【正文】 計(jì)規(guī)劃 設(shè)計(jì)一具有話筒擴(kuò)音、音調(diào)控制、電子混響、卡拉 OK 伴唱功能的音響放大器?，F(xiàn)有器材：直流源 +VCC=+9V,話筒一只 (低阻 20Ω輸出電壓 5mV），錄音機(jī)一臺(tái)（輸出信號(hào)100mV），電子混響延時(shí)模塊 1 個(gè)，集成功率放大器 LA4102 1 塊， 8Ω /2W 負(fù)載電阻 RL 1 只， 8Ω /4W 揚(yáng)聲器 1 只，集成運(yùn)放 LM324 2 塊。 主要技術(shù)指標(biāo) 額定功率 Po≥ 1W(g 3%)； 負(fù)載阻抗 RL=8W； 截止頻率 fL=40Hz， fH=10kHz； 音調(diào)控制特性 1kHz 處增益為 0dB， 100Hz 和 10kHz 處有177。 12dB 的調(diào)節(jié)范圍，AVL=AVH≥ 20dB； 音響放大器的基本原理 影響音響放大器工作的主要是音調(diào)控制器和功率放大器。 音響放大器的基本組成及各部分電路原理 音響放大器的基本組成框圖如下圖所示。這是一 個(gè)具有電子混響、音調(diào)控制、并可實(shí)現(xiàn)“卡拉 OK”伴唱功能的音響放大器的電路。其組成框圖 11 如下 ： 圖 11 音響放大器組成框圖 各部分電路工作原理 （ 1） ．話筒放大器工作原理： 由于話筒的輸出信號(hào)一般只有 5mV 左右，而輸出阻抗達(dá)到 20kΩ (亦有低輸出阻抗的話筒如 20Ω， 200Ω等 )，所以話音放大器的作用是不失真地放大聲音信號(hào) (最高頻率達(dá)到10kHz)。其輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗。 話筒放大器的設(shè)計(jì)主要是用一個(gè)運(yùn)算放大器，在這里我選用的一個(gè)四分之一的LM324 對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行放大！ （ 2） .電子混響器工 作原理 ① 工作原理： 電子混響器的作用是用電路模擬聲音的多次反射 ,產(chǎn)生混響效果 ,使聲音聽(tīng)起來(lái)具有一定的深度感和空間立體感 。 在 卡拉 OK(不需要樂(lè)隊(duì) ,利用磁帶伴奏歌唱 )伴唱機(jī)中 ,都帶有電子混響器 ,其組成框圖 12 如圖所示 。 其中 ,集成電路 BBD 稱(chēng)為模擬延時(shí)器 ,其內(nèi)部有由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的多級(jí)電子開(kāi)關(guān)和高精度存儲(chǔ)器 。 在外加時(shí)鐘脈沖作用下 ,這些電子開(kāi)關(guān)不斷地接通和斷開(kāi) ,對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行取樣 、 保持并向后級(jí)傳遞 ,從而使 BBD 的輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)延遲了 一段時(shí)間 。 BBD 的級(jí)數(shù)越多 ,時(shí)鐘脈沖的頻率越高 ,延遲時(shí)間越長(zhǎng) 。 BBD配有專(zhuān)用時(shí)鐘電路 ,如 MN3102 時(shí)鐘電路與 MN3200 系列的 BBD 配套。 圖 12 混響器的工作原理圖 電子混響器的工作原理是由延時(shí)器與衰減網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，輸入信號(hào)經(jīng)延時(shí)τ秒輸出后又經(jīng)衰減網(wǎng)絡(luò)送至延時(shí)器輸入端，如此循環(huán)往復(fù)。由于反饋系數(shù) G＞ 1，電路工作穩(wěn)定，經(jīng)過(guò) nτ時(shí)間后，輸出端將出現(xiàn)一系列逐步衰變的混響特性。