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音响放大器设计-东南大学电子电路实践报告

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  • 卖家[上传人]:龙***
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  • 上传时间:2018-10-16
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    • 1、东南大学电工电子实验中心东南大学电工电子实验中心实实 验验 报报 告告课程名称:课程名称: 电子电路实践电子电路实践 第第 次实验次实验实验名称: 音响放大器设计 院 (系): 专 业: 姓 名: 学 号: 实 验 室: 实验组别: 同组人员: 实验时间:年评定成绩: 审阅教师: 实验五实验五 音响放大器设计音响放大器设计【实验内容实验内容】设计一个音响放大器,性能指标要求为: 功能要求 话筒扩音、音量控制、混音功能、音调可调(选作) 额定功率0.5W(失真度 THD10%) 负载阻抗10 频率响应fL50HzfH20kHz 输入阻抗20k 话音输入灵敏度5mV 音调控制特性(扩展)1kHz 处增益为 0dB,125Hz 和 8kHz 处有12dB 的调节范 围 1.基本要求 功能要求 话筒扩音、音量控制、混音功能 额定功率0.5W(失真度 THD10%) 负载阻抗10 频率响应fL50HzfH20kHz 输入阻抗20k 话音输入灵敏度5mV 2.提高要求 音调控制特性1kHz 处增益为 0dB,125Hz 和 8kHz 处有12dB 的调节范围。 3.发挥部分 可自行设计实现一些附加

      2、功能【实验目的实验目的】1.了解实验过程:学习、设计、实现、分析、总结。 2.系统、综合地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识,在单元电路设计的基础上, 利用 multisim 软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。 3.通过设计、调试等环节,增强独立分析与解决问题的能力。【报告要求报告要求】1.实验要求: (1) 根据实验内容、技术指标及实验室现有条件,自选方案设计出原理图,分析工作 原理,计算元件参数。 话音放大器:话音放大器:由于话筒的输出信号一般只有 5mV 左右,而输出阻抗可能高达到 20k。所以话音放大 器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到 20kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出 阻抗。话筒接入后可能会啸叫,这一般是话筒外壳接地不善引起的。在话筒输入和地直接 接一 47uF 电容,啸叫基本消除。 由于话筒的输出信号一般只有 5mV 左右,而输出阻抗达到 20k(也有低输出阻抗的 话筒,如 20,200 等) ,所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号(取频率 lkHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。 话筒放大器由如图所示电路组成,即由 A1

      3、 组成的同相放大器,具有很高的输入阻抗, 能与高阻话筒配接作为话筒放大器电路。 满足:Uo=(1+R4/R1)Ui , 取 RF=100K,R1=20 K 其放大倍数 AV1 为:AV1=1+RF/R1=6 电路中的电容均用来滤波。混合前置放大器:混合前置放大器: 混合前置放大器的作用是将 mp3 输出的声音信号与话音信号混合放大,其电路如下图所示。从图中可以看出,输出电压与输入电压之间的关系为:,式中,12 12ff oiiRRvvvRR 为话筒放大器的输出信号,为放音机的输出信号。在实验过程中可调节电位器 R1 和1 iv2ivR2 以调整增益。音调控制器:音调控制器:图 a.音调控制曲线 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,控制曲线如图 a 折线所 示。由图可见,音调控制器只对低音频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与高通滤波器共同组成。 因为电容 C2=C3C4,所以在中、低音频区,C4可视为开路,而在中、高音频区, C2、C3可视为短路。 低音调节时,当 Rp1 滑到左端时,C2 被短路,C3 对低音信号容抗

      4、很大,可视为开路; 低音信号经过 R1、R3 直接输入运放,输入量最大;而低音输出经过 R2、Rp1、R3 负反馈输 入运放,负反馈量最小,因而低音提升最大;当 Rp1 滑到最右边时,与上述情形相反,因 而低音衰减最大。不论 Rp 怎样滑动,因为 C2、C3对高音信号可视为短路,对高音信号无 任何影响。 高音调节时,当 Rp2 滑到左端时,因 C4 对高音可视为短路,高音信号经 R5、C4 输入 运放,输入量最大;而高音输出则经过 Rp2,R5 负反馈送入运放,负反馈量最小,因而高 音提升最大;当 Rp2 滑臂滑到最右端时,则刚好相反,因而高音衰减最大。不论 Rp2 滑臂 怎样滑动,因为 C4 对中低音信号可视为是开路的,所以此时对中低音信号无任何影响。功率放大器:功率放大器:功率放大器给音响放大器的负载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的大,输出信号的线性失真尽可能的小,效率尽可能的 高。功率放大器的常用形式有 OTL 电路和 OCL 电路等。有用专用集成运算放大器和晶 体管组成的功率放大器,也有专用集成电路功率放大器。此处采用 OCL 功率放大器电 路。功放的

      5、电压增益为:2131RRR VRPVVAPiLoio V若取 R2 = 1k,则 R3 + RP1 = 19 k.现取 R3 = 10 k,RP1 = 100k。 如果功放级前级是音量控制电位器(设 4.7 k) ,则取 R1 = 47k 以保证功放级 的输入阻抗远大于前级的输出阻抗。 若取静态电流 Io = 1mA,因静态时 Vo = 0,故可得 (设 RP2 = 0)4247 . 012RVV RPRVVIDCC O则 R4 = 11.3 k 取标称值 11 k。 其他元件参数的取值如图所示。 (2) 利用 EDA 软件进行仿真,并优化设计(对仿真结果进行分析) 。话音放大器:话音放大器:分析:电压增益为 6,与理论是一致的。混音放大器:混音放大器:分析:通过观察输入和输出的峰峰值可知,满足,与理论12 12ff oiiRRvvvRR 分析是一致的。音调控制器:音调控制器: 当频率 f=1K 时:分析:当频率为 1K 时,增益为 0db,达到要求。当频率为 125Hz 时: A:放大:UiUoUi=10mV,Uo=59.9mVAu=6话放输入 Ui1=100mV Mp3 输入 Ui

