音响放大器课程设计

电气工程学院

课程设计任务书

课题名称：音响放大器 专业、班级：电子信息工程专业、081 姓 名：喻思栋 学 号：080804110241 指导教师： 牛鸣德

20010年7月12日至2010年7月16日共1周

指导教师签名： 教研室主任签名： 分管院长签名：

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目录

1.设计目的内容·····································3 1.1.设计目的·········································· 3 1.2.课程设计内容·········································3 2.音响放大器的组成框图·································4 3.单元电路设计··································5 3.1.话音放大器···································5 3.2.电子混响器·····································6 3.3.混合前置放大器···································7 3.4.音调控制器······································7 3.5.功率放大器·····································8 4.主要技术指标参数计算与相应电路图设计···················10 4.1. 混合前置放大器设计·····························10 4.2. 话音放大器的设计·························10

4.3. 话音放大器与混合前置放大器的设计··················11 4.4. 音调控制器的设计······························11 4.5. 功率放大器的设计··························14 4.6. 整机电路设计·································16 5.音响放大器的测试方法·································17 6.实验设计总结与感悟·································19

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音响放大器课程设计

一、设计目的与内容

1.设计目的

（1）了解音响放大器的构成，并组成一个简单的音响放大器。

（2）理解音调控制器，集成功率放大器的工作原理和应用方法。 （3）理解和掌握音响放大器的主要技术指标和测试方法。 （4）根据给出的技术条件和指标，设计音响放大器。 （5）能够独立搭接电路、掌握调试技术

2．课程设计内容

设计一个具有话筒扩音，音调控制，音量控制，电子混响，卡拉OK伴唱等功能的音响放大器

主要技术指标

（1） 额定功率Po≥1W(γ<3%) （2） 负载阻抗RL=8Ω

（3） 频率响应fL=50Hz，fH=20KHz。 （4） 输入阻抗Ri＞＞20kΩ。

（5） 音调控制特性1kHz处增益为0dB、125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围，AVL=AVH≥20dB。

给定条件

（1）电源电压VCC=+9V。 （2）话筒输出信号电压为5mV。 （3）录音机的输出信号电压为100mV。 二．课程设计应完成的工作

1、设计文本按学校的规定要求撰写。 2、独立完成设计任务（不能相互抄袭）。 3、按规范要求绘制一张3号电原理图。

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二、音响放大器的组成框图

音响放大器的作用是对于微弱信号进行电压放大和功率放大，推动负载工作，同时需要对音调和音量的调节。

音响放大器由话筒、话音放大器、电子混响器、混合前置放大器、音调控制器、功率放大器这几个部分组成。其中话音放大器是不失真的放大话筒输出的声音信号，电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使人听起来具有一定的深度感和立体空间感，混合前置放大器是将话筒传输的声音信号与放音机输出的音乐信号相混合并放大，音调控制器是控制和调节音响放大器的幅频特性，功率放大器是给音响放大器的负载提供一定的输出功率。音响放大器的基本组成框图如图所示：

话筒 话音放大器 电子混响器磁带放音机 混合前置 放大器 音调控制器 功率放大器 扬声器

音响放大器组成框图

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三、单元电路设计

1. 话音放大器

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)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。由于要求语音放大级的放大倍数为7.5，所以选择Ri?10K?，Rf采用阻值为100K?的电位器，使放大器可以根据需要调整。

同相交流电压放大器

R2V根据分压原理可得反馈电压VA，VA?o

R?R2f

放大器的电压放大倍数AVF为:A VF?1?R2

RfR?R?Rf?2f???1?V?V所以 V O?iB?R22?R?由此可得反馈电压VA等于输入电压VB,故R1两端电压相等,称R1为自举电阻,通过电阻R1的电流可视为0,因此提高了交流放大器的输入电阻Ri

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R(R||r)(1?AF) i?icVF F反馈系数为：

2. 电子混响器

电子混响器是用来电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。在“卡拉OK”（不需乐队，利用磁带伴奏歌唱）伴唱机中，都带有电子混响器，其组成框图如下图所示。其中，集成电路BBD成为模拟延时器，其内容含有由场效应管构成的多级电子开关和高精度存储器。在外加时钟脉冲作用下，这些电子开关不断地接通和断开，对输入信号进行取样，保持并向后级传递，从而使BBD的输出信号相对于输入信号延迟了一段时间。BBD的级数越多，时钟脉冲的频率越高，延迟时间越长。BBD配有专用时钟电路，如MN3102时钟电路与MN3200系列的BBD配套。

