扩音机电路的设计与实现.docx

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扩音机电路的设计与实现

北京邮电大学

实验报告

实验名称：

扩音机电路的设计与实现

学院：

信息与通信工程学院

班级：

姓名：

学号：

日期：

2010年5月

一、报告概要

1、目的：

（1）了解扩音机电路的形式和用途。

（2）掌握音频放大电路的一种实现方法。

（3）提高独立设计电路和验证试验的能力。

2、方法

用运算放大器和集成音频功率放大电路来构成扩音机电路。

前置放大电路输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小，实现放大100倍。

音调控制是实现对输入信号高、低音的提升和衰减。

功率放大级是对信号进行功率放大，实现放大8倍。

3、结果

最大输出功率不小于2W，实现对高低音的提升与衰减。

4、评价

用此种方案，可以实现对信号的放大和对高低音的提升与衰减。

关键字：

放大、音调、前置放大电路、扩音音调控制、功率放大

二、设计任务要求

1、设计一个对话筒输出信号具有放大能力的扩音电路，设计指标和给定条件为：

1）最大输出功率不小于2W

2）负载阻抗为8Ω

3）具有音调调控功能，即用两个电位器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正弦时，调节低音电位器可以使输出功率变化±12dB；当输入信号为10KHz时，调节高音电位器也可以使输出功率变化±12dB

4）输出功率的大小连续可调，即用电位器可以调节音量的大小

5）频率响应：

当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位置时，-3dB的频率范围是80Hz~6KHz，即BW=6KHz

6）输入端短路时，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

2、设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用AltiumDesigner软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）

三、所用元器件及测试仪表清单

电路元器件

测试仪器

集成运算放大器LF353×2

单片集成功率放大电路TDA2030A×1

面包板×1

电阻、电容若干

功率电阻8Ω

导线若干

直流稳压电源

函数信号发生器

万用表

示波器

毫伏表

四、设计思路与总体结构图

扩音设备的基本功能是将从话筒等输出的微弱信号放大成大功率信号，以驱动扬声器发声。

据此，扩音机电路需要采用运算放大器和集成音频功率放大电路作为基本架构。

如图1所示。

图1.扩音机电路总体结构图

各级主要功能和要求：

前置放大主要完成小信号放大，要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小；音调控制主要实现对输入信号高低音的提升和衰减；功率放大器决定整个电路的输出效率、非线性失真等指标，要求效率高、失真小、功率大。

各级增益的分配：

前置放大100倍，音调控制中频放大1倍，功放级电压放大8倍，总放大倍数为800倍。

五、分块电路和总体电路的设计

1、前置放大器设计

①理论分析

前置放大级放大微弱信号，对零输入时的噪声、电流、电压有较高要求，考虑选用集成运放LF353，查阅元件手册获得如下器件参数：

前置放大级由LF353组成两级放大电路。

两级各放大10倍：

再由：

可使：

其它参数按照通常经验给出。

②电路图

图2.前置放大器电路图

2、音调控制器设计

①理论分析

音调控制器功能为：

调节音响放大器的频率响应，更好地满足人耳的听觉特性。

音调控制器对高音和低音进行提升或衰减，对中音信号增益不变。

音调控制器幅频率特性曲线如图3所示。

图4.音调控制器幅频率特性曲线

A、中频段：

等效电路图如图4所示。

此时有：

.

