音响放大器实验报告

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(2) 按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试,记录测试数据,分析电路性能指标。 ① 额定功率: 音响放大器输出失真度小于某一数值(如<5%)时的最大功率称为额定功率。其 表达式为 式中,RL 为额定负载阻抗;Vo(有效值)为 RL 两端的最大不失真电压。 Vo 常用来选定电源电压 VCC, 测量 Po 的条件如下: 信号发生器的输出信号(音响放大器的输入信号)的频率 fi=1kHz,电压 Vi=5mV,音调控制器的两个电位器 RP1、RP2 置于中间位置,音量控制电位器置 于最大值,用双踪示波器观测 vi 及 vo 的波形,失真度测量仪监测 vo 的波形失真。 测量 Po 的步骤是: 功率放大器的输出端接额定负载电阻 RL(代替扬声器),逐渐增大输入电压 Vi, 直到 vo 的波形刚好不出现削波失真(或<3%),此时对应的输出电压为最大输出电 压,由式(3-7-22)即可算出额定功率 Po。 实验实测值:4V*4V/10=1.6W ② 频率响应: 音响放大器的输入端接 vi (等于 5mV),RP1 和 RP2 置于最左端,使信号发 生器的输出频率 fi 从 20Hz 至 50kHz 变化(保持 vi=5mV 不变),测出负载电阻 RL 上对应的输出电压 Vo,用半对数坐标纸绘出频率响应曲线,并在曲线上标注 fL 与 fH 值。 输入阻抗: 如果接高阻话筒,则 Ri 应远大于 20k。接电唱机,Ri 应远大于 500k。 ③ 输入灵敏度: 使 Vi 从零开始逐渐增大,直到 Vo 达到额定功率值时所对应的电压值,此时对应 的 Vi 值即为输入灵敏度。 ④ 噪声电压: 音响放大器的输入为零时,输出负载 RL 上的电压称为噪声电压 VN。 测量条件同上,测量方法是,使输入端对地短路,音量电位器为最大值,用 示波器观测输出负载 RL 两端的电压波形,用交流毫伏表测量其有效值。 ⑤ 整机效率:
Po / PC 100%
式中,Po 为输出的额定功率;PC 为输出额定功率时所消耗的电源功率。
⑥ 音调控制特性(扩展) : 输入信号 vi (=100mV)从音调控制级输入端的耦合电容加入,输出信号 v0 从输 出端的耦合电容引出。先测 1kHz 处的电压增益 Av0(Av0=0dB),再分别测低频 特性和高频特性。 同样,测高频特性是将 RP2 的滑臂分别置于最左端和最右端,频率从 1kHz 至 50kHz 变化,记下对应的电压增益。 最后绘制音调控制特性曲线,并标注与 fL1、fx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fHx、 fH2 等频率对应的电压增益 。 (5)整机信号试听效果, ① 话音扩音:由于话筒的输入信号约为 5mV 左右,比较小,因而放大倍数要足 够才能使得音响播放,但是话放一级放大倍数过大会使得话筒信号盖过 mp3 信号而使得混音出来以后几乎难以辨别出 mp3 的信号。最终输出到音响的信 号约为 2V 左右,声音响度足够又不至于烧掉三极管。讲话时,扬声器传出的 声音清晰,改变音量电位器,可控制声音大小。 ② Mp3 音乐试听: mp3 的信号约为 100mV 左右,因而无需经过话放直接接入 混音电路,最后效果很清晰,但是由于连线接触不良,需要小心接线。 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。 ④ 音调控制(提高) : 低频高频段的滑变调至衰减部分用耳听比较明显,相应频 段出现明显截断, 而增强部分时较难辨别需要借助波形加以观察, 总体音调控 制效果良好。 出现故障问题及处理方法总结: 1. 搭试电路调节过程中, 对于功放部分, 按照一开始的原理图搭建出的功放里的 8050 扩流管经常被烧,最后发现降低电源电压可以解决这一问题,由 12V 调 至 6V 左右。 2. 搭试电路调节过程中,在接上 MP3 及喇叭的情况下,一开始声音比较小,通 过调节滑变即反馈电阻大小从而对放大倍数进行了调节,将带负载时的输出 信号调节为 3V 左右,从而声音足够大,发现过程中 8050 发烫,比较好的方 法就是用风扇散热。 3. 电路调试时,输出信号较小在几百毫伏时出现交越失真现象,因而通过调节 功放电路 Rp2 滑变的值以调节三极管 T1、T2 的静态工作点。出现交越即乙 类放大较多,所以抬高静态工作点即增大 Ic,发现调节 Rp2 的大小可以调节 波形,但不是很明显,对于输出大信号,基本没有交越失真的情况发生,功 放输出的波形也很完美。 4. 在前级混音的过程中,体验到了模拟电路的神奇,MP3 输出信号线的位置会 影响输出的效果,这也是今后设计制作相应模拟电路时需要注意的地方。