电子混响器构成框图

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3. 混合前置放大器

混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合放大。

R1 RF

Vi1为话筒放大器输出的电压，Vi2为放音机输出的电压，Vo为混合后输出的电

压。三者之间的关系为

RFRFvo??(v1?v2)

R1R24.音调控制器：

音频控制器主要是控制，调节音响放大器的幅频特性，对低音频和高音频的增益进行提升与衰减，中音频保持0dB不变，音频控制器的电路由低通和高通滤波器构成，如下图所示：

音调控制器

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常用的音调控制电路有三种：（1）衰减式RC音调控制电路，其调节范围较宽，但容易产生失真；（2）反馈型电路，其调节范围小一些，但失真小；（3）混合式音调控制电路，其电路较复杂，多用于高级收录机中。为了使电路简单、信号失真小，我们采用反馈型音调控制电路。

设电容C1＝C2 >> C3,则，在中、低音频区，C3可视为开路； 在中、高音频区，C1、C2可视为短路。幅频特性如图4-32所示

音调控制曲线图

根据音响放大器的设计技术指标，要使AVL?AVH?20dB，结合AVL的表达式可知，R1、R2、PR1的阻值一般取到几千欧到几百欧。现取

PR1?470K?，有C2?12?fL1PR1?0.008?F，R2?PR1?52K?。 fL2?1fL1取标称值，则C2?0.01?F，R2?51K?。由前述的假设条件可得，

R1?R2?R3?R?51K?，PR1=PR2?470K?，C1?C2?0.01?F，

R4?13RRa??15K?，C3?470pF 1010由于在低音时，音调控制电路输入阻抗近似为R1，所以级间耦合电容可取

Ci?Co?10?F。

5．功率放大器

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功率放大器(简称功放)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，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。

C2 ＋VCCC3＋电源14自举13退耦12抑制输空纹波入11109偏流8viC1＋149＋＋＋C4＋10CH12131＋LA4100~LA4102LA410066反馈7空RF＋－5CB43CCCDRL1输出2空3电源地4消振5消振 LA4100~LA4102集成功率放大器内部电路

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CF

四、主要技术指标参数计算与相应电路图设计

根据技术指标要求，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级逐级计算。音响放大器的输入为5mV时，额定功率P≥1W，负载阻抗为8Ω，则输出电压V0?RLP0?2.828

总电压增益AvΣ=Vo/Vi>566倍，由于实际电路中会有损耗，故取Av=600

各级增益分配如下图所示

1、混合前置放大器的设计

Rf?Rf?根据VO???V?V?Ri1Ri2?? 2?1? Vi1为话筒放大器输出的电压，Vi2为放音机输出的电压，Vo为混合后输出的电压。所以取Rf =30KΩ R1=10KΩ；音放机输出插孔的信号电压一般为100mV，已基本达到放大的要求不需要话。取R2 =30kΩ 。

2、话音放大器的设计

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AVF等于7.5，令R2等于20KΩ，有 AVF?1?

RfR2 可得Rf等于

130K?。要求Ri远大于20KΩ，而输入阻抗约为R1，则R1取500KΩ，C1=C3=10uF，C2=1uF。

3、话音放大器与混合前置放大器的设计

R12 75k? ＋9V 2 ＋ R22 30k? C12 10?F ＋ R11 1?F 10k? ＋ ＋9V 4 C2＋ － 4 A1 11 LM324 1 C2R21 10k? 10k? C110?F ＋ 6 话筒 vi1 5mV 3 ＋ vo1 10?F 10k? R23 – A2 7 vo2 10k? 1 RP11 10k? ＋ 5 + 10k? 10?F 1 LM324 4 11 4 录音机 vi2 ＋ 100mV C13 10?F C230k? 10?F RP12 10k? 上图所示电路由话音放大与混合前置放大两级电路组成。

4.音调控制器的设计

根据音响放大器的设计技术指标，要使AVL?AVH?20dB，结合AVL的表达式可知，R1、R2、PR1的阻值一般取到几千欧到几百欧。现取

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PR1?470K?，有

C2?12?fL1PR1?0.008?F，R2?PR1?52K?。 fL2?1fL1取标称值，则C2?0.01?F，R2?51K?。由前述的假设条件可得，

R1?R2?R3?R?51K?，PR1=PR2?470K?，C1?C2?0.01?F，

R4?13RRa??15K?，C3?470pF 1010由于在低音时，音调控制电路输入阻抗近似为R1，所以级间耦合电容可取Ci?Co?10?F。

R31 47k? C31 0.01?F RP31 470k? R32 47k? C32 0.01?F ＋9V 9 4 A3 11 ＋

100?F C33 470pF R33 13k? 10k? vi

C ＋ 34R34 47k? － C35 10?F C41 4.7?F ＋ 10 ＋ 10k? 8 RP33 10k? vo RP32 470k? 1 LM324 4