電子混響器的實(shí)驗(yàn)電路如圖 12所示 ,其中兩級(jí)二階低通濾波器 (MFB) 濾去 4kHz(語(yǔ)音 )以上的高頻成分 ,反相器 A3用于隔離混響器的輸出與輸入級(jí)間的相互影響 .RP1 調(diào)節(jié)混響器的輸入電壓 ,RP2 調(diào) 節(jié)MN3207 的平衡輸出以減少失真 ,RP3 調(diào)節(jié)時(shí)鐘頻率 ,RP4 控制混響器的輸出電壓 . ② 元件參數(shù)選用： MN3207 1 MN3102 1 LM324 3 電容： C=10uF4 C= 2 C=2200pF3 C= 2 C=200pF1 C=100pF2 電阻： 47kΩ 2 (RP RP2) 100kΩ 7 (RP1=100kΩ ) 22kΩ 1 (RP4=22kΩ ) R=10kΩ 6 R= 2 R=12kΩ 2 R=2 kΩ 2 ③ 電路圖如圖 13 所示： 圖 13 混響器電路圖 （ 3） .混合前置放大器 ① 工作原理： 混合前置放大器的作用是將磁帶放音機(jī)輸出的音樂(lè)信號(hào)與電子混響后的聲音信號(hào)混合放大 ?；祉懬爸梅糯笃鞯碾娐肥且粋€(gè)反加器電路，輸出電壓 U0 的表達(dá)式為 ???????? ??? uRRuRRu FFo 2211 （ 11） u1是話筒放大器輸出電壓： u2為錄音機(jī)輸出電壓。 ② 電路圖： 圖 14 話筒放大器原理 音調(diào)控制器 音響放大器的性能主要由音調(diào)控制器與功 率放大器決定。音調(diào)控制器的作用是控制、調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率的高低，控制曲線如圖 15 所示： 圖 15 控制曲線圖 圖中： f0=1kHZ 為中音頻率，要求 Au0=0dB。fL1為低音頻轉(zhuǎn)折頻率，一般只有幾十赫茲； fL2=10fL1 是中音頻轉(zhuǎn)折頻率； fH1 是中音頻轉(zhuǎn)折頻率； fH2=10fH1 是高音頻轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十千赫茲。 由圖可見(jiàn)，音調(diào)控制器只對(duì)高音頻或低音頻的增益進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變。所以音調(diào)控制器的電路由低通濾波器與高通濾波器共同組成。常見(jiàn)的電路有專(zhuān)用集成電路，如五段音調(diào)均衡器 LA3600，外接發(fā)光二極管頻段顯示器后，可以看見(jiàn)各個(gè)頻段的增益提升與衰減變化。在高中擋收錄機(jī)、汽車(chē)音響等設(shè)備中廣泛采用集成電路音調(diào)控制器，如圖所示。這種電路調(diào)節(jié)方便，元器件較少，在一般收錄機(jī)、音響放大器中應(yīng)用較多。下面分析該電路的工作原理。 設(shè)電容 C1＝ C2 C3,則：在中、低音頻區(qū)， C3可視為開(kāi)路；在中、高音頻區(qū)， CC2可視為短路。 圖 16 音調(diào)控制電路 （ 1） 當(dāng) 0ff? 時(shí)，音調(diào)控制器低頻等效電路如圖 17 所示，其中圖 17（ a） 為 1RP 的滑臂在最左端，對(duì)應(yīng)于低音頻提升最大的情況，圖 17（ b）為 1RP 滑臂在最右端，對(duì)應(yīng)于低音頻衰減最大情況。圖 17（ a）實(shí)質(zhì)上是一個(gè)一階有源低通濾波器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為： （ a） 低音頻提升 (b) 低音頻衰減 圖 17 音調(diào)控制器低頻等效電路 12121. /1 /1)( ?? ??jjR RRPUUSAio ?????????? （ 12） 式中 2111CRP?? 或 211 21 CRPf L ?? 221212 CRRP RRP ??? 或 221212 2 CRRP RRPf L ? ?? 1Lff? 時(shí)， 2C 可視為開(kāi)路，運(yùn)放的反相輸入端為虛地，因運(yùn)放輸入電流 0?I ， 4R 影響可忽略，此時(shí)電壓增益為： 121R RRPA uL ?? （ 13） 1Lff? 時(shí)，由式（ 13）得 ?? ??????? )1( )(1 211 j jR RRPA u （ 14） 模為 22 1 211 uLu AR RRPA ??? （ 15） 此時(shí)電壓增益相對(duì) uLA 下降了 dB3 。 