北邮扩音机实验报告Word格式.docx
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2、音调控制器设计...................................................................…..7
3、功率输出级设计........................................................................10
4、波形图.....................................................................................11
5、Protel绘制的全电路原理图.......................................................12
六、PCB板图.....................................................................................13
七、电路所实现功能和实际测试数据...........................................13
1、分级调测........................................................................................13
2、电路总体功能与测试..................................................................14
3、所实现功能评价..........................................................................15
八、故障及问题分析...........................................................................16
九、实验总结与结论..........................................................................17
十、参考文献...........................................................................……...17
一报告摘要
1.课题名称
扩音机电路的设计与实现
2.报告摘要
本实验采用计算机辅助设计的方法,分析并设计了扩音机电路,实现了音频放大、音调和音量调节等功能。
报告中首先给出设计目标和电路功能分析,然后讨论各级电路具体设计和原理图,后给出了实际搭建电路测试的数据及分析,最后总结本次实验并给出了PCB板图。
3.关键字
扩音机功率放大音调调节
二、设计任务和要求
1.设计一个对函数发生器输入信号具有放大能力的扩音电路,设计指标和给定条件为:
基本要求:
1)最大输出功率不小于2W
2)负载阻抗为8Ω
3)具有音调调控功能,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100Hz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,即用电位器可以调节音量的大小.
提高要求:
5)频率响应:
当高、低音调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
7)输入为话筒输入,输入灵敏度不大于30mv
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)及印制电路板图(PCB)
三、所用元器件、测试仪表清单及相关介绍
1.电路元器件:
集成运算放大器LF353(2个)、单片集成功率放大电路TDA2030A(1个)、面包板(1个)、水泥电阻(1个)、电阻电容若干、
导线若干、其他
测试仪器:
直流稳压电源、函数信号发生器、万用表、示波器、晶体管毫伏表
2.芯片资料
①LF353
内部平衡的失调电压:
10mV;
低输入偏置电流:
50pA;
低输入噪声电压:
25nV/√Hz;
低输入噪声电流:
0.01pA/√Hz;
;
宽增益带宽:
4MHz;
高转换速率:
13V/μs;
低电源电流:
3.6mA;
高输入阻抗:
1012Ω;
低总谐波失真:
≤0.02%;
低1/ƒ转折噪声:
50Hz;
快速建立时间:
2μs(达0.01%)
②TDA2030A
特点是:
外接元件非常少;
输出功率大:
Po=18W(RL=4Ω);
采用超小型封装(TO-220),可提高组装密度;
内含各种保护电路,因此工作安全可靠;
TDA2030A能在最低±
6V最高±
22V的电压下工作在±
19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率,THD≤0.1%。
四、设计思路与总体结构图
扩音设备的作用是把从话筒、录放卡座、CD机(本实验中为函数信号发生器)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。
各级主要功能和要求:
前置放大主要完成小信号放大,要求输入阻抗高,输出阻抗低,频带宽,噪声小;
音调控制主要实现对输入信号高低音的提升和衰减;
功率放大器决定整个电路的输出效率、非线性失真等指标,要求效率高、失真小、功率大。
各级增益的分配:
前置放大120倍左右,音调控制中频放大1倍,功放级电压放大8倍左右,总放大倍数为900倍左右。
五、分块电路和总体电路的设计