已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。 fL2及fH1； fL2 = fLx *2x/6=400Hz，则fL1 = fL2/10=40Hz ； fH1 = fHx /2x/6=2.5kHz ，

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则fH2= 10fH1=25kHz

EDA仿真电路图设计如下：

1、低音衰减与提升：

将高音提升与衰减电位器PR2滑动端调到居中位置（即可变电阻器PR1的百分比为50%），低音提升和衰减电位器PR1滑头调到最左边（低音提升最大位置，即可变电阻器PR1的百分比为100%）.

①调节信号发生器，使输出信号f=40HZ,Vm=100mV,调节电路中音量调节电位器PR3，使电路输出电压达到最大值，记录此时PR3的数值和输出电压的幅值。PR3= 0 K? Vom= 698.0mV

②保持PR3的数值和输入信号幅度不变，讲频率特性测试仪接入电路，设置工作频率的范围为40HZ----1KZ,测试电路的幅频响应曲线，并记录。（由于此时C1被短路，当F增大是，Vo将减小。）观察所记录的幅频响应曲线，从图中独处低音部分的最大提升量并做记录，判断其是否符合理论设计的指标。 F=40HZ时，低音的最大提升量= 17.004dB ③将低音提升和衰减电位器PR1滑动端调到最右边（低音衰减最大位置，

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即可变电阻器PR1的百分比为0%），重复（3）的步骤。（由于此时C2被短路，当f增大时，Vo将增大。）

F=40HZ时，低音的最大衰减量= -16.933dB 2、高音提升和衰减

将低音提升与衰减电位器PR1滑动端调到居中位置（即可变电阻器PR1的百分比为50%），高音提升和衰减电位器PR2滑头调到最左边（低音提升最大位置，即可变电阻器PR2的百分比为100%）.

①调节信号发生器，使输出信号f=10KHZ,Vm=100mV,调节电路中音量调节电位器PR3，使电路输出电压达到最大值，记录此时PR3的数值和输出电压的幅值。

PR3= 0 K? Vom= 463mV ②保持PR3的数值和输入信号幅度不变，讲频率特性测试仪介入电路，设置工作频率的范围为10KHZ----1KZ,测试电路的幅频响应曲线，并记录。（由于此时C2被短路，当F减少时，Vo将减小。）观察所记录的幅频响应曲线，从图中独处高音部分的最大提升量并做记录，判断其是否符合理论设计的指标。 F=10KHZ时，高音的最大提升量= 13.274dB ③ 将高音提升和衰减电位器PR2滑动端调到最右边（高音衰减最大位置，既可变电阻器PR2的百分比为0%），重复（3）的步骤。（由于此时C2被短路当f减少时，Vo将增大。）

F=10KHZ时，高音的最大衰减量= -12.78dB

5、功率放大器的设计

R11AV?RF因为

F

AV?100 故取R=200Ω

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①RF、CF与内部R11组成交流负反馈支路，控制功放级的电压增益AVF, 即：

②CB为相位补偿电容，CB减小，带宽增加，可消除高频自激。CB一般取几十到几百皮法。

③CC为OTL电路的输出端电容，两端的充电电压为等于VCC/2.，CC一般取耐压值远大于VCC/2的几百微法的电容。

④CD为反馈电容，消除自激振荡，CD一般取几百皮法。

⑤CH为自举电容，使复合管T12，T13的导通电流不随输出电压的升高而减小。

⑥C3、C4可滤除纹波，一般取几十至几百微法。 ⑦C2为电源退耦滤波，可消除低频自激。

6、整机电路设计

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+ Fu022 + CC Fu074 器 响 混 子 电 9VCH C4 100uF + C3 220u F + Fp15 CD Fp065 + C 2 220u F + + 20 14 + F u 7 .4CB - Fu 01

C31 C1 ΩK1R f + Cf F u 3 39+ V 2A + Ω - R K f R 1 0 Ω3 3 K 01 Ω K 0 1 Ω K0 3 R 21 Fu 0C 22 1 R 32 ΩK 01 R 11 C 12 F u0 1 F u 0 1+ Ω K R 2 74 V F 9 p + 0 0 86 C2 + KR 4 0 7Ω 4 Ω K + 74 C1 R 1 Fp 0 08 6 C 5o V R P1 - + R ΩK 0 00 F 1+ uC 3 1 pR Ω K 74 C 3 1 R 3 K3 p 1 Ω 0 F 65 Rp 2 ΩK 0 74 + 9 V K

