基于音响设备系统的设计与制作-西安培华学院(编辑修改稿)

基于音响设备系统的设计与制作-西安培华学院(编辑修改稿)内容摘要：

A4102）的内部电路图，它们由输入级、中间级（第二级和第三级）和输出级三部分组成。 输入级是由 T T2 组成的单端输入、单端输出的差动放大电路。 外接电源 EC 经过T R R5和 T5 组成的分压网络，在端点 10 上产生直流电压 U10，其值等于 EC/2。 该直流电压通过电阻 R1加到 T1 的基极，作为 T1 的基极偏置电压。 输出端点 1 通过 R11接到 T2 管的基极，实现交直流负反馈。 其中，直流负反馈用来稳定输出端点 1 的直流电位，使它维持在 EC/2 上。 交流负反馈用来稳定整个放大器的增益，并改善放大器的非线性失真。 中间级由第二级和第三级组成。 其中第二级是由 T4 管组成的电流串联负反馈放大器，T T6 管组成的镜象恒流源是该放大器的集电极有源负载。 因此第二级放大器具有很高的增益。 第三级是由 T7 管组成的电流串联负反馈放大器，它为输出级提供所需的推动电压。 输出级是由 T8~T14 管组成的互补对称功率放大电路。 其中， T12 和 T13 组成等效的NPN 管， T8 和 T14 组成等效的 PNP 管。 为了克服交越失真，将 T12 的集电极直流电压通过 R8加到 T8 管和 T12 管的基极，同时，电源电压 EC 通过 R9加到 T8 管的发射极，并通过 T9~T11 管加到输出端点 1，以保证加到 T T12 和 T13 管 B、 E 间的静态电压大于各管的导通电压，而 T14 管所需的偏置电压则由 T8 管提供。 图 110 集成功率放大器 LA4100（ LA410 LA4102）的内部电路图 西安培华学院本科毕业论文（设计） 基于音响设备系统的设计与制作 11 （ 2） .集成功放的典型应用 图 111 OTL 形式电路图 该电路外部元件的作用如下： 电容名称从左到右： CF、 C1 、 C CD、 C CB、 C CH、 CC RF、 CF  与内部电阻 R11组成交流负反馈支路，控制电路的闭环电压增益 Auf， 即 : Auf  R11 / Rf 相位补偿。 CB减小，频带增加，可消除高频自激。 CB一般取几十至几百皮法。 CC ── 输出端的耦合电容，两端的充电电压等于 VCC/2， CC一般取耐压 大于 VCC/2的几百微法电容。 CD ── 反馈电容，消除自激振荡， CD一般取几百皮法。 CH ── 自举电容， 使复合管 YT1 YT13 的导通电流不随输出电压的升高而减小。 C1 ── 输入端的耦合电容。 C3 C4── 滤除纹波电压，一般取几十至几百微法。 C5 ── 用来滤去高音频分量，改善声音质量。 C2── 电源滤波，可消除低频自激。 西安培华学院本科毕业论文（设计） 基于音响设备系统的设计与制作 12 2 响放大器主要技术指标及测试方法 概述主要的技术指标 有额定频率，频率响应，音调控制性，输入阻抗，输入灵敏度，噪声电压，整机频率。 测 试方法 1. 额定功率 音响放大器失真度小于某一数值（如 5%）时的最大功率称为额定功率，即式中 RL—— 额定负载阻抗 ： RUP LOO 2 （ 21） U0（有效值） —— RL两端的最大不失真电压。 测量 P0的条件：信号发生器输出频率 fi=1kHz,输出电压 Ui=20mV,音调控制器的两个电位器 RP RP2 置于中间位置，音量控制电位器 RP3 置于最大值，双踪示波器观测 U0及 U0的波形，失真度测量仪监测 U0的波形失真。 测量 P0的步骤是：功率 放大器的输出端接额定负载电阻 RL（代替扬声器），输入端接 Ui，逐渐增大输入电压 Ui，直到 U0 的波形刚好不出现削波失真（或ｒ 3%），此时对应的输出电压为最大输出电压，由上式可算出额定功率 P0， 注意，最大输出电压测量后应迅速减小 Ui，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。 2. 频率响应 放大器的电压增益相对于中音频 f0(1kHz)的电压增益下降 3dB时所对应的低音频率 fL和高音频率 fH称为放大器的频率响应。 测量条件同上，调节 RP3 使 输出 电压约为最大输出电压的 50%。 测量步骤是：话筒放大器的输入端接 Ui=20mV，输出端接音调控制器，使信号发生器的输出频率 fi 从 20Hz~50kHz 变化（保持 Ui=20mV 不变），测出负载电阻RL 上对应的输出电压 U0， 用半对数坐标纸绘出频率响应曲线，并在曲线上标注 fL 与 fH值。 西安培华学院本科毕业论文（设计） 基于音响设备系统的设计与制作 13 3. 音调控制特性 Ui=100mv 从音调控制级输入端耦合电容加入， U0从输出端耦合电容引出。 先测 1kHz处的电压增益 AU0（ ≈ 0dB），再分别测低频特性和高频特性。 测低频特性：将 RP1 的滑臂分别置于最左端和最右端时，频率从 20Hz~1kHz 变化，记下对应的电压增益。 同样，测高频特性是将 RP2 的滑臂分别 置于最左端和最右端，频率从（ 1~50） kHz 变化，记下对应的电压增益。 最后绘制音调特性曲线，并标注 fL fLx、 fL f0(1kHz)、 fH fH2等频率对应的电压增益。 4. 输入阻抗 从音响放大器输入端（如话筒放大器输入端）看进去的阻抗称为输入阻抗 R。 如果接高阻话筒， Ri 应远大于 20kΩ。 接电唱机， Ri 应远大于 500kΩ。 Ri 的测量方法 与 放大器的输入阻抗测量方法相同。 5. 输入灵敏度 使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压（有效值）称为输入灵敏度。 测量条件与额定功率的测量相同。 