论文部分内容阅读
1.设计目标
1.1 音响放大器的设计
要求具有电子混响延时，音调输出控制，卡拉OK伴唱，对话筒与录音机的输出信号进行扩音。
已知条件：+Vcc=9V，话筒（低阻20Ω）输出电压值5mv，录音机的输出信号100mV。
电子混响延时模块一个，集成功放块LA4102一块，8Ω/2W负载电阻RL一只，8Ω/4W扬声器一只，集成运放LM324一块。
1.2 主要技术指标
额定功率P0MAX=1W，负载阻抗RL=8Ω，输入阻抗Ri〉〉20KΩ
频率响应fL～fH=40HZ～10KHZ
音响控制特性1KHZ处的增益为0db，100HZ和10KHZ处有12db的调节范围AVL=AVH≥+20db
2.音响放大器各部分的作用
2.1话筒放大器
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20KΩ（亦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（最高频率达10KHZ）其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。
2.2功率放大器
功率放大器的作用是给音响放大器的负载 RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能大。功率放大器有常见的单电源供电的 OTL电路和正负双电源供电的OCL电路。有集成运放和晶体管组成的功率放大器，也有专用集成电路功率放大器芯片。在此设计制作中采用LA4102型集成音频功率放大器。
3.设计过程
首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前逐级计算。本设计已给定了电子混响器电路模块，需要设计的电路为话筒放大器，混合前置放大器、音调控制器及功率放大器。根据题意要求，输入信号为5mv时输出功率的最大值为 1w，因此电路系统的输出电压 U0为 2.83V（根据P0=I0*U0可算得U0=■≈2.83V），总的电压增益 AU=U0∕UI=2.83 1000/5=566，由于实际电路中会有损耗，故取AU=600，各级增益分配。
功放级增益AU4由集成功放块决定，取值为100，音调控制级在f0=1KHZ时，应为 1（0dB），但实际电路有可能产生衰减，故取AU3=0.8V。话放级与混合级一般采用运算放大器，但会受到增益带宽积的限制，各级增益不宜太大，取 AU1=7.5V，AU2=1V。当然上述分配可在设计中适当变动。
3.1功率放大器设计
由于采用集成功率放大器，电路设计变得十分简单，只要查阅手册便可得到功放块外围电路的元件值。
功放级的增益AU4=1+R11/Rf≈20KΩ/Rf=100，所以Rf=20K/100=200Ω
CB为相位补偿，CB减小，频带增加，可消除高频自激。CB一般取几十至几百皮法。
CC為 OTL电路的输出端电容，两端的充电电压为VCC/2，一般取耐压大于VCC/2的几百微法电容。
CD为反馈电容，消除自激振荡，CD一般取几十皮法。
CH为自举电容，CH与电路中的R0组成自举电路。使复合管T12、T13的导通电流不随输出电压的升高而减小。
C43、C44 消除纹波，一般取几十至几百微法。
C42是电源退耦滤波，可消除低频自激。
3.2话筒放大器与混合前置放大器设计
图1所示电路由话筒放大与混合前置放大器组成。其中A1组成同向放大器，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，其放大倍数Au1为
Au1=1+R12/R11=7.8
图1 话筒放大器与混合前置放大器电路设计
四运放LM324的频带虽然很窄（增一位1时，带宽为1MHz），但这里放大倍数不高，故能达到fH=10KHz的频率要求。
混合前置放大器的电路由运放A2组成，这是一个反向加法器电路，输出电压u02的表达式为
u02=-[（R22/R21）u01+（R22/R23）ui2]
根据图11的增益分配，混合级的输出电压有效值U02≥37.5mV，而话筒放大器的输出有效值U01已经达到了U02的要求，即U01= Au1，Ui1=39mV，所以取R21=R22。录音机输出插孔的信号Ui2一般为100mV，已经远大于U02的要求，所以对Ui2要进行适当衰减，否则输出会产生是真。取R23=100kΩ，R22=R21=39Kω，以使录音机输出经混合级后也达到U02的要求。如果要进行卡拉OK歌唱，可在话放输出端及录音机输出端接两个音量控制电位器RP11、RP12（见图1），分别控制声音和音乐的音量。