0 5Ω 1 R A +1 1 u F f - C2 A R2+ B K 02 Ω K 0 F R1 C 1 01 + u0Ω 5 筒 话 放 音 机 +F uC4 0 1 2 C PR21

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五.音响放大器的测试方法

1、额定功率

音响放大器失真度小于某一数值（如ｒ<5%）时的最大功率称为额定功率，

即 P ? V 2 R 式中 RL——额定负载阻抗；

ooL Uo（有效值）——RL两端的最大不失真电压。

测量Po的条件：信号发生器输出频率f1=1kHz,输出电压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Uo的波形，失真度测量仪监测Uo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），输入端接Ui，逐渐增大输入电压Ui，直到Uo的波形刚好不出现削波失真（或ｒ<3%），此时对应的输出电压为最大输出电压，由上式可算出额定功率Po，请注意，最大输出电压测量后应迅速减小Ui，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。

2、频率响应

放大器的电压增益相对于中音频fo(1kHz)的电压增益下降3dB时所对应的低

音频率fL和高音频率fH称为放大器的频率响应。测量条件同上，调节RP3使书粗电压约为最大输出电压的50%。

测量步骤是：话筒放大器的输入端接Ui=5mV，输出端接音调控制器，使信号发生器的输出频率fi从20Hz~50kHz变化（保持Ui=5mV不变），测出负载电阻RL上对应的输出电压Uo,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。

3、音调控制特性

Ui(=100mV)从音调控制级输入端耦合电容加入，Uo从输出端耦合电容引

出。先测1kHz处的电压增益Au（≈0dB），再分别测低频特性和高频特性。 测低频特性：将RP1的滑臂分别置于最左端和最右端时，频率从20Hz~1kHz变化，记下对应的电压增益。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（1~50）kHz变化，记下对应的电压增益。最后绘制音调特性曲线，并标注fL1、fx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fH2等频率对应的电压增益。

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4、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的测量方法于放大器的输入阻抗测量方法相同。

5、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。

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Uo 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。

6、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UN。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，用示波器观察输出负载RL的电压波形，用交流电压表测量其有效值。

7、整机效率

??P/P?100%oC 式中 Po——输入的额定功率；

Pc——输出额定功率时所消耗的电源功率

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六、实验设计总结与感悟

第一次做课程设计，在确定自己应做的课题后，首先做的是大量搜索自己需要的资料。音响放大器，单从名义上来说，应是一个好有意思的制作，因为它的意义很现实。根据设计要求和设计材料，我们需设计的音响放大器在所有音响类别里，是一个比较简单的设计，它由话音放大器、混合前置放大器、音调控制器各功率放大器这四部分组成。为了简便，其中的功率放大器选用集成芯片LA4102。但通过一番对音响放大器的了解，即便现在设计的是一个比较简单的音放，但相比其它几个课程还是要复杂一些，但至始到终肯定了这个课程坚持到底。要写一个课程设计，首先就必需对它的理论作充分的了解。平常学习不扎实，甚至有时总觉得很多的东西学了没什么作用，至少现阶段没什么用，在做课程时一感觉就自己学的东西甚少。平常做电子实验也不在少数，但课程设计与在实验室做实验是两个截然不同的状况，其中后者是别人已设计好的思路，只需在做实验之前搞懂实验原理，再根据已编写的实验步骤一步一步做下来便可；而课程设计从一开端全靠自己去弄清自己需要干什么，该怎样去做。

课程设计看似简单，当自己着手去做时，其实要比想象中复杂。课程设计除了要熟练掌握音响放大器的理论知识，还要明确自己的设计模式。对于毫无设计经验的人而言，最先想到的自然是通过网络渠道，搜索别人的设计方案。设计方案本没有一个固定的模式，设计要求中列写一个大致纲要，如果一致与纲要完全相同，稍感没有新意，又想创新。如此是一个很多虑的想法，既消耗时间，又不能满足自己的想法，因为课程设计本有自己的要点，是一个纯粹的技术项目，不需要太多的外在修饰。

通过此次模电大型试验的设计以及调试，掌握了音响放大器的基本设计方法和设计原理，对几种基本电路有了更深刻的认识和印象，并且掌握了一定的多级放大电路设计和调试的经验。但是，同时也发现自己的许多不足之处。发现自己在将书本知识转化为实践能力的水平还很薄弱，在遇到问题时耐心不足，解决问题时不能够静下心来，只想赶快做好实验，填完表格的观点是非常错误的，这些实验，获得数据是其次，真正的在于培养我们自己发现问题、解决问题的能力。以后我会更加注重自己这方面能力的培养。

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