模拟电子技术课程设计卡拉OK电路设计.docx
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模拟电子技术课程设计卡拉OK电路设计
《模拟电子技术》课程设计说明书
卡拉OK电路
学院:
学生姓名:
同组成员:
指导教师:
职称/学位
专业:
班级:
学号:
完成时刻:
课程设计评定意见
指导老师评阅意见
指导老师签字:
指导老师评定成绩
教研室意见
教研室主任签字:
《模拟电子技术》课程设计任务书
学院:
电气与信息工程学院
适应专业:
自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程
指导教师
曹才开
学生姓名
课题名称
卡拉OK电路
内
容
及
任
务
一、设计任务
设计一个卡拉OK电路,该电路以电脑或手机耳机接口的输出信号作为输入,首先将原音乐信号进行前置放大,再将音乐中的人声信号消除,保持背景音乐,再通过叠加电路将话筒的输出信号叠加进背景音乐,经功放电路输出,电路设计方案自行确定。
二、设计内容
1、电路设计方案比较;
2、电路参数分析计算和选择;
3、单元电路设计并进行分析;
4、实物制作;
5、系统调试(使用的仪器、测试数据表);
6、撰写设计报告。
拟
达
到
的
要
求
或
技
术
指
标
一、基本要求与指标
1、保持背景音乐不失真的情况下,尽可能完整地消除人声;
2、现场声音经话筒能与背景音乐叠加;
3、系统输出经过扬声器能发出清晰的背景音乐与现场声音;
二、扩展要求与指标
1、系统能带8Ω扬声器作为负载;
2、电路能够调节消除人声后的背景音乐;
3、自行设计音量可以调节的话筒电路;
进
度
安
排
起止日期
工作内容
6月6日至8日
电路参数和原理的分析和计算
6月9日至11日
电路原理图的仿真和调试
6月12日至14日
电路元件的选择和购买
6月15日至18日
PCB图和印制板的制作
6月19日至21日
实物的焊接和测试
6月22日至24日
文件档案的书写
6月26日
答辩
主
要
参
考
资
料
[1]曹才开、张丹、罗雪莲主编.电路与电子技术实验[M].湖南:
中南大学出版社,2010年
[2]施颂生。
无线电接收与音响技术[M],湘潭大学信息工程学院,2004年3月
[3]汤韬,彭妙颜等,家庭及歌舞厅卡拉OK(AV)系统[M],广东科技出版社,1993年12月
[4]段九州,放大电路使用手册[M],辽宁科学技术出版社,2002年5月
[5]康华光主编.电子技术基础模拟部分第五版[M].北京:
高等教育出版社,2006年
指导老师意见
签名:
年月日
教研室意见
签名:
年月日
摘要
卡拉OK话筒都在近距离利用,为了达到良好的成效,要求话筒具有特殊的近讲效应和指向效应,以改善性能和抗环境干扰。
也确实是说,话筒的灵敏度在低频端随着声源的远近而改变:
距离越近低频灵敏度越高。
高价值的卡拉OK话筒还装有爆炸声滤波器,使过度的呼吸噪声、砰声降到最小,实现完整、饱满的声重放。
卡拉OK话筒另一个重要特点是在话筒的壳体上装有操纵开关,使您在演唱的时候实现一些特殊的音响成效。
专门设计的防振方法,能有效避免手持时的摩擦噪声,使您的演唱低音层次分明,高音敞亮悦耳,音质柔和优美,富有感染力。
TD2030是四运放集成电路,它采纳5脚双列直插塑料封装,外形如下图。
它的内部包括四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放彼此独立。
每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。
