音频放大器 实验报告
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音响放大器的设计
一、 设计任务
1) 功能要求:具有话筒扩音、音调控制、音量控制,卡拉OK 伴唱
2) 已知条件:集成功率放大器LM386 1个,10K 欧姆高阻话筒一个(咪头,要加上拉电阻),输出电压为5mV ,集成运放LM324一只, +VCC = +9V ,8Ω/2W 负载电阻RL 1只,8Ω/4W 扬声器1只,MP3一台(连接输入线一条)
3) 主要技术指标:额定功率 Po ≥0.3W(γ <3%);
4) 负载阻抗 RL=8Ω;
5) 截止频率fL=50Hz ,fH=20kHz ;
6) 音调控制特性 1kHz 处增益为0dB ,125Hz 和8kHz 处有±12dB 的调节范围,A VL=A VH ≥20dB ;
7) 话放级输入灵敏度 5mV ;
8) 输入阻抗 Ri>>10K Ω。
二、 实验器材
实验所需元件、示波器、万用表、覆铜板、函数发生器、热转印机、钻孔机、环保腐蚀液、变压器、MP3、喇叭等等
三、 功能模块组成和增益分配
图 1功能模块组成 话筒输入
5mv 话音放大器(4.7倍)音频输入
100mv 混合前置放大(3倍)音调控制器(0.8倍)功率放大器(30倍)扬声器+9V 电源
四、功能模块设计
(一)工作电源(+9V)
电源模块由实验室稳压试验箱经过J1、J2接入电路模块,S1为电源开关,W1是7809稳压芯片,期中C3、C4为电源输入的滤波电容,C5、C6为电源输出的滤波电容,D1为发光二极管做上电指示用,P2为4个短接到地上的排针接口,作为测试用的接口。
图2稳压模块
(二)话筒输入和话音放大器
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右,输出阻抗高。所以话音放大器用来不失真地放大声音信号,输入阻抗需远大于话筒的输出阻抗,且符合阻抗匹配。第一级设计成增益为:
A V1=1+R2/R4=47K/10K=4.7,
R2 =75KΩ; R4=10KΩ,放大后输出电压为V o1按设计要求应该达到24mv,原理图如下:
图3话音放大器
(三)音频输入和混合前置放大器
混合前置放大器的作用是将MP3输出的音乐信号与话音混合放大,音频信号输出100MV,话音信号放大3倍,此级电路的电压放大倍数可以表示为:
VO2 = - [ (R1/R5)*VO1 + (R1/R9)*V12 ]
A V2= VO2/VO1=3
其中R11为调节此级电路的输入阻抗的变阻器,用以控制此级电路的音量调控。
图4混合前置放大器
(四)音调控制器
音响放大器的性能主要由音调控制器与功率放大器决定,音调控制器主要是控制调节音响放大器的幅频特性。已知fLx=125Hz,fHx=8KHz,x=12db。由此可计算转折频率fL2及fH1;fL2=fLx*2^(x/6)=500Hz,则fL1 = fL2/10=50Hz; fH1 = fHx/2^(x/6)=2KHz,则fH2= 10fH1=20KHz,在本设计中的原理图和参数如下:
图5音调控制器
其中取R13=R15=R17=30kΩ,则AvL=(RP13+R15)/R15=14≈22db。
C9=C10=1/(2πRP31 fL1) ≈8000pf,取标称值6800uf,即C9 =C10=6800uf。
其中,C9=C10>C16,在中低音频区,C16可视为开路,在中高音频区,C9与C10可视为短路。
(五)功率放大器
功率放大器(简称功放)的作用是给音响放大器的负载RL(扬声器)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大,输出信号的非线性失真尽可能地小,效率尽可能高。
A V4≈2R7/(R5+R6//R)=31.2
本设计中采用集成功率放大器,原理图如下:
图6集成功率放大器
五、仿真和安装调试
(一)设计仿真
本仿真采用ORCAD对音调级控制器进行仿真,在完成了仿真电路原理图的绘制后,安排合理的元器件初试参数,为音调控制的滑动变阻器设定参数扫描,并添加PARAMTER扫描参数控件,添加仿真电路激励源并设定合理的电源参数。仿真原理图和波形如下列所示。
图7仿真原理图
1. 低频提升电路
把R3滑到最左端。POT(set-=1)把信号源频率改成低频(100Hz)。进行瞬态仿真、交流仿真,其中
fre=1KHZ,Av=0dB;fre=125Hz,Av=12dB;Avl=20dB;fre=50hz,Av=Avl-3dB;fre=500H z,Av=Avl-17dB
图8低频提升交流特性仿真
10313231≥+=R R RP Av 125HZ 处提升12.2DB
低频提升20DB 以上
输出176mv
输入10mv
图9低频提升瞬态特性仿真
由图可见,在输入的交流源为低频情况下,输出电压得到了提升。
2.低频衰减电路
把R3滑到最右端。POT(set-=0)把信号源频率改成低频(100Hz)。进行瞬态仿真、交流仿真,其中:
fre=1KHZ,Av=0dB;fre=125Hz,Av=-12dB;Avl=-20dB;fre=50hz,Av=Avl+3dB;fre=50 0Hz,Av=Avl+17dB
低频衰减20DB
125HZ处衰减15.2DB
图10低频衰减交流特性仿真
输入10mv
输出0.87mv
图11低频衰减瞬态响应电路仿真
3.高频提升电路
把R3保持在中间位置,把R5滑到最右端。POT(set-=0)把信号源频率改成
高频(10KHz)。仿真瞬态响应(0~1ms)交流响应:
8KHZ提升13.1DB
高频提升20DB以上
图12高频提升交流特性仿真