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文檔簡介
1、目 錄1 設計任務和要求21.1設計任務21.2設計要求22 系統(tǒng)設計42.1系統(tǒng)要求42.2方案設計42.3系統(tǒng)工作原理53單元電路設計63.1音源選擇電路63.1.1電路結構及工作原理63.1.2電路仿真63.1.3元器件的選擇及參數(shù)確定113.2前置放大電路133.2.1電路結構及工作原理133.2.2 rc4558-雙集成算放大器143.3均衡電路143.3.1電路結構及工作原理143.4功率放大163.4.1電路結構及工作原理164電路的安裝與調試184.2電路調試184.3系統(tǒng)功能及性能測試194.3.1測試方法設計195 結 論21參考文獻22 1 設計任務和要求1.1設計任務
2、設計并制作一個音頻功率放大器,將mp3輸出的音樂信號放大。通過上學期對華成英版模擬電子技術基礎的學習,要使一個小的模擬信號放大,我們可以通過三極管或運算放大器去實現(xiàn),要注意不使信號失真。1.2設計要求1.放大器有兩個mp3輸出輸入接口; 實現(xiàn)有兩個音源輸入,mp3的輸出音樂信號為小的模擬信號,幅值約為5mv10mv。2.能夠使用電子開關進行音源選擇,并且能夠用發(fā)光二極管指示; 在有兩個音樂信號輸入時,電子開關可以在兩個音樂信號之間選擇,并且通過發(fā)光二極管顯示所選音源。3.放大器設有音量控制、功率放大功能; 在設計電路中要實現(xiàn)對輸出信號音量控制,并且實現(xiàn)信號的放大,所以在喇叭的輸入端要接入功率放
3、大的裝置。4.主要技術指標如下:(1)額定輸出功率: 2 ×1w(或2 ×5w)(thd0.5%)(2)負載阻抗: 8(3)輸入阻抗: 6005.電源:220v/50hz的工頻交流電供電;(注:直流電源部分僅完成設計即可,不需制作,用實驗室提供的穩(wěn)壓電源調試,但要求設計的直流電源能夠滿足電路要求)6.按照以上技術要求設計電路,繪制電路圖,對設計的電路用multisim或orcad/pspicead9.2進行仿真,用萬用板焊接元器件,制作電路,完成調試、測試,撰寫設計報告。7.發(fā)揮部分:(1)設計均衡電路(音調電路);(2)有電平指示功能。8.其他要求 (1)設計報告 (2)
4、作品(3)電路原理圖:要求提交兩份,一份為cad/eda軟件繪制,另一份為手工繪制,圖紙大小自定,但要符合標準,電路圖繪制要規(guī)范。9.時間:三周 10.進度安排:(1)第一周 選題,熟悉題目,分析要求,查找資料,選擇方案,優(yōu)化方案,確定原理方框圖,單元電路設計,選擇元器件;(2)第二周 進行電路仿真,確定電路原理圖,畫出電路原理圖,購買元器件,焊接電路;(3)第三周 電路調試,電路測試,繪制電路原理圖,完成設計報告,答辯。 2 系統(tǒng)設計 2.1系統(tǒng)要求課題要求設計并制作一個音頻放大電路,將mp3輸出的音樂信號放大,設計均衡電路實現(xiàn)對音源信號進行高低頻調音,設計電子開關實現(xiàn)兩個音源間的選擇?;?/p>
5、性能指標要求為:輸出最小功率:1w或5w;輸出阻抗 :rl=8;輸入阻抗 :600;2.2方案設計通過對畢滿清第三版電子技術課程實驗與課程設計的“音頻功率放大器實驗”章節(jié)的學習及在參閱大量書目的前提下,與同組成員討論,初步設計方案如下方案一 采用一般的晶體管分立元件組成語音放大電路,這樣雖然能達到題目的基本要求,但是由于電路所用元件很多,會導致結構復雜,調試很難,失真度很大,穩(wěn)定性不高。方案二 采用專用語音集成芯片構成語音放大電路,這樣使得電路結構大為簡化,調試安裝方便,穩(wěn)定性得到大幅度提高。綜上所述:方案一由于電路結構復雜,調試困難,其次作為初次嘗試設計電子產(chǎn)品的學生,不易采用。方案二除了可
