带音调控制的音响放大器设计.ppt

,标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,带音调控制的音响放大器设计,一、设计目的,熟悉集成功放的基本特点；,了解放大电路的频率特性及音调控制原理；,学习音响电路的测试方法，测试各项指标及电路的音调整控制特性。,二、相关知识（工作电源）,-15V,0V +15V,二、相关知识（测量线）,同轴连接器,信号参考,屏蔽线,信号输入,二、相关知识（元件清单）,代号,名称,规格,数量,代号,名称,规格,数量,R1 R2,电阻器,100K,2,C6,电容器,1n,1,R3,电阻器,510K,2,C9,电容器,22,1,R4 R5 R6,电阻器,20K,3,C10,电容器,100n,1,R8 R10,电阻器,22K,2,C11 C13,C15 C16,电容器,100,4,R9,电阻器,680,2,C12 C14,电容器,10n,2,R11,电阻器,1,2,D1 D4,二极管,1N4007,4,R12 R13,电阻器,120,2,A1 A2,运算放大器,NE5532,1,RL,电阻器,4,1,A3,功率集成电路,TDA2030A,1,C1 C3,C7 C8,电容器,10,4,RP1,RP2,可调电阻器,220K,2,C2,电容器,10P,1,RP3,可调电阻器,47K,1,C4 C5,电容器,22n,2,三、实验准备,阅读本实验简要说明中的内容，按图的形式进行实验电路布线和组装。,估算前置级（,A1,）和音调控制级（,A2,）的电压增益、音调控制范围；,了解音响放大电路的各项指标，拟订各项指标的测试方法；,提出本次实验所需的仪器设备。,四、实验原理,音响放大电路的整机电路如下图所示，按其构成，可分为前置放大级，音调控制级和功率放大级三部分。,四、实验原理,功率放大级,本实验电路的功率放大级由集成功率器件,TDA2030A,连成,OCL,电路输出形式。,TDA2030A,功率集成电路具有转换速率高，失真小，输出功率大，外围电路简单等特点，采用,5,脚塑料封装结构。其中,1,脚为同相输入端；,2,脚为反相输入端；,3,脚为负电源；,4,脚为输出端；,5,脚为正电源。,四、实验原理,TDA2030A,功率集成电路的内部电路包含由恒流源差动放大电路构成的输入级、中间电压放大级，复合互补对称式,OCL,电路构成的输出级；启动和偏置电路以及短路、过热保护电路等。其结构框图如图所示。,四、实验原理,TDA2030A,的电源电压为,6V,22V,，静态电流为,50mA,（典型值）；,1,脚的输入阻抗为,5M,（典型值），当电压增益为,26dB,、,R,L,=4,时，输出功率,Po=15W,。频带宽为,100KHz,。源为,14V,、负载电阻为,4,时，输出功率达,18W,。,为了提高电路稳定性，减小输出波形失真，功放级通过,R10,，,R9,，,C9,引入了深度交直流电压串联负反馈，由于接入,C9,，直流反馈系数,F1,。对于交流信号而言，因为,C9,足够大，在通频带内可视为短路，所以交流反馈系数,按电路的实际参数。因而该电路的电压增益。可见改变电阻,R9,、,R10,可以改变电路增益。电容,C15,、,C16,用作电源滤波。,D1,和,D2,为保护二极管。,R11,、,C10,为输出端校正网络以补偿电感性负载，避免自激和过电压。,TDA2030A,技术参数,详细参数请下载参阅（,TDA2030A,技术资料,.PDF,文件）,TDA2030A,技术参数,TDA2030A,技术参数,TDA2030A,技术参数,TDA2030A,典型应用,TDA2030A,典型应用,四、实验原理,音调控制电路（,A2,）,常用的音调控制电路有三种形式，一是衰减式,RC,音调控制电路，其调节范围宽，但容易产生失真；另一种是反馈型音调控制电路，其调节范围小一些，但失真小；第三种是混合式音调控制电路，其电路复杂，多用于高级收录机。为使电路简单而失真又小，本音调集成功率电路中采用了由阻容网络组成的,RC,型负反馈音调控制电路。它是通过不同的负反馈网络和输入网络造成放大器闭环放大倍数随信号频率不同而改变，从而达到音调控制的目的。,四、实验原理,下图是这种音调控制电路的方框图，它实际上是一种电压并联型负反馈电路，图中,Z,f,代表反馈回路总阻抗；,Z,i,代表输入回路,的总阻抗。