以上各单元电路的设计之还需要通过实验调整和修改，特别是在进行整机调试时，由于各级之间的相互影响，有些参数可能要进行较大变动，待整机调试完成后，再画出整机电路图，本题整机电路如图2所示。
4.音响放大器的主要技术指标及测试方法
4.1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
P0= U02/RL
式中，RL为额定负载阻抗；U0（有效值）为RL两端的最大不失真电压。
测量P0的条件如下：信号发生器输出频率f1=1kHz，输出电压有效值Ui=20mV，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RP3置于最大值，双踪示波器观测ui及u0的波形，失真度测量仪监测u0的波形失真。测量P0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），输出端接ui，逐渐增大输入电压UI，直到u0的波形刚好不出现削波失真（或γ<3%），此时对（下转第152页）（上接第54页）应的输出电压为最大输出电压，由式P0= U02/RL既可算出额定功率P0，注意，最大输出电压测量应迅速减小Ui，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。 4.2输入阻抗
从音响放大器输入端（如话筒放大器输入端）看进去的阻抗称为输入阻抗Ri。如果接高阻话筒，Ri应远大于20kΩ；接电唱机，Ri应远大于500kΩ。Ri的测量方法与放大器的输入阻抗测量方法相同。
4.3输入灵敏度
使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压（有效值）称为输入灵敏度US。测量条件与额定功率的测量相同，测量方法是，使Ui从零开始逐渐增大，直到Ui达到额定功率值时对应的电压值，此时对应的Ui值即为输入灵敏度。
4.4整机效率
η=（P0/ PV）*100%
式中，P0—输出的额定功率
PV—输出额定功率时所消耗的电源功率。
5.电路调试技术
电路调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后整机调试与性能指标测试。
分级调试又分为静态调试与动态调试。静态调试将输入端对地短路。用万用表测该级输出端对地的直流电压。话筒级、混和级、音调级都是由运放组成的，其静态直流电压均为：VCC/2，功放级（OTL电路）也为VCC/2，且输出电容CC两端充电电压也应为VCC/2。动态测试是指输入端接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，并测量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元器件数值是否合乎要求，否则是不会出现很大偏差的，因为集成运放内部电路已经确定，主要是外部元件参数的影响。
6.整机功能试听
用8Ω/4W的扬声器代替负载电阻 RL，进行以下功能试听：
话筒扩音：将低阻话筒接话筒放大器的输入端。应注意扬声器的方向与话筒方向相反，否则扬声器的输出声音经话筒输入后，会产生自激啸叫。讲话时扬声器发出的声音应清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。
电子混响效果：将电子混响模块接话筒放大器的输出，用手轻拍话筒一次，扬声器发出多次重复的声音，微调时钟频率，可以改变混响延时时间。
音乐欣赏 ：将录音机输出的音乐信号，接入混合前置放大器，改变音调控制级的高低音调控制电位器，扬声器的输出音调发生明显变化。
卡拉OK伴唱：录音机输出卡拉OK 磁带歌曲，手握话筒随歌曲歌唱，适当控制话筒放大器与录音机输出的音量电位器，可以控制歌唱声音量与音乐声音量之间的比例，调节混响延迟时间可修饰、改善唱歌的声音。■
【参考文献】
[1]刘淑英，蔡胜乐，王文辉主编.电路与电子学，（第二版），电子工业出版社，2002.3.
[2]高吉祥.電子技术基础实验与课程设计，（第二版），电子工业出版社，2005.2.
[3]李祥臣.模拟电子技术基础教程，清华大学出版社，2005.1.
[4]路勇.电子电路实验及仿真，清华大学出版社，2004.1.
[5]宋贵林，胡春萍.现代音响技术入门，机械工业出版社，2004.1.