6、以滿足題目中的基本要求外,還能夠大幅度提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,使系統(tǒng)更為經(jīng)濟實用。 經(jīng)過比較論證,本設計采用第二種方案。2.3系統(tǒng)工作原理設計并制作一個具有以下功能的音頻功率放大器:將來自mp3的音頻信號經(jīng)過由模擬開關cd4066bd組成的選擇電路選擇后送入前置放大器進行電壓放大,并有t觸發(fā)器組成的二極管顯示電路顯示所選擇的音源,音源經(jīng)rc4558組成的均衡電路進行高低頻均衡,再經(jīng)由tda2822組成的功率放大器進行功率放大后推動揚聲器工作,該設計具有音源選擇、放音擴大等功能,原理方框圖如下圖所示:音源音源選擇線路輸入前置放大led指示 揚聲器功率放大均衡電路 圖2.1 系統(tǒng)原理方框圖 233單元電路
7、設計 3.1音源選擇電路 3.1.1電路結構及工作原理在音頻功率放大器中,通常設有多路外部音源輸入,通過相應的選擇電路選擇其中的某一路音源。選擇方式一般有機械式、繼電器式、電子式。機械式通過撥動選擇開關選同某一音源,繼電器式用繼電器及相應的驅動電路代替機械式選擇開關,電子式是用電子線路構成模擬式電子開關來選擇音源。機械式雖然電路簡單,聲道隔離好,但其對選擇開關要求較高,否則頻繁的撥動選擇開關容易使開關老化,影響整機性能。繼電器式聲道隔離好,但裝配較復雜,另外還有一定的電磁干擾,一般采用的不多。電子式選擇電路設計靈活,裝配方便,應用比較廣泛。這種方式的缺點是通道通道隔離度稍低,但在一般情況下足以
8、滿足要求。本設計采用電子式音源選擇電路,圖3.1是使用的電子式音源選擇電路及波形仿真。該電路中將一個jk觸發(fā)器接成t觸發(fā)器, 其輸出端q接二選一模擬開關cd4066控制端,用以選擇音源信號。q和分別接一個發(fā)光二極管,顯示相應的音源。通過按鈕開關選擇音源,每按動一次切換一次音源。圖3.2是由rc4558組成的前置放大電路,圖3.3為均衡器電路仿真波形,圖3.4為功率放大電路及仿真波形。3.1.2電路仿真圖3.1 (a)音源選擇電路仿真圖 圖3.1(b) 音源選擇電路仿真圖圖3.2(a) 前置放大圖3.2(b)前置放大電路仿真波形圖3.3(a)均衡器 圖3.3(b)均衡器仿真波形圖3.4(a)功率
9、放大電路圖3.4(b)功率放大電路波形仿真3.1.3元器件的選擇及參數(shù)確定1.74ls76a雙jk觸發(fā)器管腳圖將jk觸發(fā)器接成t觸發(fā)器,其輸出端q接二選一模擬開關cd4066控制端,用以實現(xiàn)音源選擇功能。 圖3.5 下降沿jk觸發(fā)器74ls76a2.cd4066的管腳功能cd4066是四雙向開關,主要用作模擬或數(shù)字信號的多路傳輸,具有比較低的導通阻抗。導通阻抗在每個在正個輸入信號范圍內基本不變。cd4066由四個相互獨立的雙向開關組成,cd4066是一種雙向模擬開關,在集成電路內有4個獨立的能控制數(shù)字及模擬信號傳送的模擬開關。每個開關有一個輸人端和一個輸出端,它們可以互換使用,還有一個選通端(
