模拟电子技术课程设计-音响放大器

课程设计说明书
课程名称：模拟电子技术课程设计
题目：音响系统放大器设计
学生姓名：
专业：电子信息科学与技术
班级：
学号：
指导教师：
日期： 2010 年 10 月 12 日
音响系统放大器设计
一、设计任务与要求
设计一个音响系统放大器。

具体要求如下： 1.负载阻抗 Ω=4L R ； 2. 额定功率 W P O 10=；
3.带宽 BW ≥kHz Hz 15~50；
4.失真度 %1<γ；
5. 音调控制 低音（100Hz ）±12dB; 高音（10kHz ）±12dB;
6. 频率均衡特性符合RIAA 标准；
7. 输入灵敏度 话筒输入端≤5mV; 调谐器输入端≤100mV;
8.输入阻抗 R i ≥500k Ω;
9. 整机效率 η≥50%；
二、方案设计与论证
根据给定的设计任务和要求与下面的设计提示，结合实际生活中的音响放大器的功能，设计一款由信号前置放大电路、主控前置放大电路、功率放大电路三部分组成的音频信号放大电路。

对照上述框图，根据技术指标的要求，已知话筒放大器的输入灵敏度＜5mV ，音调控制放大器的输入灵敏度＜100mV ，而输出功率P 。

＝10W ，则可确定总的增
均衡放
大器 话筒放大器
音调控制放
大器
噪声滤波器
功率放大器
电源
信号前置放大器
主控前置放大器
唱机
话筒 调谐器 扬声器 平 衡 调 节
音量调节
益和各放大器的增益.
输出电压有效为:
为留有一定的余量，确定总电压增益为1400，即63dB 。

通常话筒输出信号较小，所以抑制话筒放大器的噪声是它的主要问题，可以通过加强屏蔽和匹配等措施来实现，同时要尽可能降低放大器本身产生的噪声。

话筒放大器的增益可根据图中'
i V 和'
i V 的值来决定，本级可取20倍(26dB)。

音调控制放大器一般取它的中频增益为1，但要能满足音调的调节范围。

由此得出功率放大部分的电压增益应大于70倍，即37dB 以上。

均衡放大器的主要任务有三点：一是与信号源相匹配；二是应具有频率均衡功能，通常要求频率特性符合RIAA 标准；三是具有一定的中频电压放大倍数。

由于本任务中没有明确给定唱机端的灵敏度，根据一般数据，选取均衡放大器的中频放大倍数为32倍，即30dB 。

可列出各放大器的中频电压增益如下： 话筒放大器 26dB 功率放大器 37dB 音调控制放大器 0dB 均衡放大器 30dB
三、单元电路设计与参数计算
1.信号前置放大电路
由函数信号发生电路和初级放大电路组成。

函数信号发生电路为RC 桥式正弦波振荡电路，初级电压放大电路为同相比例运算电路。

从理论上讲，任何满足放大倍数要求的放大电路与RC 串并联选频网络都可以组成正弦波振荡电路，但是实际上，所选用的放大电路要尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅仅取决于选频网络，所以一般选用电压串联负反馈的放大电路即同相比例运算电路。

信号前置放大电路
参数计算:
RC 震荡电路的振荡频率：RC
f π21
0=
起振的幅值条件：
3
11
≥+
=R R A f VF 即： R f ≥2R 1
通过调整电位器R P 调节负反馈的强弱，使电路起振，进一步调节直到得到理想的信号输出。

把信号送入前置信号放大电路放大，电压串联负反馈:02
11
U R R R U f +=
通过滑动变阻器阻值的调节的选择适当的放大倍数。

2.主控前置放大电路
音调控制放大电路
参数计算：
（1）音调控制器工作的低音频时，由于电容C5<<C6=C7，故在低频时C5可看成开路，由图可求低频提升电路的频率响应函数为：
A=V0/V1=-(R10+RW1)(1+Jw/wL2)/R8(1+Jw/wL1)
其中：wL1=1/C7RW1, wL2=(RW1+R10)/(C7RW1R10)
当频率远小于低音转折频率时，C7近似开路，此时增益为：
AL=(RW1+R10)/R8
当频率升高时，C7的容抗减小，当频率远大于中音下限频率是，此时的增益为 A0=R10/R8
在低音转折频率和中音下限频率的范围内，电压怎一衰减率为-6Db/倍频。