1.1 音响放大器的设计
要求具有电子混响延时，音调输出控制，卡拉OK伴唱，对话筒与录音机的输出信号进行扩音。
已知条件：+Vcc=9V，话筒（低阻20Ω）输出电压值5mv，录音机的输出信号100mV。
电子混响延时模块一个，集成功放块LA4102一块，8Ω/2W负载电阻RL一只，8Ω/4W扬声器一只，集成运放LM324一块。
1.2 主要技术指标
额定功率P0MAX=1W，负载阻抗RL=8Ω，输入阻抗Ri〉〉20KΩ
频率响应fL～fH=40HZ～10KHZ
音响控制特性1KHZ处的增益为0db，100HZ和10KHZ处有12db的调节范围AVL=AVH≥+20db
2.音响放大器各部分的作用
2.1话筒放大器
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20KΩ（亦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（最高频率达10KHZ）其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。
2.2功率放大器
功率放大器的作用是给音响放大器的负载 RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能大。功率放大器有常见的单电源供电的 OTL电路和正负双电源供电的OCL电路。有集成运放和晶体管组成的功率放大器，也有专用集成电路功率放大器芯片。在此设计制作中采用LA4102型集成音频功率放大器。
3.设计过程
首先确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前逐级计算。本设计已给定了电子混响器电路模块，需要设计的电路为话筒放大器，混合前置放大器、音调控制器及功率放大器。根据题意要求，输入信号为5mv时输出功率的最大值为 1w，因此电路系统的输出电压 U0为 2.83V（根据P0=I0*U0可算得U0=■≈2.83V），总的电压增益 AU=U0∕UI=2.83 1000/5=566，由于实际电路中会有损耗，故取AU=600，各级增益分配。
功放级增益AU4由集成功放块决定，取值为100，音调控制级在f0=1KHZ时，应为 1（0dB），但实际电路有可能产生衰减，故取AU3=0.8V。话放级与混合级一般采用运算放大器，但会受到增益带宽积的限制，各级增益不宜太大，取 AU1=7.5V，AU2=1V。当然上述分配可在设计中适当变动。
3.1功率放大器设计
由于采用集成功率放大器，电路设计变得十分简单，只要查阅手册便可得到功放块外围电路的元件值。
功放级的增益AU4=1+R11/Rf≈20KΩ/Rf=100，所以Rf=20K/100=200Ω
CB为相位补偿，CB减小，频带增加，可消除高频自激。CB一般取几十至几百皮法。
CC為 OTL电路的输出端电容，两端的充电电压为VCC/2，一般取耐压大于VCC/2的几百微法电容。
CD为反馈电容，消除自激振荡，CD一般取几十皮法。
CH为自举电容，CH与电路中的R0组成自举电路。使复合管T12、T13的导通电流不随输出电压的升高而减小。
C43、C44 消除纹波，一般取几十至几百微法。
C42是电源退耦滤波，可消除低频自激。
3.2话筒放大器与混合前置放大器设计
图1所示电路由话筒放大与混合前置放大器组成。其中A1组成同向放大器，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，其放大倍数Au1为
Au1=1+R12/R11=7.8
图1 话筒放大器与混合前置放大器电路设计
四运放LM324的频带虽然很窄（增一位1时，带宽为1MHz），但这里放大倍数不高，故能达到fH=10KHz的频率要求。
混合前置放大器的电路由运放A2组成，这是一个反向加法器电路，输出电压u02的表达式为
u02=-[（R22/R21）u01+（R22/R23）ui2]
根据图11的增益分配，混合级的输出电压有效值U02≥37.5mV，而话筒放大器的输出有效值U01已经达到了U02的要求，即U01= Au1，Ui1=39mV，所以取R21=R22。录音机输出插孔的信号Ui2一般为100mV，已经远大于U02的要求，所以对Ui2要进行适当衰减，否则输出会产生是真。取R23=100kΩ，R22=R21=39Kω，以使录音机输出经混合级后也达到U02的要求。如果要进行卡拉OK歌唱，可在话放输出端及录音机输出端接两个音量控制电位器RP11、RP12（见图1），分别控制声音和音乐的音量。