10、又稱控制端),當選通端為高電平時,開關導通;當選通端為低電平時,開關截止。使用時選通端是不允許懸空的.管腳圖如圖3.6所示 圖3.6 4066管腳圖3.2前置放大電路 3.2.1電路結構及工作原理前置放大器是將音源信號進行線形放大,滿足后級功放級對輸入信號幅度的要求,前置放大器可由運放或分離元件構成。本設計選用集成運放rc4558構成前置放大器如圖3.7所示,管腳圖如圖3.7所示, 電壓增益 : au=-r5/r6=5 圖3.7 前置反放大電路3.2.2 rc4558-雙集成算放大器 ay/by 分別為放大器輸出端。a+a+ 分別為放大器同相輸入端,此電路中接地。a-a- 分別為放大器的反相輸
11、入端,此電路中接電阻和輸出端。+vs-vs分別接電源+12v-12v。3.3均衡電路 3.3.1電路結構及工作原理均衡電路的功能是根據(jù)需要按一定的規(guī)律調節(jié)音響放大器輸出信號的頻率響應,從而達到補償聲學特性,美化音色等目的。它能對音頻范圍內的若干個頻段點分別進行提升和衰減。某一頻段點的理想頻率特性控制曲線如圖3.8示,而虛線為實際頻率特性控制曲線。f0 1khz 中音頻率(亦稱中心頻率),中頻增益au =0db;fl1 低音轉折頻率,一般為幾十赫茲;fl210fl1 中音轉折頻率;fh1 中音轉折頻率;fh210fh1 高音轉折頻率,一般為幾十千赫茲。 圖3.8 某一頻段點的理想頻率特性控制曲線
12、均衡電路的作用是進行音調控制,通常是對放大器的高頻或低頻的某些頻率點的增益進行提升或衰減,而中頻保持不變。均衡電路通常是由低通、高通、帶通濾波器組成的。圖3.9是一個由運放rc4558構成的具有高低音調節(jié)功能的均衡電路,可對高頻和低頻進行提升或衰減。 圖3.9 由運放rc4558構成的均衡電路在圖3.9電路中,rp3為低音調節(jié)電位器,rp3左旋到底,低頻提升最大;rp5為高音調節(jié)電位器,左旋到底,可以對高頻提升最大;rp4為音量調節(jié)電位器。3.4功率放大 3.4.1電路結構及工作原理功率放大級的作用是將來自均衡的信號進行功率放大,本設計采用集成功率放大器tda1521。tda1521是荷蘭飛利
13、浦公司生產(chǎn)的雙聲道功放,可單電源工作,也可雙電源工作,在±16v電源時可獲得2×12w功率。內部設置了過熱保護及靜噪電路,接通或斷開瞬間有靜噪功能,可以在接通或斷開瞬間抑制不需要的輸入,保護功放及揚聲器。該集成功率放大電路性能優(yōu)良,外圍電路簡單,廣泛應用于大屏幕電視機的音頻信號放大電路,以及其他音頻設備。集成功放芯片tda1521各引腳功能如下管腳1非倒相輸入1,管腳2倒相輸入2,管腳3地(單電源時1/2vcc),管腳4輸出1,管腳5負電源(單電源時為地),管腳6輸出2,管腳7正電源,管腳8倒相輸入2,管腳9非倒相輸入2。其一般參數(shù)有電源電壓:±7±20
14、.0vr =0.5時輸出功率(±16v電源):12w×2(8)電壓增益:30db功率放大級應用電路圖如圖3.7所示,圖中c22、c23為耦合電容;c21、c25為濾波電容;r15與c24、r16與c25組成吸收回路(c24、c25可取0.1uf),吸收揚聲器線圈在電流突變時產(chǎn)生的反電動勢,防止燒壞tda1521 圖3.10 功率放大級應用電路 主要電路仿真,由于multisim中沒有tda1521,所以根據(jù)其內部電路圖進行仿真。通道a為輸出信號,通道b為輸入信號,從波形可以看出輸入信號經(jīng)過整個電路被放大。3.4.2元器件的選擇及參數(shù)確定由于要求輸出的功率為2×5w
