简易音频放大器

江西理工大学应用科学学院信息工程系《Protel软件应用》课程设计报告
设计题目：简易音频放大器
专业：通信工程
班级： 092班
学号： 9
姓名：邓林坤
同组人员：何建华、陈印、彭凯华、邵凯、赵翔
指导老师：刘会衡
完成日期： 2012-7-1 指导老师评语：
得分：指导教师签名：
目录
1 设计任务和性能指标 (2)
1.1 设计任务 (2)
1.2 性能指标 (2)
2 设计方案与论证 (3)
3 系统硬件设计 (5)
3.1 NE555芯片的功放电路 (5)
3.2电路工作原理 (8)
4 绘制原理图和PCB (9)
4.1绘制原理图和生成元器件清单 (9)
4.2绘制PCB和生成网络报表 (11)
5 PCB板制作、焊接与调试 (14)
5.1 PCB板制作 (14)
5.2 元器件的焊接 (14)
5.3 系统的调试 (15)
6 总结 (17)
致谢 (18)
参考文献 (19)
1 设计任务和性能指标
1.1 设计任务
本实验主要采用NE555芯片制作成一个简易的D类放大器，可以对输入的音频信号进行放大，利用NE555构成一个可控的多谐振荡器，音频信号输入到控制端得到调宽脉冲信号，基本能满足一般的听音要求。

由NE555和R1、R2、C1等组成可控多谐振荡器，占空比为50%，控制端5脚输入音频信号，3脚便得到脉宽与输入信号幅值成正比的脉冲信号，经L、C3接调、滤波后推动扬声器，输出音频信号。

1.2 性能指标
基于NE555芯片设计并制作一个音频功率放大电路：
（1）通过NE555和R1、R2、C1等组成可控多谐振荡器得到可控脉宽；（2）电路输出功率等于1W；
（3）由电感L和电容C3进行调波和滤波处理；
（4）负载为扬声器，阻抗8 ；
（5）具有一定的抗干扰能力；
（6）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。

（7）尽量提高放大器效率；
（8）尽量降低放大器电源电压；
（9）采用直流6V干电池供电。

2 设计方案与论证
音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，它主要应用于对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。

其基本原理电路图（如图1所示）：
图1 基本原理电路图
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（如图2所示）：
v i v o
前置放大级音调控制放大级功率放大级
图2 音频功率放大器的组成框图
本设计的音频功率放大器是一个多级放大系统。

因为音频功率放大器的输出功率要求POM=8W。

（1）前置放大级
音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。

一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。

前置放大器的主要功能：
①是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；
②是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。

（2）音调控制电路
音调控制电路的主要功能：
通过对放音频带内放大器的频率响应曲线的形状进行控制，从而达到控制放音音色的目的，以适应不同听众对音色的不同爱好。

此外还能补偿信号中所欠缺的频率分量，使音质得到改善，从而提高放音系统的放音效果。

（3）功率放大电路
功率放大电路的作用是给扬声器提供所需要的输出功率。

3 系统硬件设计
3.1 基于NE555芯片的功放电路（如图3所示）：
图3 基于NE555芯片的功放电路
NE555芯片说明：
NE555是一个能产生精确定时脉冲的搞稳度控制器，其输出驱动电路可以达到200mA。

在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲的占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其岩石时间由一个外接电阻和一外接电容确定，可延时数微秒到数小时。

工作电压范围：4.5V≤VDD≤16V。

内部结构（如图4所示）：
图4 NE555内部电路结构NE555引脚接图（如图5所示）：
图5 NE555内部结构
Pin 1 (接地) -地线(或共同接地),通常被连接到电路共同接地。

Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。

触发信号上缘电压须大于2/3 VCC,下缘须低于1/3 VCC 。

Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。

周期的结束输出回到O伏左右的低电位。

于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。

Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。

它通常被接到正电源或忽略不用。

Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。

当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。

Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。

当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。

Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。

供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。

NE555构成一个的三角波震荡，并与音频信号对比，输出脉宽调制PWM的方波，然后经过LC桥式滤波，把高频部分过滤，音频部分传给扬声器。

其特点是效率非常高，可以达到85%.
不过用NE555做的音质就不要要求了。

如果用分立元件做D类功放，
可以取得很好的效果。

我们知道D类放大器具有体积小、效率高的特点。

用NE555芯片制作的简易D类放大器。

它是利用555电路构成一个可控的多谐振荡器，音频信号输入到控制端得到调宽脉冲信号，基本能满足一般的听音要求。

由NE 555和R1、R2、C1等组成可控多谐振荡器，占空比为50%，控制端5脚输入音频信号，3脚便得到脉宽与输入信号幅值成正比的脉冲信号，经L、C3接调、滤波后推动扬声器。

3.2 电路工作原理
利用NE555电路构成一个可控的多谐振荡器，音频信号输入到控制端得到调宽脉冲信号。

多谐振荡器的工作原理
多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。

由NE555定时器构成的多谐振荡器，R 1，R 2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R 1，R 2的连接处。

4 绘制原理图和PCB
4.1 绘制原理图和生成元器件清单
（1）打开protel 用菜单File/New 新建一设计，命名，选择文件路径，然后进入Protel 的标准界面，然后Documents目录，用File/New命令，系统弹出文件类型的对话框。

我们选择SCH图标，即进入SCH设计将系统，同事系统界面变为SCH的设计界面。

（2）在文件中新建一个项目文件，然后在项目中新建一个原理图文件，命名为音频放大器.SchDoc。

在自己的库文件中分别找到NE555，电阻
R1，R2，电容C1，C2，C3，C4，C5，电感L1和扬声器LS1等元器件。

并按照电路图分别进行放置，连线和设置value。

由于自己电路板的设计和元器件大小的制约与要求，还需修改许多元器件封装，如电容C1和C5。

C1和C5的封装都需在新建的PCB库中自己画。

首先按照元器件实物两引脚的间距分别在图中放置相应间距的焊盘，间距自己先量好，并设置好焊盘自身的大小，以便焊接时的方便。

然后以间距中点为中心画圆，保存命名为C1。

在新建PCB库中添加一新的元器件，命名为C，将C1复制到新元器件C画图板中，由于C5有极性，在复制的图旁添加一个“+”极性，按后保存就行了。

之后的C2，C3和C4都可以再这个创建的PCB库中分别调用C1和C的元器件封装电感和其他需要修改的封装也如上述操作进行绘制和调用。

绘制后的原理图（如图6所示）：
图6 原理图元器件报表：
Description Designato
r Footprint LibRef Quantity
Multicell Battery BT? BAT-2 Battery 1 Capacitor C1 RAD-0.3 Cap 1 Capacitor C2 RAD-0.3 Cap 1 Capacitor C3 RAD-0.3 Cap 1
Polarized Capacitor (Axial) C4 POLAR0.8 Cap Pol2 1 Polarized Capacitor (Radial) C5 RB7.6-15 Cap Pol1 1 Default Diode D1 polar0.8 Diode 1
Header, 2-Pin J1 MHDR1X
2
MHDR1X
2 1
Magnetic-Core Inductor L1 AXIAL-0.9 Inductor
Iron 1
Loudspeaker LS1 PIN2 Speaker 1 Semiconductor Resistor R1 AXIAL-0.5 Res Semi 1 Semiconductor Resistor R2 AXIAL-0.5 Res Semi 1
U1 DIP-8 NE555 1
4.2 绘制PCB和生成网络报表
原理图画好后，点击“Compile PCB Project音频放大器.PRJPCB”进行编译，点Message进行查看编译成果，编译后没有错误。

