【正文】 級進(jìn)行功率放大，最后去推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)做某項工作。 設(shè)計內(nèi)容 1） 以集成功放和運(yùn)放為核心進(jìn)行設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求和已知條件，確定前置放大電路，有源帶通濾波電路，功率放大電路的方案，計算和選取單元電路的元件參數(shù) 。 2） 設(shè)計一音響放大器，要求具有 音源選擇， 音調(diào)輸出控制、卡拉 OK伴唱 ， 電子混響延時，對話筒與放音機(jī)的輸出信號進(jìn)行擴(kuò)音 ，分頻器，功率放大器保護(hù)電路，按鍵輸入與驅(qū)動信號由單 片機(jī)控制 。 3） 話筒模擬輸入電壓為 5mV，電子混響延時模塊 一 片，集成功放 LA4102 一 片，8 Ω/2W 負(fù)載電阻一只， 8Ω/4W 揚(yáng)聲器一只，集成運(yùn)放 LM324 一 片。 電路原理框圖一張，電路總圖一張，部分功能電路圖若干，軟件流程圖，設(shè)計報告一份 [4]。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 音響放大器系統(tǒng)總體設(shè)計 3 2. 音響放大器 系統(tǒng)總體設(shè)計 設(shè)計原理電路的第一步是選擇總體方案。所謂總體方案是指：針對所提出的任務(wù)、要求和條件，從全局著眼，用具有一定功能的若干單元電路構(gòu)成一個整體，來實現(xiàn)各項功能。顯然，符合要求的總體方案通常不 止一個，我們應(yīng)當(dāng)針對任務(wù)、要求和條件，查閱有關(guān)資料，廣開思路，提出若干種不同的方案，然后逐一分析每個方案的可行性和優(yōu)缺點，再加以比較，擇優(yōu)選用。此外，在選擇的過程中，常用框圖表示各方案的基本原理?？驁D一般不必畫得太詳細(xì)，只要能說明方案的基本原理即可。但關(guān)系到方案是否可行的關(guān)鍵部分一定要畫清楚，必要時甚至要畫出具體電路。 總體方案論證 首先確定整機(jī)電路的級數(shù)，再根據(jù)各級的功能及技術(shù)指標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計算各級電路參數(shù)，通常從功放級開始向前級逐級計算 [5]。本題需要設(shè)計的電路為電子混響器電路 模塊，話筒放大器，混合前置放大器，音調(diào)控制器及功率放大器。根據(jù)題意要求，輸入信號為 5mV時輸出功率的最大值為 10 W，因此電路系統(tǒng)的總電壓增益 Au=1765，由于實際電路中會有損耗，故取 Au=1800，各級增益分配如圖 1 所示。功放級增益 由集成功放塊決定，取值 100，音調(diào)控制級在 =lkHz時，增益應(yīng)為 1(0dB)，但實際電路有可能產(chǎn)生衰減，取 )2( dBAu ?? 的 話 功 放級與混合級一般采用運(yùn)算放大器，但會受到增益帶寬積的限制，各級增益不宜太大，取 。 通過設(shè)計、制造具有電子混響、 音調(diào)控制，卡拉伴唱的音響放大器，了解集成功率放大器內(nèi)部電器的工作原理，掌握其外圍電路的設(shè)計與主要性能參數(shù)的測試方法，并掌握音響放大器的設(shè)計方法與小型電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)。 上述分配方案還可以在實 際 中適當(dāng)變動。 總體方案設(shè)計 (1)確定整機(jī)電路級數(shù)，分配各級電壓增益 話筒輸入信號較弱，根據(jù)題意，輸入信號為 5mV 時，輸出功率最大值為 10W。因此電路系統(tǒng)總電壓增益 Vo= VRP L ??? 。 總電壓增益 Av=Vo/Vi1788，由于實際電路中會有損耗，應(yīng)留有 余 量，故取 )65(1800 dBAV ??。 下面進(jìn)行各級增益分配： 音調(diào)控制級在 kHzf 1? 時，增益為 1（ 0dB） ，但實際電路有可能衰減，取)2( dBAu ?? 。 集成功放電路增益應(yīng)較大，取 )40(1004 dBAu ? 。 混合級，一般采用東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 音響放大器系統(tǒng)總體設(shè)計 4 集成運(yùn)放組成，但受到增益帶寬限制，增益不宜過大，取 12?uA 。話筒放大級，采用集成運(yùn)放電路構(gòu)成。 )( dBAAA AA uuu uu ?? ? 各級 電壓 增益如下 ： 前置級 音調(diào)級 功放級 5mv 200mv 200mv 9v )65(1800 dBAV ?? 圖 1各級電壓增益 (2)總體方案 設(shè)計 框圖 音響系統(tǒng)中的放大器決定了整個音響系統(tǒng)放音的音質(zhì)、信噪比、頻率響應(yīng)以及音響輸出功率的大小。高級音響中的放大器通常分為前置放大器和功率放大及電源等兩大部分。 