两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
关键词:
低通滤波器、带通滤波器、前级放大、音频功放电路
1.卡拉OK电路设计方案
卡拉OK电路的应用
此刻,卡拉OK机已不是什么新鲜东西,但是,对如此一种公共化的产品,咱们的了解却不是很多。
为了更好地了解卡拉OK机。
固然,如它的起源、进展和工作原理,咱们将设计制作一种模拟式延时混响的卡拉OK机。
第一介绍一些卡拉OK的相关知识。
卡拉OK情愿为“无人乐队”,是在70年代中期由日本人发明的,大伙儿俗称卡拉OK伴音机。
卡拉OK问世后慢慢向世界各地扩散,并掀起阵阵热潮。
在国内,卡拉OK受到人们的普遍欢迎,卡拉0K歌舞厅、卡拉0K茶座等遍地开花,掀起卡拉0K热潮.随之而来,伴随着卡拉0K热掀起,片拉0K在其他的领域中的移植也形成热点,例如在组合音响中增罝卡拉0K功能,显现带荷卡拉0K功能的组合音响,卡拉0K激光唱片和“卡拉0K”浓像机等。
而卡拉0K组合音响成为众所周知的种娱乐性音响设备。
卡拉0K的演唱形式各个国家存在专门大茇异。
日本人喜爱用旋律突出的曲子一个人慢慢地唱着取乐,而欧美人那么往往选择节拍明快的曲子几个人合着拍子唱。
在美国酒吧若是有人像唱叙事诗那样慢悠悠地唱卡拉0K的话,可能会引来一片嘘声。
大多数看到的情形是他们选抒尽可能上口的曲子,两三个人有时甚最多达十儿个人一起登台,打着拍子高声的唱。
在如此的气氛中,既能自娱自乐又达到了相互沟通。
在我国,卡拉0K的兴起仍是80年代中期的事,但是进展超级迅速。
80年代木,以激光电视唱片和唱机为主体的卡拉0K歌舞厅,由深圳等沿海开放城帘向内陆大中城市迅速进展。
近两年,录像机以每一年几十万、上百万台的销售傲普及抵家庭和单位,国产的卡拉0K录像带已大量上市,此刻国内已能生产PAL制激光电视唱机和PAL制卡拉0K激光电视唱片,因此,卡拉0K三大音像源(录音带、录像带、激光电视唱片)齐全,其内容也愈来愈适合国内群众演唱,卡拉0K热,方兴未艾。
具有卡拉0K功能的音像设备随之走俏,已有音像设备的家庭、单位和公共娱乐场所。
对卡拉OK功能的需求正在增加。
随着数字电子技术和运算机技术的进展,人们进展出了体积更小容量更大操作更方便的卡拉OK机.以下是三种新型的的卡拉OK机:
(1)DV卡拉OK机
其特点是把影视画面和伴唱的声音变成数字信号通过大幅度的信息紧缩存入CD大小的影碟当中,不但声像具佳,而且一张能够播放74分钟。
机械占地面积更小,软件价钱底,选曲比LD快,因此一投放市场就受到用户的欢迎。
(2)电脑卡拉OK机
随着运算机技术和LSI技术的进步,电脑作曲和电辅音乐蓬勃犮展起来,这都为电脑卡拉0K的实现提供了可能。
电脑卡拉OK是把电脑作出的图象和用电子乐器演奏的卡拉OK曲子,存入大规模半导体存储器当中。
在播放时通过运算机掏出图象和音乐数据,恢复电视上的图象和伴奏的乐曲。
此刻已经有一种叫做TV-OK的和电视机组合在一路的卡拉OK电视在我国开始销售。
使卡拉OK机与电视机取得专门好的结合。
(3)通信卡拉OK机
通信卡拉OK机是运算机音乐的远距离应用。
在本部设置的运算机发出的音乐数据在ISDN线路或一般的模拟线路进行传输,被用户端设罝的卡拉OK机同意,通过内部的操纵器再变成MTDI数据,MIDI音源演奏出来。
最近几年来,由于具有卡拉0K功能的CD-G播放器和VideoCD(数字视频CD)机等的市场的不断壮大,卡拉0K专用的大规模集成电路的销售市场也在急速增加。
目前的卡拉0K通常具有三大功能:
一是混响功能,二是歌声排除功能,三是变调操纵功能。