之后就可以进行PCB设置了。

新建一个PCB,保存为PCB1，点“Keep Out Layer”画好5mm*5mm的禁止布线层。

然后设置规则，然后点击“设计”到“Import Changes From音频放大器.PRJPCB”,点击“使变化生效”再点“执行变化”得到元器件PCB图。

点击“设计”到“规则”，“RoutingLayer”中将“TopLayer”的“允许布线”的勾化掉。

然后的“Width”新建两个规则分别命名为“VCC”和“GND”，并设置好线的大小。

将PCB的元器件放置在允许布线方框中，并合理的放置元器件，放置好后选择“自动布线”（如图7所示）：
图7 PCB图
网络表：[
BT?
BAT-2 Battery
]
[
C1
RAD-0.1 Cap
]
[
C2
RAD-0.1 Cap
]
[
C3
RAD-0.1 Cap
]
[
C4
220uF Cap Pol2
]
[
C5
47uF Cap Pol1
]
[
D1
c
IN4148
]
[
J1
MHDR1X2
IN
]
[
L1
Q
Inductor Iron
]
[
LS1
PIN2
Speaker
由“Report”到“Netlist Status”到网络状态报表（如图8所示）：
图8 网络状态表
5 PCB板制作、焊接与调试
5.1 PCB板制作
（1）将单面覆铜板，的覆铜面用砂纸打磨平整，光滑（注意不要用力太大，会磨坏板子）。

（2）将打印好的附有电路图的XX纸，把单面覆铜板包裹折叠整齐（注意，将附有油墨电路的那一面紧贴着铜层面），放入热压机中，一段时间待其完全将印有油墨的电路印移到覆铜面上，方可（若一次没压好，需进行第二次，其次，注意调节好温度稳定后，方可，将板子放入机器）。

（3）待板子自动退出后，待其冷却5-6分钟，方可将印纸撕下，然后，放入点解池中将其铜层点解去（注意有毒，不宜用皮肤直接接触）。

（4）待点解完全，将板子取出，洗净。

（5）钻孔。

5.2 元器件的焊接
电路板的焊接在整个简易音频放大器的装配过程中显得特别的重要，在焊接过程中，一定要严把焊接质量关。

每一个元件插件时都要读准量值、误差等级、极性等，安装线路板和电路图标识相统的原则差准每一个元件。

在焊接完成后，一定要对焊接电路板的进行目测检查（自查与互查）。

5.3 系统的调试
按照设设计好的电路原理图进行制版，完成后按顺序将所用的元器件一次焊接到做好的PCB板上，焊接过程中要尽量避免虚焊。

整个电路焊接完成后进行测试。

用万用表侧得中点点位为30mV符合设计要求。

其他各项指标参数需要到实验室借助有关一起进行测试。

实物正面(如图)：
实物反面(如图)：
6 总结
通过此次电子技术试验的设计以及调试，掌握了音频放大器的基本设计方法和设计原理，对几种基本电路有了更深刻的认识，并且掌握了一定的多级放大电路设计和调试的经验。

但是，同时也发现自己的许多不足之处。

了现自己在将书本知识转化为实践能力的水平还很薄弱，在遇到问题时耐心不足，解决问题时不能够静下心来，比如，自己在连接电路后，出现了很多节点的错误，自己找了很久都没能找到原因，只能找同学帮忙。

在其他同学的检查测试后。

此刻，我才认识到以前忙于做好实验，填完表格的观点非常错误，这次实验，获得数据、做出报告是其次，真正的在于培养我们自己发现问题、解决问题的能力。

以后我会更注重自己这方面能力的培养。

这次设计使我对protel又有了更深层次的了解，在巩固以前知识的同时又学到了很多的新知识。

提高了自学的能力，学会了做PCB板的技术。

此外，通过这次课程设计，我觉得我们专业属于变化非常快的领域，电子产品欣欣向荣，产品的淘汰频率很高，虽然有很多领域可以让我们大展拳脚，但同样是一条时刻都面对巨大压力和挑战的道路。

所以只有今天的努力才能换来明天的稳定，珍惜任何一次学习的机会才是最重要也最实在的。

致谢
“不要人夸好颜色，只留清气满乾坤”。

感谢刘老师这一周以来的悉心帮助与教导，在老师的帮助下，我们完成了本次课程设计，基本达到了建议音频放大器的要求。

在此次课程设计中要感谢刘会衡老师的精心指导和耐心教导。

还有就是组员之间的互相帮助，让我们体会到了什么是团队精神。

参考文献
[1]华成英，童诗白《模拟电子技术基础》；高等教育出版社；
[2]李小坚，赵山林，冯晓君，龙杯冰《Protel DXP 电路设计与制作版实用教程》（第二版）；人民邮电出版社；
[3]网上相关资料；
[4]百度文库；。