前置放大器又可分為信號前置放大器和主 控前置放大器。信號前置放大器的作用是均衡輸入信號并改善其信噪比；主控前置放大器的功能是放大信號、控制并美化音質(zhì)；功率放大器及電源部分的主要功能是提供整機(jī)電源及對前置放大器來的信號作功率放大以推動揚(yáng)聲器。其組成 總體 框圖如圖 2所示 [6]： 話筒 揚(yáng)聲器 圖 2總體方框 話筒放大器 電子混響器 放音機(jī) 混合前置 放大器 音調(diào)控制器 功率放大器 8051 X9221 倍12VA 倍 33dB 倍401VA 32dB 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 放大器硬件系統(tǒng)模塊設(shè)計 5 3. 放大器硬件系統(tǒng)模塊設(shè)計 主要技術(shù)指標(biāo) 1） 額定功率 音響放大器失真度小于某 一數(shù)值（如ｒ 3%）時的最大功率稱為額定功率，即 P=Uo178。/RL 式中 RL—— 額定負(fù)載阻抗； Uo（有效值） —— RL兩端的最大不失真電壓。輸出頻率 f1=1kHz,輸出電壓 Ui=20mV,音調(diào)控制器的兩個電位器 RP RP2 置于中間位置，音量控制電位器 RP3 置于最大值，功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻 RL（代替揚(yáng)聲器），輸入端接 Ui，逐漸增大輸入電壓 Ui，直到 Uo的波形剛好不出現(xiàn)削波失真（或ｒ 3%），此時對應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓，由上式可算出額定功率 Po。 要注意，最大輸出電壓測量后應(yīng)迅速減小 Ui，否則 會因測量時間太久而損壞功率放大器。 2） 頻率響應(yīng) 放大器的電壓增益相對于中音頻 fo(1kHz)的電壓增益下降 3dB時所對應(yīng)的低音頻率 fL和高音頻率 fH稱為放大器的頻率響應(yīng)。測量條件同上，調(diào)節(jié) RP3 使 輸出 電壓約為最大輸出電壓的 50%。 3） 音調(diào)控制特性 Ui(=100mV)從音調(diào)控制級輸入端耦合電容加入， Uo從輸出端耦合電容引出。先測 1kHz 處的電壓增益 Au（ ≈0dB ），再分別測低頻特性和高頻特性。測低頻特性：將 RP1 的滑臂分別置于最左端和最右端時，頻率從 20Hz1kHz 變化，記下對應(yīng)的電壓 增益。同樣，測高頻特性是將 RP2的滑臂分別置于最左端和最右端，頻率從 150kHz變化，記下對應(yīng)的電壓增益。最后繪制音調(diào)特性曲線，并標(biāo)注 fL fx、 fL f0(1kHz)、fH fH2 等頻率對應(yīng)的電壓增益。 4） 輸入阻抗 從音響放大器輸入端（如話筒放大器輸入端）看進(jìn)去的阻抗稱為輸入阻抗 Ri。如果接高阻話筒， Ri 應(yīng)遠(yuǎn)大于 20kΩ 。接電唱機(jī)， Ri 應(yīng)遠(yuǎn)大于 500kΩ 。 Ri 的測量方法于放大器的輸入阻抗測量方法相同。 5） 輸入靈敏度 音響放大器輸出額定功率時所需的輸入電壓（有效 值）稱為輸入靈敏度。測量條件與額定功率的測量相同。測量方法是，使 Ui從零開始逐漸增大直到 Uo 達(dá)到額定功率值時對應(yīng)的電壓值，此時對應(yīng)的 Ui 值即為輸入靈敏度。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 放大器硬件系統(tǒng)模塊設(shè)計 6 音響放大器的基本組成 工作原理 音響系統(tǒng)放大器包括：前置放大部分、功率放大部分、 音 源 選擇控制部分 。前置放大又包括信號前置放大器、主控前置放大器 [7]。 作用分別為： 1） 話筒放大器工作原理： 由于話筒的輸出信號一般只有 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(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。其中 A1組成同相放大器，具有很高的輸入阻抗，能與高阻話筒配接作為話音放大器電路，其放大倍數(shù) A為四運(yùn)放 LM324 的頻帶雖然很窄（增益為 1 時，帶寬為 1MHz），但這里放大 倍 數(shù)不高，故能達(dá)到 fH =10kHz 的頻響要求。 2） 音調(diào)控制器 工作原理： 音調(diào)控制放大器的作用是實現(xiàn)對低音和高音的提升和衰減，以彌補(bǔ)揚(yáng)聲器等因素造成的頻率響應(yīng)不足。 常用的音調(diào)控制電路有衰減式音調(diào)控制電路和反饋式音調(diào)控制電路兩類，由于后者失真較小，所以應(yīng)用較廣。本系統(tǒng)采 用反饋式音調(diào)控制電路 ， 因工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)，放大倍數(shù)極低，可改善信號失真，不同于衰減式音調(diào)電路，其曲線斜率基本不變，而只改變轉(zhuǎn)折頻率。