15、,功率放大器可選用tda1521。運算放大器可選用性能較好的通用型雙運算放大器rc4558。電解電容選用鋁電解電容,耐壓均選25v,薄膜電容均選用聚脂膜電容,耐壓選50v或63v。電阻r13、r14選rj系列10/1w電阻,其他電阻均選rt14系列1/4w、10精度的碳膜電阻器,或選用1/4w的金屬膜電阻。電位器rp3、rp5選用碳膜電位器。rp4選用同軸電位器用來同時控制左右聲道的音量。系統(tǒng)的增益(db)應是各單元電路增益(db)之和。tda1521z在額定輸出時,若rl=8,±vcc=±16v,則最大不失真輸出電壓為uom=10v。系統(tǒng)電壓增益為66db。按照上面元器件
16、參數(shù)的選擇,均衡電路的增益均已設計為0db,功率放大器tda1521內有30db的增益,前置放大器的增益可選為20db,由此可以確定前置放大器中電阻的取值。該設計中,前置放大器的增益選為約5db,即r4=r6=10k,r5=r7=47k。4電路的安裝與調試4.1電路安裝 將圖3.1,圖3.6,圖3.9,圖3.10進行連接,就是整個系統(tǒng)的電路原理圖。音頻功率放大器是一個小型電路系統(tǒng),安裝前要將各級進行合理布局,一般按照電路的順序一級一級地布局,功放應遠離輸入級,每一級地線盡量接在一起,連線盡可能短,否則很容易出現(xiàn)自激。安裝前應檢查元器件的質量,安裝時特別要注意功放塊要添加散熱片,運算放大器,電解
17、電容等主要器件的引腳和極性,不能接錯。從輸入級開始依次向后級安裝,也可以從功放級可以向前逐級安裝。安裝一級調試一級,安裝兩級要進行級聯(lián)調試,直到整機安裝與調試完成。4.2電路調試 電路安裝完畢后,要對電路做一詳細檢查,確認安裝無誤后放可通電。通電后先檢查電路有無明顯異?,F(xiàn)象,若有異常現(xiàn)象,說明有故障,應予以排除,若無異?,F(xiàn)象則開始調試。調試時先分級調試,然后級連調試,分級調試分為靜態(tài)調試和動態(tài)調試。(1)靜態(tài)調試 將信號輸入端對地短路,測量各級電路關鍵點的直流電壓,看看是否正常,若不正常,檢查電路,排除故障。如運放為正負電源對稱供電時,輸出點直流電位應為0v,若不為0v,則電路有故障,應檢查并
18、予以排除,檢查電路是否有自激現(xiàn)象。 (2)動態(tài)調試 分別在各級電路的輸入端接入輸入信號(一般是一定幅度和頻率的正弦波信號),觀察關鍵點上的波形是否正常,若有故障,檢查并及時排除。(3)級連調試 在動態(tài)調試完成后,可將各級連接起來進行級連調試。確認電路沒有明顯異常情況口,在輸入端加入510mv正弦信號,檢查各級電路是否正常。若不正常,則從前級開始,逐級向后檢查并排除故障,然后調節(jié)各電位器,檢查是否受控,控制是否正確。4.3系統(tǒng)功能及性能測試 4.3.1測試方法設計(1)額定功率 音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值(如thd<5)時的最大功率稱為額定功率。其表達式為 式中,rl為額定負載阻抗;
19、uo(有效值)為rl兩端的最大不失真電壓。測量po的條件如下: 信號發(fā)生器輸出頻率f1khz、電壓ui1從2mv開始逐漸加大到20mv左右,音量控制電位器rw11置于最大值,用示波器觀測ui1及uo的波形。測量po的步驟是:功率放大器的輸出端接額定負載電阻rl(代替揚聲器),逐漸增大輸入電壓ui1,直到uo的波形剛好不出現(xiàn)削波失真(或thd<5),此時對應的輸出電壓為最大輸出電壓,由上式即可算出額定功率po,請注意,最大輸出電壓測量后應迅速減小ui,否則會因測量時間太久而損壞功率放大器。本課題中,p0=12w, rl=8,uom=10v. (2)頻率響應 放大器的電壓增益相對于中音頻fo