      6、2=100mV 混合放大后输出 Uo=307mV话放输入话放输入 Ui1Mp3 输入输入 Ui2混合放大输出混合放大输出 UoUi=100mvUo=100mVB:衰减:分析:放大时:Au=20log(248/100)=8db,小于要求的 12db,衰减时: Au=20log(40/100)=-8db,大于要求的-12db,这是由于自己在音调电路中 的 R1 和 R2 选择太大导致的。当频率为 8k 时: A:放大B:衰减分析:放大时:Au=20log(373/100)=11.4db,基本达到要求的 12db 衰减时:Au=20log(27.2/100)=-11.3,基本达到要求的-12db 功率放大器:功率放大器:Ui=100mvUo=248mVUi=100mvUo=248mVUi=100mvUo=373mVUi=100mvUo=27.2mV分析:Au=52,通过调节电位器 Rp1 可以实现增益的调节(3) 实际搭试所设计电路,使之达到设计要求(实物图要有图片) 。(4) 按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试,记录测试波形及数据,分析电路性 能指标。 额定功率:分析:额定功率 Po=

      7、Vo2/RL=4.672/10=2.2W,这显然大于要求的 0.5W,说明 设计合理。 频率响应: 注:由于验收那天扫频仪的探头不知所踪,故只能用示波器测量频率响应,Ui=100mvUo=5.2V话放电路混放电路音调控制功放电路Ui(峰峰值)=30mv最大不失真电压 Uo(峰峰值) =13.2V,有效值为 4.67V方法为先测量中频区的输出电压,接着在不改变输入电压的情况下,调节频 率,使得输出电压为中频区的 0.707 倍,这样便可测得上限频率和下限频率。中频区(取频率 f=1K):下限截止频率:保持输入 Ui=5mv,降低输入的频率,使得输出 Uo=0.707*2.64=2.12V此时的频率即为下限频率:fL=10Hz,小于要求的 50Hz,说明设计合理。上限截止频率:保持输入 Ui=5mv,提升输入的频率,使得输出 Uo=0.707*2.64=2.12V注:输入的波形忘记显示,望老师见谅此时的频率即为上限截止频率:fH=25K,大于要求的 20K,说明设计合理。 输入阻抗: 在电源输出串接一 50K 的电阻作为 Rs,测得 Us=7.5mV,Ui=5mV,则输入阻抗为100k,远

      8、远大于要求的 20k,说明设计合理。 输入灵敏度: 测量方法:将音调控制器的两个电位器调节到中间位置,音量控制电位器调到最 大值,使 Vi从零开始逐渐增大,直到 Vo达到额定功率值时所对应的输入电压值即 为输入灵敏度。 Ui(峰峰值)=5mVUo(峰峰值)=2.64VUi(峰峰值)=5mVUo(峰峰值)=2.12VUo(峰峰值)=2.12VUi(峰峰值)=4mV分析:输入灵敏度为 4mv(峰峰值) ,小于题目的要求。故设计合理。 噪声电压 音响放大器的输入为零时,输出负载 RL上的电压称为噪声电压 测量方法:将音调控制器的两个电位器调节到中间位置,音量控制电位器调到最 大值,输入端对地短路,用示波器观测输出负载 RL端的电压波形,用交流毫伏表 测量其有效值。通过交流毫伏表测得有效值为 9mV, 整机效率: 在输出额定功率的情况下,将电流表串入 VCC支路中,测得总电流 I=0.5A,又 Vcc=7.5V。故=2.2/(0.5*7.5)=58.6%.oCCP VI谐波失真度:由于实验器材限制,故此项没有测,望老师见谅。 音调控制特性(扩展): 注:由于当时验收通过后,心情过于激动,导致部

      9、分音调波形未采 用双踪显示,但已事先跟老师说明,望老师见谅。 说明:音调所有的输入均为说明:音调所有的输入均为 100mV(峰峰值)(峰峰值)1、当频率为 1KHz 时:Uo(峰峰值)=13.2VUo=107mv分析:Au=20log(107/100)=0.58db,略大于要求的 0db,但基本达到要求。 2、当频率为 125Hz 时: A:放大时Uo=258mvB:衰减时Uo=48mv分析: 放大时:Au=20log(258/100)=8.23db,小于要求的 12db,衰减时:Au=20log(48/100)=-6.4db,大于要求的-12db,正如仿真所说的,这是由 于自己在音调电路中的 R1 和 R2 选择太大导致的。 3、当频率 f=8K 时 A:放大时Uo=374mv B:衰减时:Uo=36mv 分析: 放大时:Au=20log(374/100)=11.45db,略小于要求的 12db,衰减 时:Au=20log(36/100)=-8.87db,大于要求的-12db,放大区与仿真结果一致, 但衰减区与仿真存在一定误差。 综上:音调控制器实现了对低音频或高音频的增益进行提升或衰减,中音频增益保持不变, 但是对于低频或高频增益的提升或衰减的范围与要求的正负 12db 存在一定误差,尤其是 低频段,说明了自己在参数选择上仍存在不足。综合分析综合分析:此次实验基本达到了实验要求:额定功率0.5W(失真度 THD10%) 负载阻抗10 频率响应fL50HzfH20kHz 输入阻抗20k 话音输入灵敏度5mV 仅在音调调节部分略有不足

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