本设计要紧考虑的是混响功能,其混响部份要紧由延时电路组成,延时有模拟延时和数字延时,一样说来,后者的成效比前者更好。
这是因为模拟式卡拉0K机用BBD作延时混响电路,会带来信噪比低、失真大、通频带窄、动态范小等缺点,而数字式卡拉OK机克服了上述这些缺点,以噪声低、频率响应好、动态范围宽等优势来取得令人中意的回声、余音和混响成效。
设计要求目标
维持背景音乐不失真的情形下,尽可能完整地排除人声;现场声音经话筒能与背景音乐叠加;系统输出通过扬声器能发出清楚的背景音乐与现场声音而且能够调剂话筒音量。
设计思路与方案
卡拉0K机的系统组成框图如图1所示。
话音信号放大适当比例后,其输出信号分成两路:
一路良接送入语音放大级,再进行滤波处置;另一路经音乐放大器,再加上音乐中人声的排除,此两路路信号叠加在一路,混合放大后送入音调操纵电路,再经音频功率放大,在扬声器输出悦耳的混响声。
图1模拟卡拉OK机系统组成框图
由图可看出,该系统分成话音放大、音乐前置放大、电子滤波器、音调操纵和音频功率放大等电路,以后咱们便只需对各单元电路进行设计即可。
在本次设计中所涉及到的放大电路既可用分立元件实现,也可用集成运放。
考虑到设计的方便性和集成运放性能的优越性,均采纳集成运放来实现。
2卡拉OK电路设计
电路方框图
图2卡拉OK电路原理框图
本课题中卡拉OK原理框图如图2所示:
本电路由左声、右声输入带原唱的音乐,再由滤波器取得排除人声的音乐;话筒搜集人声,通过前置放大电路进行扩音,然后用滤波器滤去杂音,再用功率放大电路和音量调剂电路进行功率放大和音量调剂,最后用额定功率的喇叭输出。
原理电路及分析
前置放大级电路
在歌舞厅、会堂和家庭等场合,普遍利用的放大器分为音频放大器(亦称声频放大器)TAV放大器(视听放大器)两类。
音频放大器又分前置放大器和功率放大器两种,它们只接收、放大、处置音频信号;而AV放大器能够接收、放大、处置音频和视频信号。
在音频放大器中,前置放大器(又称电压放大器、操纵放大器)的作用是对它的输入各类音频节目源信号进行选择和放大,并调整输入信号的频响、幅度等,以美化音质。
①对各类节目源信号(如激光唱机、电唱机、调谐器、录音机或传声器)进行选择与处置;
②将微弱的输入信号放大到,以推动后续的功率放大器;
③进行各类音质操纵、以美化音色。
因此它的操纵旋钮多、性能高,对改善整个音响系统的性能,提高音质、音色,以高保真的指标对音频信号进行切换、放大、处置并传递到功放级,具有极为重要的作用。
它的地位和重要性相当于调音台,因为它的输入接自各类节目源信号,它的输出传输给功放和扬声器放大器也能够说是整个音响系统的操纵中心。
显然,在设计和选用音响系统设备时,采纳前置放大器就没必要再用调音台,或反之,采纳了调音台就没必要选用前置放大器。
从结构、能和功能来讲,前置放大器要比调音台简单些。
前置放大器的要紧性能指标有:
失真度、信噪比、频率响应、转换速度(SR)、输入阻抗和动态范围等。
失真度:
失真包括谐波失真和互调失真等,固然其值越小越好。
作为高保真前置放大的最低要求,其谐波失真应≤%。
目前,前置放大器的指标可做得很高。
谐波失真一样能做到小于%,瞬态互调失真大多在%以下。
由于从话简输出的信号比较弱,不便于信号处置,故需通过前置放大级的放大后才有利于后级的信号处置。
放大电路既可用同相输入比例运算放大电路,也可用反相输入比例运算放人电路,此部份电路设计将采纳后者,所用的集成运放为NE5532A1,用双电源供电,接线如图3所示。
图3前置级放大电路
由图可知:
(1)
依照式
(1)能够设计出前置级放大电路的Rf、R一、R2.