對高、低頻的調(diào)節(jié)量大于177。15dB ，對 1KHz 附近的中頻信號幅度影響較小，變化量小于 3dB，這樣可保證調(diào)節(jié)音量時，響度基本不變。高低音采用同軸雙連電位器實現(xiàn)雙聲道獨(dú)立 調(diào)節(jié)，音量采用雙連帶等響抽頭步進(jìn)式指數(shù)型高級音量專用電位 器 控制 。音量電位器設(shè)置于最后，可顯著提高信噪比。運(yùn)算放大器選用單電源供電的四運(yùn)放 LM324，其中 RP1 稱為音量控制電位器，其滑臂在最上端時，音箱放大器輸出最 大功率。 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 ,使聲音聽起來具有一定的深度感和空間立體感 。 在 卡拉 OK伴唱機(jī)中 ,帶有電子混響器 ,其內(nèi)部有由場效應(yīng)管構(gòu)成的多級電子開關(guān)和高精度存儲器 。 在外加時鐘脈沖作用下 ,這些電子開關(guān)不斷地接通和斷開 ,對輸入信號進(jìn)行取樣 。 保持并向后級傳遞 ,從而使 BBD 的輸出信號相對于輸入信號延遲 了 一段時間 。 BBD 配有專用時鐘電路 ,如 MN3102 時鐘電路與 MN3200系列的 BBD 配套 。 電子混響器的工作原理是由延時器與衰減網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，輸入信號經(jīng)延時 τ 秒輸出后又經(jīng)衰減網(wǎng)絡(luò)送至延 時器輸入端，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 nτ 時間后，輸出端將出現(xiàn)一系列逐步衰變的混響特性。 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)時鐘頻率 ,RP4 控制混響器的輸出電壓 。 3） 混合前置放大器是將放音機(jī)輸出的音樂信號與電子混響后的聲音信號混合放大?；祉懬爸梅糯笃鞯碾娐酚蛇\(yùn)放 A 組成，這是一個反加器電路，輸出電壓 為 Uo，根據(jù)圖 1的增益分配，混合級的輸出電壓 8mV，錄音機(jī)輸出插孔的信號一般為 100mV，東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 放大器硬件系統(tǒng)模塊設(shè)計 7 已經(jīng)遠(yuǎn)大于 Uo 的要求，所以對 Uo 要進(jìn)行適當(dāng)衰減，否 則輸出會產(chǎn)生失真。取R1=100kΩ ,R1=R2=39kΩ 以使錄音機(jī)輸出經(jīng)混合級后也達(dá)到 Uo 的要求。如果要進(jìn)行卡啦 OK歌唱，可在話放輸出端及錄音機(jī)輸出端接兩個音量控制電位器 RP RP2，分別控制聲音和音樂的音量。 音響放大器各 單元 電路分析設(shè)計 1） 混合前置放大器 與話筒放大器 設(shè)計 圖 3 所示電路由話筒放大與混合前置放大兩級電路組成 [8]。其中 A1 組成同相放大器，具有很高的輸入阻抗，能與高阻話筒配接作為話筒放大器電路，其放大倍數(shù)Av1為 Av1=1+ R12/R11=（ ） 四運(yùn)放 LM324 的頻帶雖然很窄（增益為 1時，帶寬為 1MHz），但這里放大倍數(shù)不高，故能達(dá)到 fH= 10kHz 的頻響要求?；旌锨爸梅糯笃鞯碾娐酚蛇\(yùn)放 A2組成，這是一個反向加法器電路，輸出電壓 V02 的表達(dá)式為 根據(jù)圖 2的增益分配，混合級的輸出電壓 V02≥ ，而話筒放 大器的輸出V01已經(jīng)達(dá)到了 V02 的要求，即 V01=Av1V11=39mV，所以取 R21=R22。錄音機(jī)輸出插孔的信號 V12一般為 100mV，已經(jīng)遠(yuǎn)大于 V02的要求，所以對 V12 要進(jìn)行適當(dāng)衰減，否則輸出會產(chǎn)生失真。取 R23=100kΩ ， R22=R21=39kΩ ，以使 放 音機(jī)輸出經(jīng)混合級后 也達(dá)到 V02的要求。 圖 3話筒放大混合前置電路 如果要進(jìn)行卡拉 OK 歌唱，可在話放輸出端及錄音機(jī)輸出端接兩個音量控制電位器 RP1 RP12，分別控制聲音和音樂的音量。 均衡放大器 可 將唱片信號還原并放東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 放大器硬件系統(tǒng)模塊設(shè)計 8 大；解釋 RIAA 規(guī)定的錄制頻率特性；是為了適應(yīng)錄 制工藝要求和減少錄制噪聲的影響。 話筒放大器：放大話筒輸出信號。 話筒放大器與前置放大器 ， 根據(jù)增益分配，采用集成運(yùn)放電路改變外接電阻可方便實現(xiàn)增益調(diào)整。與音調(diào)控制器共采用一塊LM324 即可滿足除功放外的所有電路功能，電路簡單。 2） 音調(diào)控制放大器（含音量控制） 音調(diào)控制器是控制、調(diào)節(jié)音響放 大器輸出頻率高低的電路 。常