電子技術(shù)課程設(shè)計-音箱系統(tǒng)放大器設(shè)計

1、<p><b>　　正 文</b></p><p><b>　　1、選題背景</b></p><p>　　隨著電子設(shè)備的逐步更新，模擬電子技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪衅鸬降淖饔萌諠u調(diào)高，所以我們應(yīng)對模擬電子技術(shù)有著更深刻的了解，以便在日后的發(fā)展過程當(dāng)中能跟上時代的步伐。家庭影院成為家庭必備的娛樂設(shè)施，作為家庭影院的絕對主角，音響系統(tǒng)

2、的優(yōu)劣，將會影響到人們的精神生活，所以我們選擇本題，目的是加深對基本模擬電路的理解以及了解家電性能的改善方法。</p><p><b>　　1.1指導(dǎo)思想</b></p><p>　　由題目要求可知，音樂需要高阻抗輸入，所以采用同向放大；聲音信號只有5mV，這里采用T型網(wǎng)絡(luò)放大，前級放大電路使用運算放大器NE5532；經(jīng)過混頻電路就構(gòu)成了前級放大電路，前級信號經(jīng)過音量

3、調(diào)節(jié)和音調(diào)調(diào)節(jié)電路后會有衰減，所以需經(jīng)過后級放大才能推動揚聲器工作。后級放大使用高保真功放芯片TDA2030，此芯片可提供最大至14W的輸出功率，最大承受電壓為±18V，宜采用雙電源供電。</p><p><b>　　1.2 方案論證</b></p><p>　　方案一：大膽采用純?nèi)龢O管放大電路，此方法能體現(xiàn)出模擬電路設(shè)計的宗旨，即以晶體管為基礎(chǔ)進(jìn)行復(fù)雜電路

4、的搭建，成本也比較低；但設(shè)計過程過于復(fù)雜，短時間內(nèi)很難實現(xiàn)題目要求指標(biāo)。</p><p>　　方案二：以運算放大器為基礎(chǔ)，音樂信號采用同向放大，話筒信號采用反向放大，混頻電路用一個電位器實現(xiàn)，初級信號經(jīng)過音量音調(diào)調(diào)節(jié)電路后，由后級功率放大輸出，整個系統(tǒng)采用雙電源供電。</p><p>　　方案比較：由于本系統(tǒng)是對輸出功率穩(wěn)定性要求較高，運算放大器和集成功放集成度較高，抗干擾能力較強(qiáng)，于是采

5、用運放NE5532和功放TDA2030作為主控芯片。</p><p><b>　　1.3基本設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　?。ǎ保┴?fù)載阻抗 ?8Ω?Rl ； </p><p>　　（２）額定功率 P W O = 2W ；

6、 </p><p>　?。ǎ常?BW ≥100Hz ~ 10kHz ； </p><p>　　（４）輸入阻抗 Ri≥500kΩ；</p><p><b>　　1.4發(fā)揮設(shè)計任務(wù)</b></p>

7、<p>　?。?）整機(jī)效率 η≥50%； </p><p>　?。?）輸入靈敏度 話筒輸入端≤5mV； </p><p><b>　　1.5電路特點</b></p><p>

8、;　　本系統(tǒng)主要由運算放大器NE5532、集成功率放大器TDA2030和外圍電路組成，系統(tǒng)簡介明了，原理較為簡單，可讀性強(qiáng)，適合仿真分析，制作PCB，方便調(diào)試。</p><p><b>　　2 電路設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1 總體方框圖</b></p><p><b>　　2.2工作原理&l

9、t;/b></p><p>　　本系統(tǒng)分為唱機(jī)，話筒兩個部分，唱機(jī)將音樂信號輸入到音樂放大前級;話筒為普通柱體話筒，話筒感應(yīng)聲音信號后，經(jīng)過話筒放大電路，將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，這樣組成了前置放大器。兩種音頻信號經(jīng)過混頻電路，音量調(diào)節(jié)電路，單調(diào)控制放大器，組成了主控前置放大器。前置放大電路得到的信號功率十分弱小，不足夠以推動揚聲器這樣低阻抗的器件，因此設(shè)計符合課題要求的功率放大器。</p>&

10、lt;p>　　3 各主要電路及部件工作原理</p><p>　　3.1 唱機(jī)放大電路</p><p>　　如圖所示，唱機(jī)信號放大由NE5532運放構(gòu)成的同相放大器組成。圖中P1為信號輸入端子，由題設(shè)要求4可知，輸入阻抗大于500KΩ，運放的內(nèi)阻大于或等于1M，因此在信號的輸入端接了一個阻值為1M的電阻(R21)到地，這樣R21和運放內(nèi)阻并聯(lián)，符合輸入阻抗大于500KΩ。</p&