电阻R8、R10、RW1的取值范围一般为几k到几百k之间。

若电阻过大，运算放大器的漏电流的影响变大；若取值过小，流入运算放大器的电流将超过其最大输出能力。

故取RW1=470K,R8=R9=R10=51K,电容C6=C7=0.01uF
上图图（5）为电位器RW2中间抽头处在最右端，对应于低频衰减最大的情况。

（2）音调控制器在高频端工作时，电容C6、C7近似短路，由于R8、R9、R10为星形连接，为便于分析，可将它们转换成三角形连接。

因为R8=R9=R10,所以Ra=Rb=Rc=3R8。

由于Rc跨接在电路的输入端和输出端之间，对控制电路无影响，故可将它忽略不记。

当RW2中间抽头处于最左端时，此时高频提升最大。

高频提升：该电路是一典型的高通滤波器，其增益函数为：
A=V0/V1=-Rb(1+Jw/wh1)/R8(1+Jw/wh2)
其中wh1=1/(Ra+R11), Wh2=1/(R11C5)
按照低频端的分析方法，可得出高频提升电路的一写特性并且去C5=330pF，R11=11K，RW2=470K。

当RW2中间抽头处于最右端时，此时高频衰减最大，等效电路图如下所示
3.功率放大电路
主控前置放大电路为OTL互补对称功率放大电路，电路较为复杂但频率响应好、负载能力强。

OTL 互补对称功率放大电路
参数计算：
①输出功率要大于额定功率：
)(155.1W P P o oM ==
所以，输出电压为：
)(75.7415V V o =⨯=
得出：
电压的振幅为：V 11275.7=⨯
峰峰值为：
V 22211=⨯ 所以电源电压要大于22V ，取25～30V 。

②功率放大器的增益及频率特性：
因为电容器：C3<<C2，所以在低频时，C3开路，在高频时，C2短路。

③主要参数的确定：
根据经验值，取R2为680欧姆
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
2．元件清单
元件序号型号主要参数数量备注
1 R 定值电阻和滑动电阻若干电阻
2 C 0.1uF、330pF、200uF 若干电容
3 T 2 晶体管
4 D 2 二极管
5 A 3 放大器
五、安装与调试
静态调试：先对各个分模块电路进行静态调试，接通直流电源，放大电路不加输入信号，将放大器输入端接地，用万用表分别测量晶体管的E、B、C极对地
的电压U
EG 、U
CQ
、U
BQ。

其中应首先调节R
b2
使得U
EQ
为设计值，然后再测U
BQ
、U
CQ
,计
算出集电极电流。

动态调试：按设计电路进行测量放大器的主要性能指标。

示波器用于观测放大器的输入、输出电压波形，晶体管毫伏表用于测量放大器的输入、输出电压。

当频率改变时，信号发生器的输出电压可能变化，应及时调整，维持电压恒定。

在电路的输入端接入适当幅度的信号，并沿着信号的流向，逐次检测各有关点的波形、参数或电位，通过计算测量结果，估算电路性能指标，然后进行适当调整，使指标达到要求。

电路性能经调整、初测达到指标要求后，再进行电路性能指标的全面测量。

六、性能测试与分析
把设计好的各个模块的分电路分别在ＥＷＢ软件上面调试，看是否能实现各模块的最基本功能，在对电路进行仔细的调试并且计算要达到设计要求所需的各个元件的参数使各个模块达到设计的要求。

在把各个模块组合在一起看是否能实现设计目的，要是不能再调试计算各个分电路之间的相互影响通过各元件的参数的调整使各模块的影响最小化后者消除，最后的电路就是实验多要求的电路。

七、结论与心得
通过这次模电课程设计的学习，让我了解了电路设计的一般步骤也让我感受到了理论学习的实际操作之间的区别，平时只注重了课本上的知识的系统学习和所谓的考试的要点而忽略了实际动手能力的训练。

在刚拿到实验题目时的满脑子的茫然到后来查阅相关的书籍与网络知识有一点点思路再到后来的设计完成，感觉自己真的从这个实验学到了很多
在为期一周的课程设计中我深深的感觉到自己专业知识的匮乏，对一些工作感到无从下手，茫然不知所措，这时才真正领悟到学无止境的含义，千里之行，始于足下。

这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

这次课程设计终于顺利完成了，虽然在设计中遇到了很多问题，但是都被我们一一克服。

最后，我要感谢我的老师以及同学，在做课程设计期间对我的帮助，尤其是这次我们一组的同学，他将自己宝贵的经验毫无保留的与饿哦交流，让我体会到什么叫相互学习。

八、参考文献
[1] 华成英、童诗白.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社
[2] 郭永贞.电子技术实验与课程设计知道（模拟电路部分）.东南大学出版社
[3] 戈素贞、杜群羊、吴海青.模拟电子技术基础与应用实例.北京航空航天大学出版社
[4] 李源生．《电路与模拟电子技术》. 电子工业出版社出版
[5] 姚福安.电子电路设计与实践.山东科学技术出版社。