模拟电子课程设计---音响放大器.doc

2012~2013 学年 第 2 学期

《 模拟电子技术基础 》
课 程 设 计 报 告

题 目： 音响放大器的设计
专 业： 电子信息工程
班 级： 11级信息（1）班
姓 名：谷和伟、曹凯、解军、李丰、刘志国
陆晨晨、孙叶林、邹庆志、桑倩倩
指导教师： 吴 慧

电气工程学院
2011年6月5日

音响放大器的设计

摘 要

本文介绍了音响的构成、功能、及工作原理，它由LM324四运放的前置放大及音调调节等多模块电路构成，且具有电子混响效果。所用芯片具有电源电压范围宽，静态功耗小，采用偏置电阻单电源供电，价格低廉等优点。LM386是一款输出功率小、 静态电流小、更新内链增益可调整、外接元件少和总谐波失真小等优点的音频功率放大芯片。LM324是由四个独立的、高增益、有内部频率补偿的算放大器。都具有内部保护电路。本设计作品的功能是将输入音频信号和话筒信号不失真地进行放大，且伴有立体声，音色圆润，失真率低，信噪比高，适用性强，可普遍用于家庭音响系统、立体声唱机等电子系统。

关键词：功放；失真；信噪比；输出功率；Multism仿真

目 录

第一章 设计目的与要求 1
1.1设计目的 2
1.2设计要求及技术指标 2
第二章 整体方案设计 2
2.1整体设计模块图 2
2.2各模块的功能作用 2
2.3设计方案的选择 3
2.4 LM324简介 3
第三章 电路原理说明 4
3.1话音放大与混合前置放大 4
3.2音调控制器(含音量控制) 5
3.3电子混响器 6
3.4功率放大器 6
第四章 仿真分析 7
4.1仿真图 7
4.2话音放大与混合前置放大 8
参考文献 9
附录 元件清单 10
答辩记录及评分表 11

第一章 设计目的与要求

1.1设计目的
（1）了解音响放大器的构成，并组成一个简单的音响放大器。
　（2）理解音调控制器，集成功率放大器的工作原理和应用方法。
　（3）理解和掌握音响放大器的主要技术指标和测试方法。
　（4）根据给出的技术条件和指标，设计音响放大器。
1.2设计要求及技术指标
设计一个音响放大器。要求具有电子混响延时，音调输出控制、卡拉OK伴唱，并对话筒与放音机的信号进行扩音。
主要技术指标
（1） 额定功率
（2） 负载阻抗
（3） 频率响应，。
（4） 输入阻抗。
（5） 音调控制特性1kHz处增益为0dB、100Hz和10kHz处有±12dB的调节范围，。
（6）输入阻抗。

第二章 整体方案设计

2.1整体设计模块图
如下图所示，音响放大器包括：话筒放大器、电子混响器、混合前置放大器、音调控制器、功率放大器五个模块。

图2.1总体设计模块图

2.2各模块的功能作用
①话筒放大器：由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号，并保证其输入阻抗远大于话筒的输出阻抗。
②电子混响器：电子混响器的作用是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。在“卡拉OK”伴唱机中，都带有电子混响器。电子混响器的组成框图如下；其中BBD器件称为模拟延时集成电路，其内部由场效应管构成多级电子开关和高精度存储器，在外加时钟脉冲作用下，对输入信号进行取样，保持并向后级传递，从而使BBD的输出信号相对输入信号延时了一段时间。BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延时的时间就越长。
③混合前置放大器：混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混合后的声音信号进行混合放大。音响放大的性能主要由音调控制器与功率放大器决定。
④音调控制器：音调控制器的作用是控制调节音响放大器输出频率的高低。音调控制只对低音或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。所以音调控制器的电路由低通滤波器和高通滤波器共同组成。
⑤功率放大器：功率放大器的作用是给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能的高。由于集成功率放大器具有性能稳定、工作可靠及安装调试简单，故而被采用。

2.3设计方案的选择
运放芯片的选择
1.采用uA741运算放大器设计电路，uA741通用高增益运算通用放大器，早些年最常用的运放之一，应用非常广泛，为双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22V，差分电压±30V，输入电压±18V，允许功耗500mW。
2.采用LM324通用四运算放大器，双列直插8脚封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

方案选取：uA741是通用放大器，性能不是很好，满足一般需求，而LM324四运放大器具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。本设计放大倍数不高，LM324能达到频响要求，故选用LM324四运放大器。