2Lff? 時(shí)，由式（ 14）得 ?? ??????? )101( )1(1 212 jjR RRPA u （ 16） 模為 uLu AR RRPA 21 212 ???? （ 17） 此時(shí)電壓增益相對(duì) uLA 下降了 17dB。 21 LLxL fff ?? 范圍內(nèi)，電壓增益衰減速率為 dB20? /10 倍頻程。 同樣可得 出圖 17（ b）所示電路表達(dá)式，其增益相對(duì)于中頻為衰減量。音調(diào)控制器工作在低音頻時(shí)，幅頻特性如圖 15 左半部虛線所示。 （ 2） 當(dāng) off ? 時(shí)，音調(diào)控制器高音頻等效電路如圖 18(a)所示。在高音頻段 1C 、 2C可視為短路， 4R 與 1R 、 2R 組成星形聯(lián)接，為分析方便，將其轉(zhuǎn)換成三角形聯(lián)接后的等效電路如圖 18(b)所示。 (a) 高音頻等效電路 (b) 三角形聯(lián)接后的等效電路 圖 18 音調(diào)控制器高頻等效電路 電阻關(guān)系式為 : )/( 24141 RRRRRR a ??? )/( 14242 RRRRRR b ??? )/( 42121 RRRRRR c ??? 若取 421 RRR ?? ， 則 421 333 RRRRRR cba ????? 這時(shí)高頻等效電路如圖 19 所示，圖 19（ a）為 2RP 的滑臂在最右端時(shí)，對(duì)應(yīng)于高頻提升最大的情況，圖 19(b)為 2RP 滑臂在最左端時(shí)， 對(duì)應(yīng)于高頻衰減最大的情況。該電路為一階有源高通濾波器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為 43. /1 /1)( ?? ??jjRRUUSAabio ????????? （ 18） 333 )(1 CRRa ??? 或 331 )(21 CRRfaL ?? ? 3341CR?? 或 332 21CRfH ?? （ a） 高頻提 升 （ b 高頻衰減 ） 圖 19 高頻等效電路 通過(guò)低頻等效電路相同方法分析，可得到以下關(guān)系式： 1Hff? 時(shí)， 3C 可視為開(kāi)路， )0(10 dBAu ? 1Hff? 時(shí)， )( 03 dBAA uu ?? 2Hff? 時(shí)， )17(?? 2Hff? 時(shí)， 3C 可視為短路，電壓增益為 33 /) RRRA auH ?? （ 19） 21 HHxH fff ?? 范圍內(nèi) ,電壓提升速率為 20dB/10 倍頻程，音調(diào)控制器高頻時(shí)幅頻特性如圖 15 中右半部虛線所示。 實(shí)際應(yīng)用中，通常是給出低頻區(qū) Lxf 和高頻區(qū) Hxf 處的提升量或衰減量 x(dB),再根據(jù)下式求出轉(zhuǎn)折頻率 )( 12 LL ff 和 )( 21 HH ff 。 即 62 2xLxL ff ?? （ 110） 61 2/ xLxH ff ? （ 111） 功率放大器 功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載 RL（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出的信號(hào)的非線性失真盡可能的小，效率盡可 能高。功率放大器的常見(jiàn)電路形式有單電源供電的 OTL電路和正負(fù)雙電源供電的 OTC電路。有集成運(yùn)放和晶體管組成的功率放大器，也有專(zhuān)用集成電路功率放大器芯片。 （ 1） . la4100 與 la4102 集成音頻功率放大器 功率放大器的作用是給負(fù)載 RL 提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望功率放大器的輸出功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能小，效率盡可能高。 由于集成功率放大器具有性能穩(wěn)定，工作可靠，安裝與調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此在音響設(shè)備中普遍采用