扩声电路[1]1完整1.doc2011.doc

四川航天职业技术学院
电子工程系课程设计

专业名称： 应用电技术

课程名称： 模拟电子技术

课题名称： 扩 声 电 路

设计人员： 姚 学 林

指导教师： 谢 朝 凯

2011年6月7日

《 模拟电子课程设计》任务书

一、课题名称：扩声电路
二、技术指标：

〈1〉 最大输出功率为8W。

〈2〉 负载阻抗为8Ω。

〈3〉 非线性失真系数不大于3%。

<4>输入端短路时，噪音输出电压的有效值不超过10mV，直流输出电压不超过50 mV，静态电源电流不超过100mA

〈5〉 输入阻抗不小于50kΩ.
〈6〉 具有音调控制功能，既用两只电位器分别调节高音和低音。当输入信号为1KHz时，输出为0dB；当输出为100Hz正弦波时，调节低音电位器可以使输出功率变化±12dB；当输入信号为10kHz正弦波时，调节电位器也可以使输出功率变化±12dB.

<7>频率响应80HZ~6KHZ，即BW=6KHZ。
三、要求

① 析电路的组成及工作原理

②进行单位电路设计计算

③说明电路调试的基本方法

④画出完整的电路图

⑤小结与讨论
指导教师：谢朝凯
学 生：姚学林
电子工程系
2011年 6月7日
　目 录

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　摘 要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4　　
１　扩声电路的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．5．

１. １设计任务和要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

１. ２基本原理.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２　设计过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　6
２.１　前置放大器的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
．
２.２ 音调控制器的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

２.３ 功率输出级的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３　调试要点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３.１　前置级调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ３.２　音调控制器调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
.
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.　　　　　 ３.３　　功率放大器调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
．
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４　整机调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

　　　　　　　　　　　　 ５　附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20．
摘 要

很多场合（如学校、商场、体育馆、车站等）。扩音电路是扩大小信号电流。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，一般把这种设备称为扩音机。根据实际需要和放大器件的不同，扩音机电路有很多种类与功能。作为电子技术课程设计，本课题提出的扩音机电路性能指标比较低，主要采用运算放大集成电路和音频功率放大集成电路来设计一个对话筒输出信号具有放大能力的扩音机电路
summary
Many occasions (such as schools, shopping malls, gymnasium, station, etc.). Amplifying circuit is expanding small signal current. The role of the sound amplification equipment is from a microphone, recording gets stuck, CD machine sent the weak signal amplifier into can promote the speaker audible high-powered signal, generally put this equipment called megaphone. According to the actual needs of the device and magnified, there are many different kinds and amplifiers ringing circuit function. As the "curriculum design of electronic technology, the subject of the megaphone proposed performance index is lower, circuit mainly by operation amplifier circuits and audio power amplifier integrated circuit to design a receiver output signal has magnified the megaphone circuit abilit

Keywords： 多级放大 OCL电路 放大增益K=20

1.1扩声电路的设计
很多场合（如商场、学校、车站、体育场馆等）都安装有广播系统，它的主要 能是播放背景音乐、广播通知和要闻。这些广播系统都含有扩声设备，用以把话筒、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。根据实际需要和放大器件的不同，扩声电路的设计也有很多种类。作为电子线路德尔课题设计，本课题提出的扩声电路性能指标比较低，主要采用理论课程里介绍的运算放大集成电路和音频功率放大集成电路来构成扩声电路。
1.1.1设计任务和要求
采用运算放大集成电路和音频功率放大集成电路设计—个对话筒输出信号具有放大功能的扩声电路。其要求如下:
(1)最大输出功率为8w。
(2)负载阻抗为8欧。
(3)非线性失真系数不大于 3％（在通频带内、满功率下)。
(4)具有音调控制功能，即用两只电位器分别凋制高音和低音。当输入信号为1kHz时输出为0 dB； 当输入信号为100Hz正弦波时，凋节低音电位器时可使输出功率变化+/-12dB；当输入信号为10kHz 正弦波时，凋节高音电位器时可使输出功率变化+/-12dB。
(5)输出功率的大小连续可调，即用电位器调节音量的大小。
(6)频率响应：当高、低音电位器处于不提升也不衰减的位置时，-3 dB的频带范围是80Hz—6k Hz，即BW＝6kHz。
(7)输入信号源为话筒输入，输入灵敏度不大于20mv．
(8)输入阻抗不小于50kΩ.
(9)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50 mv，静态电源电流不超过100mA。
1.1.2 基本原理
扩声电路实际上是一个典型的多级放大器。其原理如图1所示。前置放大主要完成对小信号的放大，一般要求输入阻抗高输出阻抗低，频带要宽，噪声要小；音频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要求，对整机电路做出适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。
因为，=8W,所以此时的输出电压U =  =8V。要使输入为5mv的信号放大到输出的8V，所需的总放大倍数为
功率放大
音调控制
前
置
放大
总体框图:

话筒输入

扩声机中各级增益的分配为：前置级电压放大倍数为80；音调控制级中频电压放大倍数为：1；功率放大级电压放大倍数为：20。

2设计过程
2.1.前置放大器的设计
由于话筒提供的信号非常弱，一般在音调控制级前加一个前置放大器。考虑到设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。

前置放大电路是由LF353组成的两级放大电路。第一级放大倍数为10，即1+R3/R2=10,取R2=10KΩ，R3=1OOKΩ。第二级放大倍数也为10，R5=10KΩ，R6=100KΩ。耦合电容C1、C2取10uf，C4、C11取100uf，以保证扩音电路的低频响应。其他元件的参数为C3=10uf，R7=22KΩ。

2.2音调控制器的设计
2）音调控制器
音调控制器是控制、调节音响放大器输出频率高低的电路，其控制曲线如图4.2.2中折线所示。
图中 ——中音频率，要求增益；
——低音转折频率，一般为几十赫芝；
——中音频转折频率；
——中音频转折频率；
——高音频转折频率，一般为几十千赫芝。

图4.2.2音调控制曲线
从图中可见，音调控制器只对低音频或高音频进行提升或衰减，中音频增益保持不变，音调控制器由低通滤波器和高通滤波器共同组成。
实现此方案，可有两种形式。一种是用专用集成电路LA3600，外接发光二极管频段显示器，可看见各频段的增益提升与衰减的变化情况，在高中档收录机、汽车音响等设备中，一般采用专用音调控制集成电路。另一种是采用集成运放构成音调控制器，如图4.2. 3所示。

图4.2.3 音调控制电路
设，在中、低音频区，可视开路，在高音频区，、可视为短路。
①当 时，音调控制器低频等效电路如图4.2.4所示，其中图4.2.4（a）为的滑臂在最左端，对应于低音频提升最大的情况，图4.2.4（b）为滑臂在最右端，对应于低音频衰减最大情况。图4.2.4（a）实质上是一个一阶有源低通滤波器，其传递函数表达式为

（a） (b)
图4.2.4 音调控制器低频等效电路
(a)低音频提升 ( b)低音频衰减
4.2.1
式中
或
或
时，可视为开路，运放的反相输入端为虚地，因运放输入电流，影响可忽略，此时电压增益为：
4.2.2
时，由式4.2.1得
4.2.3
模为
4.2.4
此时电压增益相对下降了。
时，由式4.2.3得
4.2.5
模为
4.2.6
此时电压增益相对下降了。
范围内，电压增益衰减速率为/10倍频程。
同样可得出图4.2.4(b)所示电路表达式，其增益相对于中频为衰减量。音调控制器工作在低音频时，幅频特性如图4.2.2左半部虚线所示。

②当时，音调控制器高音频等效电路如图4.2.5(a)所示。在高音频段、可视为短路，与、 组成星形联接，为分析方便，将其转换成三角形联接后的等效电路如图4.2.5(b)所示。

(a) (b)
图4.2.5 音调控制器高频等效电路
(a)高音频等效电路 (b) 三角形联接后的等效电路
电阻关系式为

若取，则

这时高频等效电路如图4.2.6所示，图4.2.6（a）为的滑臂在最右端时，对应于高频提升最大的情况，图4.2.6（b）为滑臂在最左端时，对应于高频衰减最大的情况。该电路为一阶有源高通滤波器，其传递函数表达式为
4.2.7
或
或

