2011实验五+音响放大器设计(吴健雄).docVIP

实验五 音响放大器设计 【实验内容】 设计一个，性能指标要求： 话筒扩音、音量控制、混音功能、音调可调(选作)额定功率 ≥0.5W(失真度THD≤10%)负载阻抗 10Ω频率响应 fL≤50Hz fH≥20kHz输入阻抗 ≥20kΩ 话音输入灵敏度 ≤5mV 音调控制特性(扩展) 1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围 基本要求 功能要求 话筒扩音、音量控制、混音功能额定功率 ≥0.5W(失真度THD≤10%)负载阻抗 10Ω频率响应 fL≤50Hz fH≥20kHz输入阻抗 ≥20kΩ 话音输入灵敏度 ≤5mV 提高要求 音调控制特性 1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围。 发挥部分 可自行设计实现一些附加功能 【实验目的】 了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。 系统、综合地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识，在单元电路设计的基础上，利用multisim软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。 通过设计、调试等环节，增强独立分析与解决问题的能力。 【实验要求】 实验要求： 根据实验内容、技术指标及实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原理，计算元件参数。 利用EDA软件进行仿真，并优化设计。 实际搭试所设计电路，使之达到设计要求。 按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试，记录测试数据，分析电路性能指标。 撰写实验报告。 说明 要求先用软件设计并仿真，然后硬件实现。 【教学指导】 明确设计任务要求, 确定总体方案 对系统的设计任务进行具体分析，充分理解题目的要求、每项指标的含义。 针对系统提出的任务、要求和条件，查阅资料，广开思路，提出尽量多的不同方案，仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中选取合适的方案。 将系统分解成若干个模块，明确每个模块的功能、各模块之间的连接关系以及信号在各模块之间的流向等等。构建总体方案与框图，清晰地表示系统的工作原理、各单元电路的功能、信号的流向及各单元电路间的关系。 关于自激 自激：由于功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。因此功率放大器的安装调试对布局和布线的要求很高，安装前要根据所设计的电路对整机线路进行合理布局，级和级之间要分开，每一级的地线要接在一起，同时要尽量短，否则很容易产生自激。自激分高频自激和低频自激 高频自激：集成块内部电路多极点引起的正反馈易产生高频自激，常见高频自激现象如下图所示，可以加强外部电路的负反馈（如外接电容负反馈等）予以抵消。 低频自激：常见的现象是电源电流表有规则地左右摆动、或输出波形上下抖动。产生的主要原因是输出信号通过电源及地线产生了正反馈，可以通过接入RC去耦滤波电路消除。 提高部分电路的设计 关于音调电路的实现方法，可自行查阅相关资料，尽量不采用专用处理芯片。 【实验方案】 音响放大器原理框图如下图5.1所示： 图5.1 音响放大器原理框图 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20k。(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20kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。 混合前置放大器 混合前置放大器的作用是将放大后的话音信号与Line In信号混合放大，起到了混音的功能。（Line In信号可以用一般的MP3输出） 功率放大 功率放大器（简称功放）的作用是给音响放大器的负载（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的大，输出信号的线性失真尽可能的小，效率尽可能的高。功率放大器的常用形式有OTL电路和OCL电路等。有用专用集成运算放大器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。 由集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器电路如图5.2所示。其中，运放为驱动级，晶体管T1~T4组成复合式晶体管互补对称电路。 图5.2 集成运放和晶体管组成的OCL功率放大器电路 电路工作原理 三极管T1、T3为相同类型的NPN管，所组成的复合管仍为NPN型。T2、T4为不同类型的晶体管，所组成的复合管的导电极性由第一只管决定，即为PNP型。R4、R5、RP2及二极管D1、D2所组成的支路是两对复合管的基极偏置电路，静态时支路电流I0可由下式计算： 式中，VD为二极管的正向压降 为减小静态功耗和克服交越失真，静态时T1、T2应工作在微导通状态，即满足下列关系： VAB ≈ VD1 + VD2 ≈ VBE1 + VBE2 称此状态为有甲乙类状态。二极管D1、D2与三极管T1、T2应为相同类型的半导体材料。RP2用于调整复合管的微导通状态，其调节