以上各单元电路的设计之还需要通过实验调整和修改，特别是在进行整机调试时，由于各级之间的相互影响，有些参数可能要进行较大变动，待整机调试完成后，再画出整机电路图，本题整机电路如图2所示。
4.音响放大器的主要技术指标及测试方法
4.1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
P0= U02/RL
式中，RL为额定负载阻抗；U0（有效值）为RL两端的最大不失真电压。
测量P0的条件如下：信号发生器输出频率f1=1kHz，输出电压有效值Ui=20mV，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RP3置于最大值，双踪示波器观测ui及u0的波形，失真度测量仪监测u0的波形失真。测量P0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），输出端接ui，逐渐增大输入电压UI，直到u0的波形刚好不出现削波失真（或γ<3%），此时对（下转第152页）（上接第54页）应的输出电压为最大输出电压，由式P0= U02/RL既可算出额定功率P0，注意，最大输出电压测量应迅速减小Ui，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。 4.2输入阻抗
从音响放大器输入端（如话筒放大器输入端）看进去的阻抗称为输入阻抗Ri。如果接高阻话筒，Ri应远大于20kΩ；接电唱机，Ri应远大于500kΩ。Ri的测量方法与放大器的输入阻抗测量方法相同。
4.3输入灵敏度
使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压（有效值）称为输入灵敏度US。测量条件与额定功率的测量相同，测量方法是，使Ui从零开始逐渐增大，直到Ui达到额定功率值时对应的电压值，此时对应的Ui值即为输入灵敏度。
4.4整机效率
η=（P0/ PV）*100%
式中，P0—输出的额定功率
PV—输出额定功率时所消耗的电源功率。
5.电路调试技术
电路调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后整机调试与性能指标测试。
分级调试又分为静态调试与动态调试。静态调试将输入端对地短路。用万用表测该级输出端对地的直流电压。话筒级、混和级、音调级都是由运放组成的，其静态直流电压均为：VCC/2，功放级（OTL电路）也为VCC/2，且输出电容CC两端充电电压也应为VCC/2。动态测试是指输入端接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，并测量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元器件数值是否合乎要求，否则是不会出现很大偏差的，因为集成运放内部电路已经确定，主要是外部元件参数的影响。
6.整机功能试听
用8Ω/4W的扬声器代替负载电阻 RL，进行以下功能试听：
话筒扩音：将低阻话筒接话筒放大器的输入端。应注意扬声器的方向与话筒方向相反，否则扬声器的输出声音经话筒输入后，会产生自激啸叫。讲话时扬声器发出的声音应清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。
电子混响效果：将电子混响模块接话筒放大器的输出，用手轻拍话筒一次，扬声器发出多次重复的声音，微调时钟频率，可以改变混响延时时间。
音乐欣赏 ：将录音机输出的音乐信号，接入混合前置放大器，改变音调控制级的高低音调控制电位器，扬声器的输出音调发生明显变化。
卡拉OK伴唱：录音机输出卡拉OK 磁带歌曲，手握话筒随歌曲歌唱，适当控制话筒放大器与录音机输出的音量电位器，可以控制歌唱声音量与音乐声音量之间的比例，调节混响延迟时间可修饰、改善唱歌的声音。■
【参考文献】
[1]刘淑英，蔡胜乐，王文辉主编.电路与电子学，（第二版），电子工业出版社，2002.3.
[2]高吉祥.電子技术基础实验与课程设计，（第二版），电子工业出版社，2005.2.
[3]李祥臣.模拟电子技术基础教程，清华大学出版社，2005.1.
[4]路勇.电子电路实验及仿真，清华大学出版社，2004.1.
[5]宋贵林，胡春萍.现代音响技术入门，机械工业出版社，2004.1.