11、gt;<p>　　在同相放大器的反相輸入端接入反饋電路，使得運放的放大倍數(shù)為2,設(shè)運放的輸入電壓為Ui1，輸出電壓為Uo2，則:</p><p>　　取R20=R22=10K，代入可得：</p><p>　　Uo1 = 2Ui1。</p><p>　　3.2 話筒信號放大電路</p><p>　　本系統(tǒng)采用電容式柱體話筒作為拾音

12、器，柱體話筒擁有頻響寬、靈敏度高，非線性失真小，瞬態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點。電路中，話筒分別串接R1 R2,產(chǎn)生電信號，其中R4取5.1K，話筒的阻值為1.5K左右，則流過話筒的電流約為0.76mA，這個電流對于話筒來說是安全的。電信號經(jīng)過電容C3偶合后，傳遞給運放的反相輸入端，話筒信號的幅值約為5mV，根據(jù)本系統(tǒng)，設(shè)定運放的輸出電壓為1.5V左右，即 = 300。按圖中名稱進(jìn)行參數(shù)計算:</p><p>　　……………

13、………………………………………①</p><p>　　……………………………………………②</p><p>　　運放輸入虛斷，由結(jié)點1可以得到式子①，同相輸入端交流接地，運放虛短，因此對于結(jié)點2,R4和R5可視為并聯(lián)，可得到式子②。 由①、②兩式可得:</p><p>　　………………………………③</p><p>　　取R3=10K

14、，R4=100K，R5=10K，R6=100K，代入得Uo2 = -300*Ui2。</p><p><b>　　3.3 混頻電路</b></p><p>　　如右圖所示，將電位器R3視為兩個電阻，即R1,R2,U1為話筒的放大信號，U2為唱機(jī)的放大信號，U為混頻后的信號，則可以計算:</p><p>　　; 。</

15、p><p>　　若R1=R2,則U=0.5*(U1+U2).</p><p>　　3.4音量音調(diào)調(diào)節(jié)器</p><p>　　如3.1，3.2可知，話筒(5mV)和唱機(jī)(700mV)信號可經(jīng)過放大，可以得到大約為1.5V的音頻信號。由混頻可知，聲音的平衡可通過調(diào)節(jié)電位器來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)電位器R3可以改變聲音的大小，調(diào)節(jié)電位器R9,R11可分別調(diào)節(jié)低音，高音。音調(diào)調(diào)節(jié)是通過使低

16、音或高音成分衰減實現(xiàn)的。經(jīng)調(diào)試，在音質(zhì)較好的情況下，信號輸出衰減至500mV左右。</p><p><b>　　3.5后級放大電路</b></p><p>　　后級放大電路的功能是增大電路的輸出功率，題設(shè)要求輸出功率不小于2W，負(fù)載阻抗為8?。</p><p><b>　　由可得，</b></p><p

17、>　　U=11.3V，可以知道電源電壓不小于17V，本系統(tǒng)采用雙電源供電，選擇+9V。從圖3.5可知，后級放大電路的輸入信號先經(jīng)過RC濾波后，輸入到TDA2030，加上反饋電路，，并且放大倍數(shù)約為30*((20K/1K)+1)=630。 圖中D1,D2作為反饋二</p><p>　　極管的作用是，吸收揚聲器</p><p>　　振動產(chǎn)生的感應(yīng)電流，還可</p>

18、<p>　　防止電源接反。 R2和C17可</p><p><b>　　以濾掉高頻信號。</b></p><p><b>　　4 原理總圖</b></p><p><b>　　5 元器件清單</b></p><p>　　6 調(diào)試過程及測試數(shù)據(jù)（或者仿真結(jié)果）<

19、/p><p><b>　　6.1通電前檢查</b></p><p><b>　　通電前應(yīng)先檢查：</b></p><p>　?。?）元件是否放置正確，包括檢查型號，參數(shù)，極性，封裝等。 </p><p>　?。?）是否存在虛焊或短路情況，確保萬物一失。</p><p>　　（3）

20、是否引出外接電源接線柱或接口。</p><p>　?。?）電源是否連接正確，包括正負(fù)極，電壓是否正常，有無跳變等。</p><p><b>　　6.2通電檢查 </b></p><p>　　6.2.1 話筒放大器</p><p>　　從圖6.1可知，輸入5mV(Vpp)的信號，電路可以將其放大到1.3V(Vpp)左右，結(jié)

21、果與理論基本相符。</p><p>　　6.2.2 唱機(jī)放大器</p><p>　　圖6.2為仿真唱機(jī)結(jié)果，從圖中波形可以看出，輸出信號為輸入信號的2倍，此外，信號的頻帶范圍可達(dá)到100K以上，這足夠滿足要求。</p><p>　　6.2.3 混頻電路</p><p>　　圖6.3為混頻仿真圖，輸入信號均為正弦波，從波形可以看出，1000Hz