滤波器电路的设计
(1)有源低通滤波器的设计
关于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路,它的功能使特定频率范围的信号顺利通过,而阻止其它频率的信号通过。
滤波器分为无源滤波器和有源滤波器,假设滤波电路由无源元件(电阻、电容、电感)组成,那么称为无源滤波电路。
假设滤波电路不仅由无源元件,还由有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)组成,那么称为有源滤波电路。
由于无源滤波电路的频率特性受负载的阻碍,可在无源滤波电路和负载之间加一个高输入电阻低输出电阻的隔离电路,最简单的方式是加一个电压跟从器如图4所示,如此就组成了有源滤波器u
图4有源滤波器
低通滤波器是允许低于截止的信号通过,但高于的信号不能通过的电子滤波装置。
有源低通滤波器计算:
利用R、L、C所组成的滤波电路称作无源滤波器,它有很多的缺点。
其中的电感L本身具有电阻与电容,使得输出结果会偏离理想值,而且会消耗电能。
假设只利用R、C再附加放大器那么形成主动滤波器,它有很多的优势,例如:
不利用电感使得输出值趋近理想值;在带通范围能提高增益,减少损失;用放大器隔离输出、入端,使之能够利用多级串联。
截止频率:
(2)
电压增益:
(3)
图5有源低通滤波器
图5为有源低通滤波器,其电压回路公式:
(4)
其实际增益为:
(5)
增益值是频率的函数,在低频区ω极小,R
C<<1,AV(ω)=1讯号可通;在高频区ω极大,R
C>>1,AV(ω)=0信号不通。
本课题通过频率为200Hz。
R
C=1时是通与不通的临界点,现在的频率概念为截止频率:
(6)
取得的幅频特性曲线如图6所示
图6有源低通幅频特性曲线
本电路选择了八脚管的UA741单运放,其管脚图和内部结构如图7所示:
图7UA741引脚图
(2)带通滤波器的设计
一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带,例如在通带内没有增益或衰减,而且在通带之外所有频率都被完全衰减掉,另外,通带外的转换在极小的频率范围完成。
事实上,并非存在理想的带通滤波器。
滤波器并非能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉,尤其是所要的通带外还有一个被衰减可是没有被隔离的范围。
这通常称为滤波器的滚轮现象,而且利用每十倍的衰减幅度dB来表示。
通常,滤波器的设计尽可能保证滚降范围越窄越好,如此滤波器的性能就与设计加倍接近。
但是,随着滚轮范围愈来愈小,铜带就变的不在平坦,开始显现“波纹”。
这种现象在通带的边缘处尤其明显,这种效应称为吉布斯现象。
除电子学和信号处置领域之外,带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域,很常见的例子是利用带通滤波器过滤最近3到10天时刻范围内的天气数据,如此数据域中就只保留了作为干扰的气旋。
在频带较低的剪切频率
和较高的剪切频率
之间是共振频率,那个地址滤波器的增益最大,滤波器的带宽确实是
和
之间的差值。
带通滤波器值许诺在某一个通频范围内的信号通过,而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制,注意:
要将高低的下限截止频率设置为小于低通的上限截止频率。
反之那么为带阻滤波器。
如图8所示。
图8有源带通滤波器电路图
有源带通电路输出波形如图9所示:
图9有源带通电路输出波形
二阶带通滤波器的通带频率:
(7)
(8)
二阶低通滤波器的截止频率:
(9)
用于低通级电阻:
(10)
由式(9)能够通过人声的通频范围600Hz~5kHz测算出R、C的理论值为5kΩ、μF。
本带通滤波器用的集成芯片为OP07AH,其管脚图如图10所示