电路的电压增益 。,音调控制电路方框图,四、实验原理,只要合适选择并调节输入回路和反馈回路的阻容网络，就能使放大器的闭环增益随信号频率改变，从而达到音调控制的目的。组成,Z,i,和,Z,p,的,RC,网络通常有下图所示四种形式。,(a),低音提升,图,(a),图,(a),中若,C1,取值较大，只有在频率很低时才起作用，则当信号频率在低频区，随频率降低，增大，所以 提高，从而得到低音提升。,图,(b),中，若,C3,取值较小只有高频区起作用，则当信号在高频区且随频率升高 减小，所以 提高，从而可得到高音提升。,(b),高音提升,四、实验原理,图,(b),(c),高音衰减,(d),低音衰减,四、实验原理,图,(c),同理可以分析图,13,4(c)(d),，分别可用作高、低音衰减。,图,(d),四、实验原理,如果将这四种电路形式组合起来，即可得到下图所示的反馈型音调控制电路。,先假设,R1=R2=R3=R,；,C1=C2C3,；,RW1=RW29R,信号在低频区,在低频区，因为,C3,很小，所以,C3,、,R4,支路可视为开路，反馈网络主要由上半部分电路起作用。又因运放的开环增益很高，,U,E,U,E,0,（虚地），故,R3,的影响可忽略，当电位器,RP2,的活动端移至,A,点时，,C1,被短路，其等效电路如下图所示。可以得到低音最大提升量,按实际电路参数,R1=R2=R3=20k,，,RP1=RP2=220k,，,C1=C2=0.022uF,，可得,(,约,18.6dB),四、实验原理,转折频率：,以同样方式可以说明在,RP,2,滑动到,B,点时，低音地最大衰减量：,按实际电路参数可得,（约,18.6dB,）,转折频率：,四、实验原理,信号在高频区,在高频区，因为,C1,和,C2,较大，对高频可视为短路，而,C3,较小，故,C3,、,R4,支路已起作用，其等效电路可画成如下图所示,(a),形式。,四、实验原理,图,(a),图,(b),为了便于说明，将电路中接成,Y,形地,R1,、,R2,、,R3,电路变换成图,(b),所示接成的形电路，这里,Ra=Rb=Rc=3R(,当,R1=R2=R3=R,时,),。设前级输出电阻很小（如小于,500,），输出电压,Uo,通过,Rc,反馈到输入端的信号被前级输出电阻所旁路，故,Rc,的影响可忽略（视为开路）。因此当,RP2,滑动到,C,点或,D,点时，可分别画出如下图,(a),和,(b),所示的等效电路（因,RP2,的数值很大，为简单起见，可视为开路）。,四、实验原理,图,(a),图,(b),上图,(a),显然具有高音提升作用，其最大提升量,按电路实际参数,R=20k,，,R4=8.2k,，,C3=1000P,，所以,A,UC,8.3(,约,18dB),上图,(b),为高音衰减电路，其衰减量,按电路实际参数,A,UD,0.12(,约,-18dB),高频转折频率,四、实验原理,若将音调控制电路高低音提升和衰减曲线画在一起，可得到如下图所示幅频特性曲线。,四、实验原理,20logA,18,dB,0,-18,f,L1,48,f,L2,410,f,H1,2.3K,f,H2,19k,f,(Hz),由图可见，音调控制级的中频电压放大倍数,Aum=1,；当,ff,H2,(19KHz),时高音控制范围也为,18dB,。,前置放大电路（,A1,）,由,A1,组成的前置放大电路是一个同相输入比例放大器，电路的闭环特性如下：,理想闭环电压增益,输入电阻,rif=R1,输出电阻,rof=0,扩音机电路的增益是很高的，所以扩音机的噪声主要取决于前置放大器的性能。为了减小前置级放大器的噪声，第一级要选用低噪声的运放。另外，如输入线的屏蔽情况，地线的安装等等都对噪声有很大影响。,四、实验原理,扩音机电路的一些主要技术指标,额定输出功率,Po,在满足规定的失真系数和整机频率特性指标以内，功率放大器所输出的最大功率,Uo,亦称输出额定电压,静态功耗,P,Q,指放大器处于静态情况下所消耗的电源功率。,效率,放大器在达到额定输出功率时，输出功率,Po,对消耗电源功率,P,E,的百分比，用,表示,四、实验原理,频率响应（频带宽度）,在输入信号不变的情况下，输出幅度随频率的变化下降至中频时输出幅度的,0.707,倍时所对应的频率范围。