IO

VCC VD 12V 0.7V (设 RP2 = 0) R4 RP2 R4
R4 = 11.3 kΩ 取标称值 11 kΩ。
其他元件参数的取值如图所示。 2. (1) 利用 EDA 软件进行仿真,并优化设计(对仿真结果进行分析) 。 1.话放电路: 滑动变阻器 50%处:
滑动变阻器 70%处:
混合前置放大器的作用是将 mp3 输出的音乐信号与话筒放大器输出信号混响后的声音信号 进行混合放大。其电路如图所示,这是一个反相加法器电路,输出与输人电压间的关系为 其中 R1=R1’+R2’ 式中 u1 为话筒放大器输出电压,u2 为音乐播放器输出电压。 讲话时,扬声器传出的声音应清晰,改变音量电位器,可控制声音大小。为使得话筒信号放 大倍数足够,这里取 Rf=100 kΩ。如图所示电路状态时,Uo= -(100/35*U1+10U2) 。电路中 的电容 C1、C2、C3、C4 用于滤除输入输出波形中的低频段多余干扰信号。
输入高频信号(100kHz) ,滑动变阻器 R2 从左向右滑动波形变化(此时滑动变阻器 R1 不起 作用) :
输入中频段 1kHz 信号的波形(改变滑动变阻器 R1 或 R2) :
分析:仿真与理论相符,低频段信号(100Hz)输入时 C4 很小因而相当于断路,仅有滑阻 R1 可以控制信号变化,R1 滑动触头从左向右低频信号从衰减到放大;相应的,高频段信号
IO
2VCC 2VD R4 R5 RP2
式中,VD 为二极管的正向压降 为减小静态功耗和克服交越失真,静态时 T1、T2 应工作在微导通状态,即满足下
列关系: VAB ≈ VD1 + VD2 ≈ VBE1 + VBE2 称此状态为有甲乙类状态。二极管 D1、D2 与三极管 T1、T2 应为相同类型的半导体材料。 RP2 用于调整复合管的微导通状态,其调节范围不能太大,一般采用几百欧姆或 1KΩ电 位器(最好采用精密可调电位器) 。搭装电路时首先应使 RP2 的阻值为零,在调整输出 级静态工作电流或输出波形的交越失真时再逐渐增大阻值。 否则会因 RP2 的阻值较大而 使复合管损坏。 R6、R7 用于减小复合管的穿透电流,提高电路的稳定性,一般为几十欧姆至几百欧 姆。R8、R9 为负反馈电阻,可以改善功率放大器的性能,一般为几欧姆。R10、R11 称为 平衡电阻,使 T1、T2 的输出对称,一般为几十欧姆至几百欧姆。R12、C3 称为消振网络, 可改善负载为扬声器时的高频特性,因扬声器呈感性,易引起高频自激,并入此容性网 络可使等效负载呈阻性。此外,感性负载易产生瞬时过压,有可能损坏晶体三极管 T3、 T4。R12、C3 的取值视扬声器的频率响应而定,以效果最佳为好。一般 R12 为几十欧姆, C3 为几千皮法至 0.1 微法。 功放在交流信号输入时的工作过程如下:当音频信号 Vi 为正半周时,运放的输出 电压 VC 上升,VB 亦上升,结果 T2、T4 截止,T1、T3 导通,负载 RL 中只有正向电流 IL, 且随 Vi 增加而增加。反之,当 Vi 为负半周时,负载 RL 中只有负向电流 I L 且随 Vi 的负向 增加而增加。只有当 Vi 变化一周时负载 RL 才获得一个完整的交流信号。 (2) 静态工作点设置 设电路参数完全对称。静态时功放的输出端 O 点对地的电位应为零,即 VO=0,常 称 0 点位“交流零点” 。电阻 R1 接地,一方面决定了同相放大器的输入电阻,另一方面 保证了静态时同相端电位为零,即 V+=0 。由于运放的反相端经 R3、RP1 接交流零点, 所以 V-=0 。故静态时运放的输出 Vo=0 。调节 RP1 电位器可改变功放的负反馈深度。 电路的静态工作点主要由 I0 决定,I0 过小会使晶体管 T3、T4 工作在乙类状态,输出信 号会出现交越失真,I0 过大会增加静态功耗使功放的效率降低。综合考虑,对于数瓦的 功放,一般取 I0 = 1mA ~ 3mA,以使 T3、T4 工作在甲乙类状态。 (3) 参数设计 已知条件:RL = 8Ω, Vi = 200mV,+VCC = +12V,-VEE = -12V。 性能指标要求:Po ≥ 2W,γ< 3%(1kHz 正弦波) 。 解:采用如图所示电路,集成运放用μA741,其他器件如图所示。功放的电压增 益