22、的信號和500Hz的信號疊加了。</p><p><b>　　6.3、結(jié)果分析 </b></p><p><b>　　通頻帶的測量:</b></p><p>　　從以上數(shù)據(jù)可以看出，本系統(tǒng)基本滿足題設(shè)的通頻帶要求。</p><p><b>　　效率的測量:</b></p&

23、gt;<p>　　從頻率測量可以得到，系統(tǒng)輸出功率Po=2.64W，效率η=Po/P=2.64/4.0=66.7％.</p><p><b>　　輸入電阻的測量:</b></p><p>　　輸入電阻采用比擬法測量，如圖7.1,設(shè)信號源的內(nèi)阻為Rx，則有R2/(Rx+R1+R2)=150/380;得 Rx=250K.</p><

24、p>　　再看圖7.2,設(shè)系統(tǒng)的輸入電阻為Ri，則有Ri/(Rx+R1+Ri)=190/380;計算得 Ri=720K.</p><p>　　由上面的計算可以看出，本系統(tǒng)的輸入電阻為720K，滿足題目要求。</p><p><b>　　7小結(jié)</b></p><p>　　本音響系統(tǒng)設(shè)計比較簡單，并且基本能完成題設(shè)各項要求，從電路的構(gòu)造

25、來看，前級放大只用了一片5532運放，混頻加音調(diào)調(diào)節(jié)只是用電阻和電容組成，后級功率放大采用音頻專用高保真運放TDA2030。前級采用獨立+5V電源供電，功率放大采用+9V供電，最終輸出功率達(dá)到2.5W左右，整機(jī)效率約為66.7％，并且靜態(tài)工作功耗小。</p><p>　　8 設(shè)計體會及今后的改進(jìn)意見</p><p><b>　　8.1體會</b></p>

26、<p>　　課程設(shè)計結(jié)束了，值得祝賀的是，我們通過自己的努力完成了題設(shè)的各項要求。從選題，到構(gòu)思，仿真，制作，調(diào)試，整個過程讓我受益匪淺。制作過程中我們遇到了不少問題，這讓我深深感受到電子系統(tǒng)設(shè)計需要扎實的理論基礎(chǔ)，更需要不斷實踐，不斷積累經(jīng)驗。 選題，音響系統(tǒng)設(shè)計是一個模擬電路的課題，考慮到學(xué)習(xí)模擬電路需要實踐的驗證，并且模擬電路是整個電子技術(shù)的基礎(chǔ)，因此我們選擇了該題。 構(gòu)思，在構(gòu)思的過程中，我們考慮了多

27、種方法，在最初的話筒放大部分，我考慮用三極管實現(xiàn)，在課堂上，學(xué)過共基極，共射極，共集電極三種方法設(shè)計放大電路，比較三種方法的特點，這里用共射極最好，在查閱資料的過程中，我懂得了單雙電源供電的差異，如何設(shè)定靜態(tài)工作點，如何設(shè)定三極管的放大倍數(shù)等知識，這種體會遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同于課堂，此外，我還掌握了運放的各種接法，以及在使用過程中的注意事項。 仿真，選用軟件Multisim 11.0和Proteus，Multisim軟件是NI公司最新推出的

28、電子技術(shù)仿真軟件，能簡便地仿真電路的輸出波形，Proteus能仿真出通頻帶，噪聲頻譜等，并且操作十分簡便。 制作調(diào)試，在制作的過程中，我</p><p>　　8.2 本方案特點及存在的問題</p><p>　　本方案具有穩(wěn)定性好，音頻信號輸出失真度小, 效率高，</p><p><b>　　8.3改進(jìn)意見</b></p>

29、<p>　　在實踐過程中，發(fā)現(xiàn)電源對音頻放大電路起到至關(guān)重要的作用，電源的功率要適當(dāng)，過小不能達(dá)到最大輸出功率，過大則浪費電源。前級放大電路供電電源要十分純凈，如果電源含有雜波信號，則會影響運放工作，甚至產(chǎn)生自激。</p><p>　　如圖4.1所示，本系統(tǒng)前級運放采用單獨5V供電，并且在運放的電源輸入引腳接濾波電容。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&

30、gt;</p><p>　　[1] 孫肖子.電子設(shè)計指南.高等教育出版社.2006</p><p>　　[2] (美)Donald A. Neamen.電子電路分析與設(shè)計.電子工業(yè)出版社.2003</p><p>　　[3] (日)鈴木雅臣.晶體管電路設(shè)計.科學(xué)出版社.2004</p><p>　　[4] (日) 鈴木雅臣.高低頻電路設(shè)計與制