波形和功率的要求，选用TDA2030A型单片集成功率放大电路，其主要特点是a、上升随率高，瞬态互调失真小；b、输出功率比较大c、外围电路简单，使用方便；d内含各种保护电路，工作安全可靠。
五、总体框架图：
功率放大
音调调控
前置放大
话筒输入
扩音机工作原理图
六、分块电路和总体电路的设计：
1、前置放大电路
前置放大电路分为两级放大电路。
第一级前置放大电路的增益为：
1+R5/R6=11，取R5=100K，R6=10K。
其中在负反馈端R5上并联了一个100uF的大电容，目的是为了使电路对低频信号有一个更好的放大作用，输出的信号质量。
取Au2=11，同样R8=100k,R9=10。
耦合电容C1、C3与C5取10uf，C4取100以保证扩音电路的低频响应。
其他元件C2=100pf,R4=R5=100K，R10=22k。
电路图如下图所示：
2、音调控制电路
音调调制器的功能是：
根据需要按一定的规律控制、调节音响，更好的满足人耳的听觉特性。
一般的音调控制器只对低音和高音的增益进行提升和衰减，而中音信号的增益不变。
音调控制的关键是电阻电容网络的选频作用。
输入信号是分成两个之路送到放大器的输入端。
一条是经R11、RP1、C6、R13到输入端，并经过C7、R12到输出端形成负反馈。
另一条是经过RP2、R14、C8到输入端，这两条支路的电容容量相差很大，C6、C7容量大，对低频信号影响大，C8容量小对高频信号起作用。
电路图如下所示:
1）中频段时大电容C6、C7视为短路，小电容C8视为开路其等效电路为此事的放大倍数为-R12/R11=-1.
2）低频时C8可视为是开路，RP1调结时，在两种极限情况下的等效电路，信号频率越低，则随着容抗的增大增益越大，随着RP1的滑动端从左到右移动，增益有大变小，也就是说调节PR1能改变低音的放大倍数，产生提升和衰减的效果。
3）、高频段时，C6、C7可视为短路，调节Rp2可使高音的放大倍数得到提到横和衰减。
Rp1做低音音控制，RP2做高音音控制。
Rp1旋到A点时低音提升，旋到B时低音衰减。
Rp2旋到C点时高音提升，旋到D点时高音衰减，为了使电路获得满意性能，具备下列条件：
1）信号源的内阻不大。
2）用来实现音调控制的放大电路本身有足够高的开环增益。
3）C6、C7的容量要适当，其容抗跟有关电阻相比，在低频时足够大，在中、高频时又足够小。
4）Rp1、RP2的阻值远大于R11、R12、R13、R14。
4、功率输出级的设计：
此级电路是最后一级的功率放大电路，此电路用的是TDA2030最基本的一个功率放大电路，其主要特点是：
a、上升频率高、瞬态互调失真小；b、输出功率大，单片可达18W；c、外围电路简单，使用方便；d、采用5脚单列直插的封装形式，体积小；e、内含各种保护电路，工作安全可靠。
电路图如下所示:
扩音机作为一种扩音装置，不仅是厅堂扩音设备、有限设备的主机，也是家用音响的核心部件，用途广泛，且设计思路清晰。
本文主要是介绍用简单的运算放大电路和集成功率放大电路实现一个小型扩音机功能。
此扩音设备的作用是把从话筒、录放卡座、CD机送出的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号，扩音机实际上是个音频放大器。
七、实现功能说明及扩展：
1、基本功能实现：
（1）最大输出功率2、53w
（2）负载阻抗为8
（3）具有音调控制功能，即用两个点位期分别调节高音和低音。
当输入信号为1KHz时，输出为0dB；当输入信号为100Hz时，调节低音电位器可以是输出功率变化+12dB；当输入信号为10KHz时，调节高音电位器也可以是输出功率变化+12dB。
（4）输出功率的大小连续可调，即用电位器可调节音量的大小。
（5）频率响应:
当高、低音调电位器处于极不提升也不衰减的位置时，-3dB的频率范围是80HZ-6KHZ，即BW=6KHZ。
（6）输入断短路时，噪声输出电压的有效值不超过6.3mv，直流输出电压不超过32mv，静态电源电流不超过100mA。
2、主要测试数据及方法：
1）将第一级电路输入端断开接交流电源，且与第二级断开，用示波器显示输入输出波形，调节R5/R6与R8/R使放大倍数为100倍，最终测试值为120倍。
2）整体电路测试，将三级电路连接好测试最终波形，通过示波器得出输入输出波形反向且放大，最大放大不失真倍数将近1000倍。
3）在中频段波形不失真情况下，调节Rp1至输出电压最大，在负载两端并接入电压表，测试
=4.5V，负载电阻8
，从而
=
/R=2.53W
4）当输入信号为100Hz时，调节低音电位器在不失真情况下输出功率变化+12dB；当输入信号为10KHz时，调节高音电位器在不失真情况下输出功率变化+12dB。