图4.中频等效电路图

B、低频段：

等效电路图如图5、图6所示。

此时Rp1从左端滑到右端，容抗将增大，电路增益也

图6.低频衰减电路图

图5.低频提升电路图

增大。

即：

调节Rp1可改变低音放大倍数，产生提升和衰减的效果。

C、高频段：

与低频时同理，调节Rp2产生高音提升和衰减的效果。

②电路图

音调控制器总电路图如图7所示。

图7.音调控制器总电路图

3、功率输出级设计

①理论分析

功放要求功率尽可能大，失真尽可能小，效率尽可能高。

此处选用TDA2030A型集成功率放大电路，该芯片手册上给出了外部常规接法，如图8所示。

该器件主要特点为：

上升随率高、瞬态互调失真小；输出功率较大；外围电路简单，使用方便；5脚单列直插封装，体积小；内含保护电路，安全可靠。

图8.TDA2030A外形图和常规外部接法

②电路图

参考器件手册给出的接法，得功放级整体电路图如图9所示。

图9.功率放大级总体电路图

4、AltiumDesigner绘制的全电路原理图

六、电路所实现功能和实际测试数据

由于存在多级电路，且参数要求严格，本实验实际搭建电路测试时采用“先分级搭建并测试，后总体调测”的方法。

A、前置放大级测试

按照理论设计值搭建电路，将C3断开，使第一级与这个电路分开，将示波器一个探针于此处，领一个探针连在输入信号处。

将输入信号峰值衰减，在5mV左右。

从示波器上可以看出，当输出和输入波形的分度值为100倍关系的时候，两个波形重合。

说明符合放大100倍的要求，且电路工作正常。

此时，输出波形比输入波形的宽度略大，说明噪声也得到了放大。

Ui1=5mVUo2=525mVA=105

B、音调控制级测试

将电路重新连接号，断开C9，将C3处的探针移动至C9左端。

通过示波器可以看到，图像仍与前一个图像相似，说明电路工作正常。

调节两个电位器，可以看到波形会发生一些变化。

Rp1、Rp2调至中间位置，f=1KHz,Vi=5mV,Vo=3.6VAu=720

f=100Hz,Vi=5mv,左右移动Rp1,Vo1=3.7VVo2=0.24V

f=10KHz,Vi=5mv,左右移动Rp2，Vo1=2.0VVo2=0.14V

C、功率输出级测试

将功率输出级与前两级断开，直接加信号在C9处，同时将示波器的一个探针连于此处，另一个探针连在输出端。

加5mV的正弦波。

从示波器上观察，调节电位器，可以看到在基本不失真的情况下，可以放大10倍左右。

满足设计要求。

整体测试：

将电路整体连接好，同时连接号信号发生器与示波器。

在输入端5mV的正弦波。

调整电位器和示波器，可以观察到在基本不失真的情况下，电压输出可以达到4V以上。

这说明，达到了在负载为8Ω的情况下，有大于4V的电压，说明最大输出功率在2W以上，满足设计要求。

七、故障及问题分析

1、实验初期，对电解电容插法不正确，导致一个电解电容爆掉。

从而认识到电解电容要插对正负极。

导线较长的一端为正，短的一端为负极。

同时，从电容上面也可以看出，有白色长线的一端是负极。

2、在分开测试其中一级的时候，一定要确保其他级没有接任何电源，否则有可能导致电容爆掉。

3、有一次进行第二部检测的时候发现波形不是预期效果，又返回去测试第一级，发现第一级工作正常。

所以单独测试第二集，发现第二级有4倍的放大。

而第二级是不应该有4倍的放大效果的。

自习检查电路后发现，电路中一个100KΩ的电阻被误差成了其它阻值的电阻。

将其换成100KΩ的电阻后，电路便能正常工作了。

4、又一次进行试验的时候，输出波形十分不稳定，而稳压电源也出现了很大幅度的跳动，经仔细检查后发现是由于接电源和接地导线碰在了一起，导致了此种现象的发生。

5、如果输入信号的幅度过大，在输出端将造成大幅度的失真。

故输入信号要控制在mV级。

同时，可以通过调节Rp3来调节输出，使其不发生明显失真。

八、实验总结与结论

本次实验是一次较为综合的实验，电路比较复杂，连接和调试都比较难。

从刚开始的不知道面包板怎么插，到后来的成功的实验结果，我觉得这是一次能力的大大提升，尤其是实际动手的能力。

本次实验使我对电路实验有了更深的认识，比如不同实验室中不相同的示波器的使用和信号发生器的使用等。

并且也加深了扩音机电路的实验原理在头脑中的印象。

为以后做其他更大规模的实验打下了基础。

在这次实验中还巩固了很多基础的知识，比如电阻的识别、点解电容正负极的识别，以及基本的电路调试方法。

此外，还学习了PCB的制作，提升了用软件辅助设计的能力。

总之，这次实验使我受益匪浅。

九、原理图及PCB板图

原理图：

PCB

十、参考文献

[1]电子电路综合设计实验教程，北京：

北京邮电大学电路中心，2010

[2]刘宝玲等.电子电路基础，北京：

高等教育出版社，2008

[3]郭天祥AltiumDesigner6.9PCB设计视频教程