北邮扩音机实验报告

电子电路综合设计实验报告课题名称：扩音机电路的设计专业名称：班级：学号：姓名：班内序号：指导教师：扩音机电路设计一、摘要扩音设备的作用是把从话筒、录音卡座、CD机送出的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号，主要采用运算放大器和集成音频功率放大电路来构成扩音机电路。

电路结构分为前置放大，音调控制，功率放大三部分。

前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声要小；音调控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率，要求效率高，失真尽可能小，输出功率大。

二、关键词扩音机前置放大音调控制功率放大三、实验目的（1）通过扩音机电路的设计与制作，了解扩音机电路的形式和用途。

（2）掌握音频放大电路的实现方法。

（3）理解电子电路综合设计、安装、调试的基本方法，提高工程设计和实践动手能力。

（4）激发创新实践欲望，培养创新实践兴趣，提高创新实践能力。

四、设计任务和要求1、设计实现一个对话筒输出信号具有放大功能的扩音机电路，设计指标以及给定条件为：（1）最大输出功率不小于2W。

（2）负载阻抗为8Ω。

（3）具有音调控制功能，即用两个电位器分别调节高音和低音。

当输入信号为1KHz时，输出为0dB；当输入信号为100KHz正弦时，调节低音电位器可以使输出功率变化±12dB；当输入信号为10KHz正弦时，调节高音电位器也可以使输出功率变化±12dB。

（4）输出功率的大小连续可调，即用电位器可调节音量的大小。

（5）频率响应：当高、低音调节电位器处于不提升也不衰减的位置时，-3dB的频率范围是80Hz~6KHz，即BW=6KHz。

（6）输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mv，直流输出电压不超过50mv，静态电源电流不超过100mA。

2、设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）。

五、设计思路及总体结构框图1、设计思路（1）前置放大器的设计：由于话筒提供的信号非常弱，一般在音调控制器前加一个前置放大器。

考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器LF353。

LF353是一种双路运算放大器，属于高输入阻抗低噪声的集成器件。

其输入阻抗达到104MΩ，输入偏置电流为50×10-12A,单位增益频率为4MHz，转换速率为13V/μs。

（2）音调控制器的设计：音调控制器的功能是：根据需要按照一定的规律控制、调节音响放大器的频率响应，更好的满足人耳的听觉特性。

一般的音调控制器只对低音和高音的增益进行提升或者衰减，而中音信号的增益不变。

音调控制器的关键是电阻电容网络的选频作用。

输入信号分成两个支路送到放大器的输入端，一路对低频信号具有选择和调节作用，用大电容实现，另一路对高频信号具有选择和调节作用，用小电容实现。

中频信号的增益不变。

（3）功率输出级的设计：功率输出级电路结构有许多种形式，这里选用TDA2030A型单片集成功率放大电路，其主要特点是：a、上升随率高、瞬态互调失真小；b、输出功率比较大，单片的TDA2030A的输出功率可以达到18W；c、外围电路简单，使用方便；d、采用5脚单列直插的封装形式，体积小；e、内含各种保护电路（短路、热保护、地线开路、电源反接），工作安全可靠。

2、总体结构框图六、分块电路和总体电路的设计1、前置放大器前置放大电路由LF353组成的两级放大电路。

第一级放大电路的Au1=11，即1+R5/R6=11，取R5=100KΩ,R6=10KΩ。

另取Au2=11，同样R8=100KΩ，R9=10K Ω。

耦合电容C1、C3与C5取10uF，C4取100uF，以保证扩音电路的低频响应。

其他元器件的参数选择为C2=100pf，R4=R7=100KΩ，R10=22KΩ。

电路图如下图所示：2、音调控制器的设计音调控制器的关键是电阻电容网络的选频作用。

输入信号是分成两个支路送到放大器的输入端的。

一条是经R11、RP1、C6、R13到输入端，并经过C7、R12到输出端形成负反馈。

另一条是经过RP2、R14、C8到输入端。

这两条支路的电容容量相差很大，C6、C7容量大，对低频信号影响大；C8容量小，对高频信号起作用。

在中频段，C6、C7可以视为短路，C8视为开路。

由于中频段信号的增益不变，此时的放大倍数为Au=-R12/R11=-1。

在低频段，C8视为开路，RP1调节时，信号频率越低，则随着容抗的增大增益越大，随着RP1的滑动端从左端移到右端，增益也将由小变大，也就是说调节RP1能改变低音的放大倍数，产生提升和衰减的效果。

在高频段，C6、C7可以视为短路，调节RP2可使高音的放大倍数得到提升和衰减。

对于音调控制电路，RP1作为低音控制，RP2作为高音提升，旋转到D点时高音衰减。

为了使电路获得满意性能，下面的条件必须具备：（1）信号源的内阻不大。

（2）用来实现音调控制的放大电路本身有足够高的开环增益。

（3）C6、C7的容量要适当，其容抗跟有关电阻相比，在低频时足够大，在高频时又足够小；而C8的选择却要使它的容抗在低、中频时足够大，在高频时足够小。

也即C6、C7能让中高频信号顺利通过而不让低频信号通过；C8能让高频信号通过而不让中、低频信号通过。

（4）RP1、RP2 的阻值均远大于R11 、R12 、R13 、R14 。

当R11=R14时，该音调电路的中音频电压增益约等于1。

电路图如下图所示：（附：等效电路图）①中频段②低频提升电路③低频衰减电路（附：音调控制幅频特性曲线）3、功率输出级的设计电路图如下图所示：4、总体电路图如下图所示：5、PCB布线图如下图所示：6、电路搭建实物图如下图所示：七、所实现功能说明1、完成的功能前置放大级电压放大倍数约为118，音调控制中频电压放大倍数为1，功率放大级电压放大倍数约为9.56，完成了把微弱的声音信号放大成能推动扬声器的大功率信号的功能。