如下图所示。图中,f,L,称为下限频率，,f,H,称为上限频率。,四、实验原理,A,U,A,UO,0,f,L,f,H,f,音调控制范围,为了改善放大器的频率响应，常对高、低频增益进行控制，如提升或衰减若干分贝，而对中频增益不产生影响。若未控制的输出幅度未,Uo,，而控制后的输出幅度为,Uo1,，则音调控制范围为,(,即,),非线性失真,在规定的频带内和额定输出功率状态下，输出信号中谐波电压有效值的总和与基波电压有效值之比：,式中：,U,1,为输出电压基波分量有效值；,U,2,、,U,3,Un,分别为二次、三次,n,次谐波分量有效值。,可由失真度测量仪测得。,四、实验原理,噪声电压,U,N,扩音机输入信号为零时，在输出端负载上测得的电压有效值为噪声电压,U,N,，噪声电压是扩音机机内各种噪声经放大后的总和。,输入灵敏度,Uimax,保证扩音机在额定的输出功率时所需的输入信号。,四、实验原理,五、焊接布置图,六、电路原理图,七、实验内容,安装有两级运放组成的前置放大级,A1,、音调控制级,A2,及集成功放电路，如上页电路原理图所示。并仔细复查整机电路的接线是否正确无误；,测量各级电路的静态工作点；,注意：测量集成运放各脚的电压，注意在测试时，一般将万用表测试棒搭接在与运放引脚直接相连的其他连结点上，以免万用表测试棒将运放的引脚互相短路，造成运放损坏。,七、实验内容,在下列条件下测试前置级、音调控制级、功率放大级的电压增益和整机增益，并将结果记入表中。,音量电位器,RP3,置于最大位置。,音调控制电位器置中心位置。,扩音机的输出在额定输出功率以内，并保证输出波形不产生失真。,输入信号频率为,1KHz,的正弦波。,前置级,音调控制级,功率放大级,整机,V,i1,V,i2,V,i3,V,i,V,o1,V,o2,V,o3,V,o,A,V1,A,V2,A,V3,A,V,七、实验内容,测量各项指标。,最大不失真输出电压,V,omax(,或,V,opp),输入灵敏度,V,imax,最大输出功率,P,o,在测这三项内容时，可一次测得相关数据，经计算后得出各指标。具体做法是在输出端加接额定负载（,4,功率电阻），逐渐增大输入信号，用示波器同时观察输入、输出信号，当输出波形刚好不出现失真时，用交流毫伏表测出输入和输出电压。此时的输入电压就是最大输入灵敏度,V,imax,（,V,imax100mV,）；输出电压就是最大不失真输出电压,V,omax,。,同时可得最大输出功率,七、实验内容,噪声电压,V,N,除去输入信号并且将扩音机电路输入端对地短路，此时测得的输出电压有效值即为,V,N,。,整机电路的频率响应,在高低音不提升、不衰减时（即将音调电位器,RP1,和,RP2,放在中心位置），保持输入信号幅度不变，并且改变输入信号,Vi,的频率。随着频率的改变，测出当输出电压下降到中频（,f,=1KHz,）输出电压,Vo,的,0.707,倍时，所对应的频率,f,L,和,f,H,。一般要求频带不小于,50Hz,20KHz,。,f,=100Hz,时的音调控制特性,使电位器,RP2,旋至二个极端位置,A,和,B,，依次测出,A,VA,和,A,VB,（即测出,V,OA,和,V,OB,）,并由此计算出净提升量和净衰减量，用分贝表示。,即 和 。,七、实验内容,整机高低音控制特性,先将,RP1,、,RP2,电位器旋至中间位置，减小输入信号幅度（,f,=1KHz,），使输出电压为最大输出电压的,10,左右。并保持,Vi,不变，测出,Vo,，算出中频（,f,=1kHz,）时的,A,V,。,七、实验内容,f,=10KHz,时的音调控制特性,使电位器,RP1,旋至二个极端位置,C,和,D,，一次测出,A,VC,和,A,VD,，由此计算出净提升量和净衰减量，用分贝表示。,即 和 。,听音实验,将信号送入扩音机电路，逐一改变音调电位器,RP1,和,RP2,，试听喇叭发音情况。,八、设计报告,完成本学期模电课程设计总结报告一份；,谈谈您本学期模电实验课程及课程设计的体会、收获和存在的问题；,您在模电实验中遇到的问题和解决方法。,对选题、设计调试过程中的指导等方面提出您的意见与建议。,整理本次实验数据，将实测值与理论估算值相比较并加以分析。,分析实验中出现的异常现象。,九、思考题,引起噪声、自激、失真现象的原因是什么？,