5）将输入端短路，测试输出电压，整理电路板减少噪声，调节Rp1使输出电压小于10mv，最终测量值为6.3mv
3、扩展部分—文献阅读（电路板未完成，摘自“扩音机功放电路的改进研究--涂有超1,刘道华1,贾卉彩2”）：
其他功率输出电路
功放电路的工作原理
正常工作时,开通电源,发光二极管和继电器有电流流过,指示灯亮,同时,继电器动作,吸合电键1没有输入信号时,两组晶体管T1～T4和T5～T8的基极都处于零偏置情况,变压器次级线圈中没有感应电压,负载中没有电流1推动级有输出信号ui时,先经变压器进行倒相1在ui的正半周时,T1～T4的基极电压为正,T5～T8的基极电压为负1因而T1～T4导通,T5～T8截止1T1～T4的输出电流ic1流经变压器初级线圈的上半部,如图所示,在次级感应的电流iL从RL上端流入,下端流出1经过半个周期以后,即在
ui的负半周时,T5～T8的基极电压为正,T1～T4的基极电压为负1因此,T5～T8导通,T1～T4截止1T5～T8的输出电流ic2流经变压器初级线圈的下半部,如图3所示,根据变压器极性关系可知,这时iL也要反向1于是iL在一个周期内就全面地反映了信号的正负这两个方向的变化,输出完整的波形1一旦电路出现短路或负载过重时,集电极电流
会急剧增大,超过保险丝的熔断电流时,就会使保险丝熔断1若在ui的正半周,将会导致T1～T4的保险丝熔断;在ui的负半周时,会导致T5～T8的保险熔断,使功放管单元电路被断路,因此,加入保险丝对功放管有保护作用1若管子本身老化或性能不好时,其击穿电压值降低,击穿电流增大,并且在工作过程中,管耗也易于升高,继而引起集极电流的增加1集电极电流的增加又反过来使管耗增加,如此循环,该功放管就易被击穿损坏1一旦被击穿,由于功放管的ce结电阻很小,因此集电极电流就会迅速增加,导致保险丝熔断,从而使该功放管单元电路中没有电流流过发光二极管和继电器1指示灯不亮,起报警作用;同时,电键断开,使该管的基极从电路中脱离,相当于整个功放管从电路中脱离,达到了预先设想的目的1另外,功放管采用并联连接后,每管的集电极损耗相应减少,降低了温升,因而工作状态更趋稳定;功放管的并联降低了输出级内阻,还有利于改善对放声性能有较大影响的阻尼系数1此外,改进后的电路由于输出利用变压器,所以可以根据需要采用匹配的负载,实现多路输出1。
八、故障及问题分析
1.电路故障：
测试第一级电路时，出现输出无波形现象。
解决方案：
用示波器探头逐级测试各部分，在2管脚有输出波行，之后均无，初步判断运放接触不良或损坏，断掉电源再次连接运放，再次测试仍无波行，用测试仪测试运放确定损坏。
2.电路问题：
第一级放大倍数远大于100倍。
解决方案：
实验与理论计算存在差异通过改小R5、R8值最终是放大倍数粗测为120倍。
3.电路故障：
电路第一次测试输出均完好，几天后测试第一级便无输出。
解决方案：
经各种排查调试均无效，推测电路板器件接触不良或存在短路，经重新连接合理布线后，使电路板布线整洁，重新测的波形。
4.电路问题：
测试电路时，最终最大放大倍数不定。
问题分析：
由于电路期间及连接简陋，且实验环境影响存在不同程度的误差，因此不同次测量干扰不同，实验结果不同。
九、元器件及测试仪表清单：
器件
数量
器件
数量
器件
数量
LF353N
2
3.3k电阻
1
1欧姆电阻
1
麦克
1
100k电阻
4
10uf电容
4
TDA2030A
1
10k电阻
2
100pf电容
2
1N4001
2
22k电阻
2
0.01uf电容
2
Speaker
1
51k电阻
2
330pf电容
1
8.2k电阻
1
18k电阻
1
22uf电容
1
3.9k电阻
1
680欧姆电阻
1
220uf电容
2
0.1uf电容
2
0.22uf电容
1
500k电位器
2
10k电位器
1
直流电压
1
函数发生器
1
示波器
1
电压表
1
十、软件仿真原理图及结果：
十一、总结和结论：
在我们花费了大约两个星期的实验中，我们尝尽了苦头，很多
时候一点点的小细节没注意到都会造成不可估量的损失，在两周
的电路安装的工作中，我们小组付出了两个电路板烧坏的惨痛教
训，但是结果是喜人的，我们都成功的做出了整机工作的电路，
并且收集了基本准确的电路，不得不说，我们的努力收到了回报
这是我们非常高兴的。
由此可得，我们对待电路的搭建需要十万分的谨慎和仔细。
所以，
我可以说只有付出才有收获，当然搭建电路的时候更需要前期的
准备工作。
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