图10OP07AH集成芯片引脚图
功率放大器的设计
音频功率放大器事实上确实是对照较小的音频信号进行放大,使其功率增加,然后输出。
前置放大要紧完成对小信号的放大,利用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大,取得后一级所需要的输入。
后一级的要紧对音频进行功率放大,使其能够驱动电阻而取得需要的音频。
设计时第一依照技术指标要求,对整机电路做出适当安排,确信各级的增益分派,然后对各级电路进行具体的设计。
(11)
(12)
依照这两个公式可得,假设后级功率放大器的电压增益设置为200,那么前置放大电路电压增益至少为
,设计中将其数据取为2。
音频功率放大器各级增益的分派,前级电路电压放大倍数为2;音频功放的电压放大倍数为200。
依照该设计思路及实验提供器件,我采纳了TDA2030功放芯片,TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路,其要紧特点是上升速度高、瞬态互调失真小,另一特点是输出功率大,而爱惜性能比较完善。
由放大增益:
(13)
可得,因为Au为200,因此Uo=8V。
其引脚图如图11所示:
图11集成芯片TD2030引脚图
音频功率放大器后级电路图如图12所示:
图12音频功率放大器后级电路
通过该级运算放大电路的放大,由
可得下一级输入电压
。
音频功率放大器仿真波形如图13所示:
图13音频功率放大器仿真波形
元器件清单
表1卡拉OK电路元件清单
序号
名称
型号与规格
数量
1
电阻
1MΩ
1个
2
电阻
100kΩ
2个
3
电阻
20kΩ
3个
4
电阻
10kΩ
4个
5
电阻
5kΩ
1个
6
电阻
Ω
1个
7
电阻
Ω
3个
8
电阻
3kΩ
2个
9
电阻
2kΩ
1个
10
电阻
1kΩ
2个
11
电阻
400Ω
1个
12
电阻
100Ω
2个
13
电阻
1Ω
1个
14
电容
220μF
3个
15
电容
2200μF
1个
16
电容
22μF
2个
17
电容
1μF
2个
18
电容
μF
6个
19
电容
22nF
4个
20
电容
11nF
2个
21
电位器
1kΩ
1个
22
电位器
10kΩ
1个
23
驻级体话筒
1个
24
喇叭
8Ω
1个
25
集成芯片
UA741
1个
26
集成芯片
OP07AH
4个
27
集成芯片
TD2030
1个
28
集成芯片
NE5532A1
2个
29
耳机接线
1个
3.卡拉OK电路组装与调试
印制电路板与安装
印制电路板的PCB(PrintedCircuitBoard中文全称:
印刷电路板)图制作:
①先将卡拉OK原理图制作成原理图如图14:
图14卡拉OK电路印制电路板原理图
②再依照原理图的元件实物构造完成元件的封装图。
③通过原理图和做好的元件封装图能够用AD(AlitumDesigner)软件完成PCB图,取得图15如下:
图15卡拉OK电路PCB工程图
④完成PCB图就可依照原理图和表1卡拉OK元件清单购买实物元件,而且购买印制电路板和侵蚀剂进行板子的制作。
⑤测试电阻数值和电容数值,将印制电路板进行打印和侵蚀(打印和侵蚀进程忽略),接着进行电路板的钻孔,最后进行焊接。
可得实物图如以下图16:
图16卡拉OK电路实物图
调试进程
(1)合理布局,分级装调
卡拉OK机是一个小型电路系统,安装前要对整机线路进行合理亦局,一样依照电路的顺序一级一级地布线,功放级要远离输入级,毎一级的地线尽童接在一路,连线尽可能短,不然很容易产生自激。
安装前先检査元器件的质量,安装时注意功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性,不可接错。
从输入级开始向后级安装,也能够从功放级开始向前逐级安装。
安装一级调试一级,安装两级要进行级联调试,直到整机安装调试完毕。