20、(1khz)的電壓增益下降3db時所對應的低音頻率fl和高音頻率fh稱為放大器的頻率響應。測量條件同上,調節(jié)音量控制電位器rw11使輸出電壓約為最大輸出電壓的50。此時rw1和rw2必須放在中間位置。測量步驟是:使信號發(fā)生器的輸出頻率從20hz至20khz變化(保持ui15mv不變),測出負載電阻rl上對應的輸出電壓uo,用半對數(shù)坐標紙繪出頻率響應曲線,并在曲線上標注fl和fh的值。音調控制特性容c9的負端引出,先測頻率為1khz處的電壓增益auo約0db,再分別測低頻特性和高頻特性。測低頻特性:將rp1的滑臂端置于最左端,rp2置于中間位置,頻率從20hz至1khz變化,記下對應的電壓增益(
21、低頻提升)。再將rp1的滑臂端置于最右端,頻率從20hz至1khz變化,記下對應的電壓增益(低頻衰減)。同樣,測高頻特性是將rp2的滑臂端分別置于最左端和最右端,rp1置于中間位置,頻率從1khz至20khz變化,分別對應高頻提升和高頻衰減,記下對應的電壓增益。最后繪制音調控制器特性曲線,并標記fl1、fl2、fo(1khz)、fh1、fh2頻率對應的電壓增益。(3)輸入阻抗 從音響放大器輸入端看進去的阻抗稱為輸入阻抗ri。ri的測量方法與放大器的輸入阻抗測量方法相同。 (4)噪聲電壓 音響放大器的輸入為零時,輸出負載rl上的電壓稱為噪聲電壓un。測量方法是,使輸入端對地短路,音量電位器為最大
22、值,用示波器觀測輸出負載rl的電壓波形,用交流電壓表測量其有效值。 (5)整機效率 式中,po:輸出的額定功率;由ui加入頻率f1khz,幅值為100mv的電壓信號,并將rp1置于最大值,這時u0作為音調控制器的輸入信號(幅度為30mv), pc輸出額定功率時所消耗的電源功率。4.3.2 測試結果及分析接入兩個音源信號,按動按鈕開關,進行音源之間的切換,選擇不同的音源。將mp3輸出的音樂信號,接入前置放大器,改變音調控制級的高低音調控制電位器,揚聲器的輸出音調應發(fā)生明顯變化。改變音量調節(jié)電位器,揚聲器的音量明顯發(fā)生變化。5 結 論經(jīng)過本次課程的設計和制作,我們所設計的音頻功率放大器基本完成。其
23、功能符合預期目標,能夠實現(xiàn)音源選擇、音頻擴大、音調控制等功能。通過設計,我不僅掌握了電路方面許多的知識,而且學會了電路系統(tǒng)的一般設計的基本思維方法和流程,為以后工作學習留下了寶貴的經(jīng)驗。由于課程設計時間較短,再加上自己的能力不足,在大多方面做得不夠完善,該音頻功率放大器還有許多不足的地方。比如:在音量失真較大,音量放大倍數(shù)不足等,這些都有待進一步改進。在整個電路課程設計過程中,我們不斷地在遇到問題和解決問題之中盤旋。例如在硬件制作,電路板的焊接等。由于沒有整體仿真結果,我不敢輕易去焊接電路板,并且在購買器件時采購了雙份,在焊接第一個電路板時由于音源選擇電路的不合適,我們放棄了最初的方案,在查閱資料后提出用jk觸發(fā)器來組成音源選擇電路,并最終把音源選擇電路,調試成功,達到了每按一次開關,音源選擇一次,紅綠二極管交替指示所選音源的功能。在前置放大電路中由于焊接時失誤,錯把放大器的同相和反相輸入端接反了,在多次檢查中最終發(fā)現(xiàn)問題并及時給予糾正,由于所選滑動變阻器緣故,音調調節(jié)并不是太理想。在調試電路時遇到很多問題,有時覺得無從下手,最終還是在同伴打得
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