音响放大器设计东南大学

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电子电路实践第次实验实验名称：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：实验五音响放大器设计【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≥(失真度THD≤10%)负载阻抗10Ω频率响应f L≤50Hz f H≥20kHz输入阻抗≥20kΩ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≥(失真度THD≤10%)负载阻抗10Ω频率响应f L≤50Hz f H≥20kHz输入阻抗≥20kΩ话音输入灵敏度≤5mV2.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功能【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】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：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 Ω（也有低输出阻抗的话筒，如20Ω，200Ω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 Ω,R1=20 K Ω 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：1212f f oi i R R v v v R R ⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭，式中，1i v 为话筒放大器的输出信号，2i v 为放音机的输出信号。

在实验过程中可调节电位器R1和R2以调整增益。

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C 2=C 3>>C 4,所以在中、低音频区，C 4可视为开路，而在中、高音频区，C 2、C 3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C 2、C 3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。

功放的电压增益为：2131R R R V R P V VA P iL o io V ++=== 若取R 2 = 1k Ω，则R 3 + R P1 = 19 k Ω.现取R 3 = 10 k Ω,R P1 = 100k Ω。

如果功放级前级是音量控制电位器（设 k Ω），则取R1 = 47k Ω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4247.012R VV RP R V V I D CC O -=+-≈（设RP 2 = 0）则 R 4 = k Ω 取标称值 11 k Ω。

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：分析：电压增益为6，与理论是一致的。

混音放大器：分析：通过观察输入和输出的峰峰值可知，满足1212f f o i i R R v v v R R ⎛⎫=-+⎪⎝⎭，与理论分析是一致的。

音调控制器：当频率f=1K 时：Ui UoUi=10mV ，Uo=Au=6话放输入Ui1=100mV Mp3输入Ui2=100mV混合放大后输出Uo=307mV话放输入Ui1Mp3输入Ui2混合放大输出UoUi=100mvUo=100mV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：Ui=100mvUo=248mVB：衰减：Ui=100mvUo=248mV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Ui=100mvUo=373mVB：衰减Ui=100mvUo=分析：放大时：Au=20log（373/100）=,基本达到要求的12db衰减时：Au=20log（100）=,基本达到要求的-12db功率放大器：Ui=100mvUo=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）。

话放电路混放电路音调控制功放电路(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。

①额定功率：Ui（峰峰值）=30mv最大不失真电压Uo（峰峰值）=，有效值为分析：额定功率Po=Vo2/RL=10=，这显然大于要求的，说明设计合理。

②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，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倍，这样便可测得上限频率和下限频率。

中频区（取频率f=1K）：Ui（峰峰值）=5mVUo（峰峰值）=下限截止频率：保持输入Ui=5mv，降低输入的频率，使得输出Uo=*=Ui（峰峰值）=5mVUo（峰峰值）=此时的频率即为下限频率：f L=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=*=注：输入的波形忘记显示，望老师见谅Uo（峰峰值）=此时的频率即为上限截止频率：f H=25K，大于要求的20K，说明设计合理。

③输入阻抗：在电源输出串接一50KΩ的电阻作为Rs,测得Us=,Ui=5mV，则输入阻抗为100kΩ，远远大于要求的20kΩ，说明设计合理。

④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V i 从零开始逐渐增大，直到V o 达到额定功率值时所对应的输入电压值即为输入灵敏度。

分析：输入灵敏度为4mv （峰峰值），小于题目的要求。

故设计合理。

⑤ 噪声电压音响放大器的输入为零时，输出负载R L 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R L 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 ， ⑥ 整机效率：在输出额定功率的情况下，将电流表串入V CC 支路中，测得总电流I=，又Vcc=。

故oCC P V Iη=⨯=*=%.⑦ 谐波失真度：由于实验器材限制，故此项没有测，望老师见谅。

⑧ 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100mV （峰峰值）1、当频率为1KHz 时：Uo=107mv分析：Au=20log （107/100）=,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=258mv B:衰减时 Uo=48mv分析: 放大时：Au=20log （258/100）=，小于要求的12db ，衰减时：Au=20log （48/100）=,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）=，略小于要求的12db ，衰减时：Au=20log （36/100）=,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。

Ui （峰峰值）=4mVUo （峰峰值）=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：此次实验基本达到了实验要求：额定功率≥(失真度THD≤10%)负载阻抗10Ω频率响应f L≤50Hz f H≥20kHz输入阻抗≥20kΩ话音输入灵敏度≤5mV仅在音调调节部分略有不足（5）整机信号试听效果：①话音扩音：声音清晰，音量大小也可以调节.②Mp3音乐试听：各种音乐播放效果都相当不错，且实现了音量和音调的可调。

③混音功能：混音的效果很好，音乐播放时对着话筒讲话声音可以听见的同时又不会完全盖过音乐，两个信号大小调节较好，又很清晰。