2、测试数据及数据分析（1）测试第一级电路数据分析在1.001kHZ频率下，由函数信号发生器调节产生峰峰值为10mV的正弦波信号，测量第一级输出波形峰峰值为1.18V,即第一级对信号放大了118倍左右，满足实验要求。

（2）测试第二级电路数据分析①中频增益测试在保持输入信号峰峰值为10mV不变的情况下，测量第二级的输出，信号峰峰值仍为1.18V左右，但信号反相，说明第二级没有放大功能，但可以有反相功能。

即第二级放大电路对中频信号的增益为1左右，满足实验要求。

②低音提升测试信号源输入100.03HZ的低频信号，检测音调控制级的输出信号V02。

调节RP1，使Vo2幅度加大，到大约为Vo1的四倍多时，停止调节。

实测得Vo2=4.70V （峰峰值），Au=3.98，基本满足调节低音电位器可以使输出功率变化±12dB。

③高音衰减测试信号源输入10KHZ的高频信号，检测音调控制级的输出信号Vo2。

调节RP2，使Vo2幅度减小，到大约为Vo1的四分之一时，停止调节。

实测得Vo2=290mV（峰峰值），Au=4.07，基本满足调节高音电位器可以使输出功率变化±12dB。

综合实验数据，可得音调控制级符合设计要求。

（3）测试第三级电路数据分析保持输入信号峰峰值10mV不变，测量第三级的输出，信号峰峰值为11.3V 左右，说明第三级放大了9.5倍左右。

在水泥电阻两端接上交流毫伏表，得电压有效值为3.99V，而所用的负载阻抗为8Ω，因而输出功率为2W左右，满足设计要求。

同时可以调节第三级的电位器Rp3使得输出波形的幅度继续增大。

记下可以达到的最大不失真的输出电压有效值，为5.6V左右，因而可以算得最大不失真输出功率为Pomax =Uo2/RL=5.62/8=3.92W，最大不失真功率为3.92W，大于所要求的2W，较好地达到了实验的要求。

（4）带宽的测试对电路进行逐级测试，并用示波器监测实验过程中各段输出波形时，波形质量都较好，未出现明显的非线性失真。

当不接入信号源时，电路并没有出现自激现象。

当高音电位器处于不提升也不衰减的位置时，信号频率约为fL=92.412Hz；当低音电位器处于不提升也不衰减的位置时，信号频率约为fH=6.1365KHz；所以可知BW=f H-f L≈6KHz，较好地达到了实验要求。

（5）有关自激振荡的测试将输入端短路，交流毫伏表测输出电压即为噪声输出电压有效值，万用表测输出电压即为直流输出电压，万用表测静态电源输出电流即为静态电源电流。

用交流毫伏表测得噪声输出电压为8.2mV，小于10mV；直流输出电压为1.2mV，小于50mV；测得静态电源电流为40mA，小于100mA。

这些指标较好地达到了实验要求。

八、故障及问题分析1、在测试第一级电路时，第一小级放大电路正常放大11倍左右，但第二小级出现输出无波形的现象。

解决方案：用万用表测各元件间阻值，检查电路中是否有短路或断路现象，发现芯片的7管脚处面包板内存在断路，改变电路后电路放大正常。

2、在将一、二、三级连接起来之后，出现了自激现象，波形表现为下图。

可见波形很不稳定，且很不规则。

经过分析得知，是在第三级产生自激，通过回路反馈给一、二级，使得整个电路工作在自激状态。

解决方案：（修改电路搭建布局）将一、二、三级电路分别接地，再将接地导线全部扭成一股，这样有效地减小了各级之间的干扰程度。

3、在测量第三级时，一接上电源，功放3管脚处的220uF电解电容爆了。

解决方案：仔细检查电路的连接情况，发现自己犯了粗心的错误。

原来是自己在给TDA接上正电源以后，未接上负电源，使得电解电容在电源正极与地之间正负极接反，从而爆炸。

在给TDA接上负电源的导线后，电路工作正常了。

4、面包板内部确实存在短路现象。

在整个实验过程中，前两级电路搭建调测都比较顺利，而第三级在测试时水泥电阻发热非常严重，手摸上去特别烫。

用电压表测其两端电压发现已经超过了水泥电阻的额定电压值。

解决方案：排查电路连接与各个器件均没有问题，于是我怀疑面包板有短路现象。

用导线和万用表检查面包板，发现面包板有多处短路。

于是改用面包板其它位置连接电路，同时在水泥电阻和地之间接了一个0.1uF的电容，果然经过滤波后功率电阻不再发烫了。

5、在连接第三级电路时，所用二极管与一般的二极管不同，器件上未标出其极性，因而不知道所使用的二极管的极性。

解决方案：可以用万用表检测。

将万用表拨到×100Ω欧姆档，两表笔分别接二极管的两个管脚，测出结果后，对调两表笔，再测出一个结果。

若两次结果得出的电阻值相差较大，则该二极管是好的。

在阻值较小的一次测量中，黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。

6、在测试过程中，经常会发现输入输出的波形存在毛刺的情况，或者波形呈现扭曲状，不是标准的正弦波。