3.音调电路:
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。 4.功放电路:
(1) 电路工作原理 三极管 T1、T3 为相同类型的 NPN 管,所组成的复合管仍为 NPN 型。T2、T4 为不同 类型的晶体管,所组成的复合管的导电极性由第一只管决定,即为 PNP 型。R4、R5、RP2 及二极管 D1、D2 所组成的支路是两对复合管的基极偏置电路,静态时支路电流 I0 可由 下式计算:
(100kHz)输入时,C2、C3 很大因而相当于断路,仅有滑阻 R2 可以控制信号变化,R2 滑动 触头从左向右低频信号从放大到衰减。而中频信号(1kHz)输入时,无论调动 R1 或 R2 的大 小,输出信号均无明显变化。 4.功放电路: (1) 实际搭试所设计电路,使之达到设计要求(实物图要有图片) 。
分析: 调节滑动变阻器, 改变输出电阻, 因而改变分压即输出信号大小。 仿真可知效果理想, 话放起到了放大输入信号的作用,可使得话筒的小信号得以放大。 2.混合前置放大器:
分析:将输入信号分别加 100mVp,2kHz 与 50mVp,1kHz 进行叠加,所得混合波形仿真与 理论相符,出现如图所示叠加波形,模拟了混音效果。 3. 音调电路: 输入低频信号(100Hz) ,滑动变阻器 R1 从左向右滑动波形变化(此时滑动变阻器 R2 不起作 用):
2. 3.
【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。 电路分四级,电路总增益大约为 900~1000,需要合理分配每级增益,其中话放增益设计 为 10 倍左右、混音放大一般为 3~5 倍左右、音调调试电路放大倍数约为 1,功放级的增益 30 倍左右。
1.话放电路:
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 20kΩ(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 其放大倍数 AV1 为:AV1=1+R4/R1=8.5 取 R4=75KΩ,R1=10 KΩ 电路中的电容均用来滤波。 2.混合前置放大器:
AV
Vo Vi
Po RL Vi
1
R3 RP1 R2
若取 R2 = 1kΩ,则 R3 + RP1 = 19 kΩ.现取 R3 = 10 kΩ,RP1 = 47kΩ。 如果功放级前级是音量控制电位器(设 4.7 kΩ) ,则取 R1 = 47kΩ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,由式(1)可得
东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告
课程名称:
电子线路实践
第五次实验
(仅供参考~~~~~~~~~~~~~~~)
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 ≥0.5W(失真度 THD≤10%) 负载阻抗 10Ω 频率响应 fL≤50Hz fH≥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 ≥0.5W(失真度 THD≤10%) 负载阻抗 10Ω 频率响应 fL≤50Hz fH≥20kHz 输入阻抗 ≥20kΩ 话音输入灵敏度 ≤5mV 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。 发挥部分 可自行设计实现一些附加功能
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