1、前置放大器设计
由于话筒提供的信号非常弱,一般在音调控制器前面加一个前置放大器。
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,前置放大级由LF353组成两级放大电路,每级放大十倍。
即
两级各放大11倍:
Au1=Au2=11
再由:
Au1=1+R6/R5
使:
R6=R9=100k,R5=R8=10k
其他参数按照经验得出。
前置放大级的电路设计图为:
2、音调控制器设计
①音调控制器的功能是:
根据需要按一定的规律控制、调节音响放大器的频率响应,更好的满足人而的听觉特性。
一般的音调控制器只对低音和高音的增益进行提升或衰减,而中音信号的增益不变。
最终效果为:
音调控制幅频特性曲线
②音调控制级设计思路为:
利用电阻电容网络的选频作用,对于高频和低频信号分开处理;
利用电位器使阻值发生变化从而改变相应的反馈系数,以达到改变增益的目的。
③音调控制级总电路图
A、中频段:
C6、C7短路;
C8开路。
等效电路图此时有:
B、低频段:
C8开路,此时Rp1从左端滑到右端,容抗将增大,电路增益也增大。
即:
调节Rp1可改变低音放大倍数,产生提升和衰减的效果。
C、高频段:
C6、C7短路,调节RP2产生高音提升和衰减的效果。
3、功率输出级设计
功放要求功率尽可能大,失真尽可能小,效率尽可能高。
根据前文所述的芯片资料此处选用TDA2030A型集成功率放大电路。
其接法参考芯片手册。
分析:
此集成功放电路中C1为隔直耦合电容,C6、C3、C4、C5为电源供电电路的滤波电容,消除电源中谐波带来的放大电路的失真,R4、C7防止放大器产生低频自激振荡,整个电路放大倍数由R2和R1决定,两个1N4001起保护作用。
4、波形图
前置放大
功率输出
5、Protel绘制的全电路原理图
六.PCB板图
七、电路所实现功能和实际测试数据
1、分级调测
A前置放大级调测
信号源输入为:
f=1000HZ,VI=4.93mV
前置放大级输出:
Vo1=601mV
前置放大级增益:
Vo1/VI=121.9
前置放大级增益符合设计要求。
B音调控制级调测
1低音提升测试:
信号源输入100HZ的低频信号,检测音调控制级的输出信号V02。
调节RP1至最大,使Vo2幅度加大。
实测得Vo2=3.97V,Au=10.05,满足调节低音电位器可以使输出功率变化±
12dB。
2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。
实测得Vo2=2.14V,Au=5.5,满足调节高音电位器可以使输出功率变化±
3中频增益测试
信号源输入1000HZ的中频信号,检测音调控制级的输出信号Vo2。
测得Au=1.03。
符合中频增益为1的要求。
综合实验数据,可得音调控制级符合设计要求。
C功率放大级调测
信号频率
输入电压
输出电压
电压增益
输出功率
1000HZ
523mV
4.28V
8.18
2.29W
满足设计要求的最小功率大于2W。
2、电路总体功能与测试
A最大输入电压与输出功率
总电压增益
最大输出功率
8.1mV
6.35V
784
5.02W
B噪声测试
输入端短路时,噪声输出电压为2mV<
10mV,符合设计要求。
C频率响应
当高、低音调电位器处于不提升也不衰减位置时,fL=70HZ,fH=8700HZ,基本达到设计要求。
D音量调节测试
调节RP3,观察示波器,输出电压连续可调,最小输出电压可近0V,增大音量输出电压可达到最大输出电压值。
由此可知音量也连续可调。
3、所实现功能评价(4个基本要求,3个提高要求)
功能
设计要求
实际数据
评价
>
=2W
5.02W(最大)
音调调控
高低音调节:
+-12dB
高:
+13~-14dB
低:
+12~-14dB
音量调节
输出功率连续可调
可调:
+13~-12dB
频率响应
BW>
=6khz
70~8700hz
BW=8.7khz
噪声电压
<
=10mv
2.4mv
负载阻抗
8欧
话筒输入灵
敏度
=30mv
20mv
注:
代表达标代表不达标
综上,共四个基本要求,三个提高要求都已经完成!
八、故障及问题分析
①输出波形失真
主要原因有两个:
一是一开始不太了解电路的原理,不明白每一部分的功能。
比如说不知道RP3有分压的作用,如果它使功放级分压过多,就会导致最终波形的失真。
解决办法是调整了RP3的阻值。
二是部分电解电容由于使用时间过长,性能不好,导致波形抖动厉害且严重失真。
解决办法是更换好的元器件。
同时也明白了每次用一个元器件之前都要先检查它的好坏。
②局部电路电流过大,烧坏器件。
这个问题发生在与负载并联的支路上,由于前几级的放大此时电流已经很大,同时由于多次的通断电,使R17这个1欧姆的电阻磨损严重,再次通电时,导致其工作不正常。
解决办法是测量此支路的电流,同时调节滑动变阻器使电流适量减小,再更换新的电阻。
九、实验总结与结论
此次实验从前期的查资料、电路设计,再到实际连电路,最后测参数及改善电路性能,我每个过程都脚踏实地地完成,虽然其中有很多波折,但最终的测试参数说明总的来说这次实验是成功的。
通过这次实验,让我把模拟电路的理论与实践结合了起来,认识到了理论和实践的差距,由此一方面提高了自己的电路实际操作能力,另一方面也巩固了自己的相关理论知识。
同时,通过查资料、和同学讨论、放弃周末休息去反复实验,克服了一个个困难的过程也是人生中难得的体验与收获。
十、参考文献
[1]电子电路综合设计实验教程,北京:
北京邮电大学电路中心,2011
[2]刘宝玲等.电子电路基础,北京:
高等教育出版社,2008
实验报告结束>
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