(2)整机功能试听
调试完毕可用扬声器代替负载电阻R1进行功能试听;
话音扩音
将话简接话音放大器的输入端。
应注意,扬声器输出的方向与话简输入的方向相反,不然会产生自激啸叫。
发言时,扬声器传出的声音应清楚,改变音童电位器,可操纵声音大小。
4.直流稳压电源
UA741运放需要直流稳压电源,那么咱们制作了一个有12V,9V,5V三个档位的直流稳压电源,电源实物图如以下图13:
由实物图可知,电源由元件电容、电阻、变压器、二极管等组成,具体型号和数量在表1--卡拉OK电路元件清单可得知。
图13直流稳压电源的实物图
直流稳压电源的制作是依照书本知识,由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部份组成。
将电源接入二阶有源带阻滤波器就能够够利用。
5.测量与分析
测试结果
1 驻级体话筒的输入电压约为:
2 音乐放大级的输出电压约为532mV:
3 喇叭输出的电压约为。
结果分析
通过测试卡拉OK电路只有一部份能正常工作,能准确的将输入的音乐完整的从喇叭输出,可是从话筒输入的人声,输出却不够清楚。
通过简单测试,将话筒输入的人声经低通滤波后的输出直接接喇叭的输入,取得的声音明显受到了专门大的干扰。
检查元器件的型号和规格都没有问题,通过进一步测试,发觉是低通滤波器的焊接有问题,和电路板打孔不适合引发的错误。
最后,通过改良并从头焊接,卡拉OK电路能正常工作。
不足的地方是音量不大,因为喇叭输出功率本来就不大,和放大倍数较小。
心得体会
通过本次课程设计,了解到自己学识尚浅。
本以为卡拉OK机切近于生活,做起来会比较上手,可是实际却并非是如此,一是对知识的把握不全面,知识点不熟练;二是实际操作生疏,造成对元器件的损坏。
模拟式卡拉OK机的设计已完成,综合性较强,难度就较大,其涉及到的课程有模拟电路和音频技术,但要紧仍是模电知识。
设计中碰着较多生疏的知识,都是査阅了很多相关资料才了解。
在实际操作进程中,老是会有由于操作不妥而致使的电路问题,涉及到一些细节方面的东西,如线路的虚焊,一些元器件的正负极等等。
尽管是些细节方面的东西,似恰正是这些东西使我学会了加倍灵敏地分析问题和解决问题。
本次课程设计使我收成颇丰,一方面,更进一步地把握了模块化的设计思路;另一方面,学会了一些电路调试方式,培育了自己的观看能力和动手能力,为以后的工作实践奠定了必然的基础。
参考文献
[1]施颂生,无线电接收与音响技术[M],湘潭大学信息工程学院,~53
[2]汤韬,彭妙颜等,家庭及歌舞厅卡拉OK(AV)系统[M],广东科技出版社,~91
[3]段九州,放大电路利用手册[M],辽宁科学技术出版社,~67
[4]童诗白,华成英,模拟电子技术基础[M],高等教育出版社,~151
[5]王荣岳,具有混响成效的卡拉OK电路[J],电子报,~71
[6]卢结成,陈力生等,电子电路实验及应用课题设计[M],中国科技大学出版社,朱良贵,家庭卡拉OK混响原理与电路分析[M],广东科技出版社~62
[8]刘琼发,王远冲,李冰清等,组合音响原理与电路分析[M],上海科技教育出版社,~60
[9]谢自美,电子线路设计、实验、测试[M]化汇总科技大学出版社,曹才开、张丹、罗雪莲主编.电路与电子技术实验[M].湖南:
中南大学出版社,~171
[11]康华光主编.电子技术基础模拟部份第五版[M].北京:
高等教育出版社,~403
附录A印制电路板制作所需材料
序号
器材名称
规格
数量
1
焊锡丝
(50g)
一卷
2
三氯化铁
500g
一包
3
PCB单面板子
200mm*150mm*
一块
4
打孔针
一根
5
砂纸
一张
6
松香
10g
一盒
附录B卡拉OK电路印制电路板原理图
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- 关 键 词:
- 模拟 电子技术 课程设计 卡拉 OK 电路设计