（a） （b）
图4.2.6 高频等效电路
（a）高频提升 （b）高频衰减
通过低频等效电路相同方法分析，可得到以下关系式：
时，可视为开路，
时，
时，
时，可视为短路，电压增益为
4.2.8

范围内,电压提升速率为20dB/10倍频程，音调控制器高频时幅频特性如图4.2.2中右半部虚线所示。
实际应用中，通常是给出低频区和高频区处的提升量或衰减量x(dB),再根据下式求出转折频率和。
即 4.2.9
4.2.10
3. 功率输出级的设计
选用了TDA2030A型单片集成功率放大电路，其主要特点是：上升随率高、瞬态互调失真小；输出功率比较大；外围电路简单，使用方便；采用5脚单列直插的封装形式，体积小；内含各种保护电路，工作安全可靠。

（由于在DXP的库中找不到TDA2030A，图中用LM358的符号代替）
功率输出级电路结构有许多种形式,选择由分立元器件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可.为了巩固在电子线路课程中所学的理论知识,这里选用集成运算放大器组成的典型OCL功率放大电路,电路图如图所示.其中由运算放大器组成输入电压放大驱动级,由晶体管VT1,VT2,VT3,VT4组成的复合管为功率输出级.三极管VT1与VT2都为NPN管,仍组成NPN型的复合管.VT3与VT4为不同类型的晶体管,所组成的复合管导电极性由第一只管子确定,为PNP型复合管.

3 调试要点
3.1．前置级调试
当无输入交流信号时，用万用表分别测量L353的输入点位，正常时应在0V附近。若输出端直流电位为电流电压值时，则可能运算放大器已坏或工作在开环状态。
输入端加入ui=5mV,f=1000Hz的交流信号，用示波器观察有无输出波形。如有自激振荡。应首先消除（例如通过在电源对地端并接滤波电容等措施）。当工作正常后，用交流毫伏表测量放大器的输出，并求其电压放大倍数。
输入信号幅值保持不变，改变其频率，测量幅频特性，并画出幅频特性曲线。

3.2 音调控制器调试.
动态调试：用低频信号发生器在音调控制输入400mV的正弦信号,保持副值不变.将低音控制电位器调到最大提升,同时将高音控制电位器调到最大哀减,分别测量其幅频特性曲；然后将两个电位器的位置调到相反状态，重新测量其幅频特性曲。若不符合要求，应检查电路的连接、元器件植、输入输出耦合电容是否正确、完好。

3.3. 功率放大器调试
静态调试：首先将输入电容C8输入端对地短路，然后接通电源，用万用表测试U0，调节电位器RP3，使输出的电位为零。
动态调试：在输入端接入400MV，1000HZ的正玄信号，用示波器观察输出波形的失真情况，调整电位器RP3 输出波形交越失真最小。调节电位器RP4使输入电压的峰值不小于11V,以满足输入功率的要求。

4 整机调试
将三级电路连接起来，在输入端连接一个话筒，此时，调节音量控制电位器RP4,应能改变音量的大小。调节高、低音控制电位器，应能明显听出高、低音调的变化。敲击电路板应无声音间断和自激现象。

参考文献
1 王远.模拟电子技术.北京：机械工业出版社，2006
2 王增福 李昶 魏永明. 新编线性直流稳压电源.北京：电子工业出版社，2005
3 何希才.稳压电源电路的设计与应用. 北京：中国电力出版社，2000
4 周志敏 周纪海 纪爱华.线性集成稳压电源实用电路. 北京：中国电力出版社，2006
5 周邦雄.实用电源技术手册.吉林：电子出版社，2004
6陈晓文 《电子线路课程设计》 ，电子工业出版社，2006
7互联网（百度、搜狐、谷歌等）

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课题名称： 扩声电路
班 级： 应用电技术
姓 名： 姚学林

2011年6 月7日

指导教师评语：

考核成绩： 指导教师签名：
200 年 月 日