测量方法是，使 Ui 从零开始逐渐增大直到 U0 达到额定功率值时对应的电压值，此时对应的 Ui值即为输入灵敏度。 6. 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 UN， 测量条件同上。 测量方法是，使输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观察输出负载 RL的电压波形，用交流电压表测量其有效值。 7. 整机效率 %100 PP CO （ 22） 式中 P0—— 输 出 的额定功率； Pc—— 输出额定功率时所消耗的电源功率。 西安培华学院本科毕业论文（设计） 基于音响设备系统的设计与制作 14 3 实际电路的设计 设计过程 设计电路 ： 本题的设计过程为：首先确定整机电路的级数， 再 根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前级逐级计算。 本题已经给定了电子混响器电路模块，需要设计的电路为话筒放大器，混合前置放大器，音调控制器及功率放大器。 根据题意要求，输入信号为 5mV时输出功率的最大值为 1W，因此电路系统的总电压增益 ，由于实际电路中会有损耗，故取，各级增益分配如图 31 所示。 功放级增益 Av4 由集成功放块决定，取Av4=100(40dB),音调控制级在 f0=1kHz 时，增益应为 1(0dB)，但实际电路有可能产生衰减，取 Av3=(2dB)。 话放级与混合级一般采用运算放大器 ，但会受到增益带宽积的限制，各级增益不宜太大，取 Av1=()， Av2=1(0dB)。 上述分配方案还可以在实验中适当变动。 图 31 各级电压增益分配图 功率放大器的设计 由于采用集成功率放大器，电路设计变得十分简单，只要查阅手册便可得到功放块外围电路的元件值，如图 32 所示。 其功放级的电压增益 4uA 为 4uA =20KΩ ／ FR =100 得 FR =200 如果输出波形出现高频自激 (叠加毛刺 )，可以在 ⒀ 脚与 ⒁ 脚之间加 0． 15μ F 的电容。 西安培华学院本科毕业论文（设计） 基于音响设备系统的设计与制作 15 图 32 功率放大器 音调控制器（含音量控 制）的设计 音调控制器的电路如图 33 所示。 运算放大器选用单电源供电的四运放 LM324，其中 RP33称为音量控制电位器，其滑臂在最上端时，音响放大器输出最大功率。 转折频率 2Lf及 1Hf 2Lf = LXf 6/2X =400Hz 则 1Lf = 2Lf /10=40Hz 1Hf = HXf 6/2X = 则 2Hf =10 1Hf =25 KHz R3 R3 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。 一般取几千欧至几百千欧。 现取 RP31=470kΩ ， R31=R32=47kΩ ，则 uLA =(RP31+R32)／ R3l=1+RP31／ R3l=11(20． 8dB) 1Lf =1／ 2π RP3lC32 则 C32==13121LfRPμ F 取标称值 0． 01μ F，即 C31=C32=O． 0lμ F Ra=Rb=Rc=3 1R =3 2R =3 4R 则 R34=R31=R32=47kQ Ra=3R4=141kΩ uHA =(Ra+R3)／ R3≥ 20dB 西安培华学院本科毕业论文（设计） 基于音响设备系统的设计与制作 16 R33=Ra /10=14． 1kΩ 取标称值 13kΩ 2Hf =1／ 2 R3C3 则 C33=23321HfR=490pF 取标称值 510pF 取 RP32=RP31=470kΩ ， RP33=10KΩ ，级间耦合与隔直电容 C34=C35=10μ F 图 33 音调控制器 话筒放大器的设计 图 34 所示电路由话筒放大电路组成。 其中 A 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筒放大器电路，其放大倍数 1uA 为 1uA =1+R12/R11=() 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 Hf =10kHz 的 频 响要求。 电路图： 图 34 话筒放大器 西安培华学院本科毕业论文（设计） 基于音响设备系统的设计与制作 17 该电路在 EWB 中的仿真如图 35 所示，其中 A 通道为输入端 Ui， Ui=5mV。 B 通道为输出端 Uo, Uo≈ 40 Mv。 放大倍数为 Au=40/5=8,满足设计框图的要求。 元件参数选用： 电阻： R =10K R =68K R=10K *2 电容： C =10uF C =1uF 集成电路： LM324 混合前置放大器的设计 混合前置放大器的电路由运放 A 组成，这是一个反向加法器电路如图 35，输出电压Uo2的表达式为 Uo2=[(R22／ R21)Uo1+(R22／ R23)Ui2] 元件参数选用： 电阻： R =10K R =39K R =39K R=10k *2 RP =10k RP =10k 电容： C =10uF C =10uF C =10uf C =10uf C =10uf 集成元件： LM324 根据图 3— 5 的增益分配，混合级的输出电压 U02≥ 37． 5mV，而话筒放大器的输出U01已经 达到了 U02的要求，即 U01=Au1 Ui1=39mV，所以取 R21=R22。 录音机输出插孔的信号 Ui2一般为 100mV，已经远大于 U02的要求，所以对 Ui2要进行适当衰减，否则输出会产生失真。 取 R23=100kΩ ， R22=R21=39kΩ ，以使录音机输出经混合级后也达 到 U02的要求。 如果要进 行卡拉 OK 歌。