2.4 LM324简介
2.4.1 LM324的特点
LM324具有短跑保护输出,真差动输入级,可单电源工作：3V-32V,低偏置电流:最大100nA,每封装含四个运算放大器,具有内部补偿的功能,行业标准的引脚排列,输入端具有静电保护功能。
2.4.2 LM324的外形及引脚排列
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

图2.4LM324的引脚排列

第三章 电路原理说明

3.1话音放大与混合前置放大
3.1.1设计电路图

图3.1话音放大与混合前置放大
3.1.2电路参数分析
图4.1所示电路由话音放大与混合前置放大两级电路组成。其中A1组成同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数
.................4.1

四运放LM324的频带虽然很窄（增益为1 时，带宽为1MHz），但这里放大倍数不高，故能达到 的频响要求。
混合前置放大器的电路由运放 组成 ，这是一个反向加法器电路，输出电压表达式为
................4.2

经计算后 , ,
如果要进行卡拉OK演唱，可在话放输出端及录音机输出端接两个音量控制电位器
分别控制声音和音乐的音量。

3.2音调控制器(含音量控制)
3.2.1设计电路图

图3.2音调控制器
3.2.2电路参数分析
已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。
由式原理部分的公式得到转折频率fL2及fH1；
fL2 = fLx *2x/6=400Hz，则fL1 =fL2/10=40Hz ；
fH1 = fHx /2x/6=2.5kHz ，则fH2= 10fH1=25kHz 。
由式原理部分公式得AVL=(RP31+R32)/R31≥20dB。其中，R31、R32、RP31不能取得太大，否则运放漂移电流的影响不可忽略，但也不能太小，否则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一般取几千欧姆至几百千欧姆。
现取RP31=470kW，R31=R32=47kW，则
...............4.3

....................4.4
取标称值0.01mF，即C31=C32=0.01mF。
由R34=R31=R32=47kW ，则 Ra=3R4=141kW
R33=Ra/10=14.1kW 取标称值13kW

..................4.5
取标称值470pF
取RP32=RP31=470kW，RP33=10kW，级间耦合与隔直电容C34=C35=10mF。

3.3电子混响器
电子混响器，就是产生一系列时间延迟而输出电平不同的信号，然后将其叠加而产生混响效果。电子混响器的组成框图如下；其中BBD器件称为模拟延时集成电路，其内部由场效应管构成多级电子开关和高精度存储器，在外加时钟脉冲作用下，对输入信号进行取样，保持并向后级传递，从而使BBD的输出信号相对输入信号延时了一段时间。BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延时的时间就越长。

图3.3电子混响组成框图

设计电路图

图3.4电子混响器电路图

3.4功率放大器
功率放大器简称功放，它的任务是把来自信号源的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音。作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同 。

设计电路图

图3.5功率放大电路

第四章 仿真分析

说明：本次仿真使用的是multisim10仿真软件，功放级电路使用的是替代芯片，故有一定的误差存在。电子混响级电路中使用的芯片在该软件不能找到，因此没有对该级电路进行仿真。本次仿真得到了频率响应、放大倍数。

4.1仿真图

图4.1仿真图
打开multisim10仿真软件，按上图所示绘制出仿真图。考虑到电路图较复杂，将整体分为四部分，先绘制完每个部分，再逐次连接这四个部分即可。绘制步骤为：首先，添加所需要的器件（电阻、电源、电容等），按一定位置排列；随后，用导线将器件连接好。要注意所绘制图形要紧凑，尽量不要分隔距离过大。

4.2话音放大与混合前置放大

选择示波器和函数信号发生器，并接入电路中。注意正确接线，双击示波器，按照图4.2调节相应比例，左击中的，观察示波器显示的结果并分析。

图4.2话音放大与混合前置放大（正弦波）

现将函数信号发生器波形换成矩形波，重复实验，得到结果如图4.3所示。

图4.3话音放大与混合前置放大（矩形波）

综合图4.2和图4.3可以看出，话音方大与混合前置放大基本做到将磁带放音机输出的音乐信号与电子混合后的声音信号进行混合，且不失真地放大声音信号，并保证其输入阻抗远大于话筒的输出阻抗。

参考文献
[1]杨利军.电子技术实验与实训教程.湖南:中南大学出版社，2007.172～181
[2]谢自美.电子线路综合设计. 湖北：华中科技大学出版社，2006.184～196
[3]康华光.电子技术基础.（第五版） 北京：清华大学出版社，2006.381～403
[4]曹才开.电路与电子技术试验.湖南：中南大学出版社，2009.120～131
[5]熊幸明.电子技术.北京：清华大学出版社，2005.166～182