【文章內(nèi)容簡介】 BBD器件，并且越來越多的應(yīng)用在錄音機、電子樂器及其它音響系統(tǒng)中 [7]。(1)BBD的基本結(jié)構(gòu)及功能。 BBD基本結(jié)構(gòu)圖 BBD等效電路圖BBD內(nèi)部集成了由場效應(yīng)管(MOSFET)組成的一系列高速電子開關(guān)和與之一一對應(yīng)的 MOS電容，這些電子開關(guān)在外加時鐘脈沖(由時鐘發(fā)生器產(chǎn)生)的統(tǒng)一控制下，交替的接通與斷開。時鐘脈沖以二相方式連接(兩個反相的時鐘脈沖)，即CP1控制一系列奇數(shù)電子開關(guān)，CP2控制一系列偶數(shù)電子開關(guān)。在時鐘脈沖的正半周時對輸入信號采樣并保持，在負半周時將保持的信號(電荷)瞬時傳遞給下一個MOS電容，隨著正、負時鐘脈沖的不斷交變，信號電荷逐級向后存儲和轉(zhuǎn)移，最后，在輸出端出現(xiàn)已被延遲的輸入信號，可見，BBD的基本功能是電荷存儲和轉(zhuǎn)移。它不同于其它半導(dǎo)體器件，不是以電流或電壓作為信號，而是以電荷作為信號。而電荷存儲是由一系列的高精度MOS電容作為存儲器，電荷轉(zhuǎn)移則由一系列的高速開關(guān)逐級傳遞。因此，BBD也可視為一個模擬移位寄存器。(2)BBD的延時原理信號延遲的過程（即電荷的轉(zhuǎn)移過程）。(b)的輸入電壓。在時間t1時，CP1為正，(a)，奇數(shù)MOSFET管均導(dǎo)通，中的5等開關(guān)閉合，輸入信號電壓U1經(jīng)開關(guān)1對C1瞬時充電，即將與輸入電壓 U1成正比的電荷Q1存儲在C1中（實際上由于MOS管漏極向源極的反饋效應(yīng)的影響，有一定的傳輸損失，以下相同） ，(c)。在時間 時，由于CP1變?yōu)樨?，開關(guān)1斷開，而CP2的脈沖極性為正，受該相時鐘39。t控制的一系列MOSFET管導(dǎo)通，、4等開關(guān)閉合，存儲在C1中的電荷Q1經(jīng)開關(guān)2瞬時對C2充電，即將電荷Q1轉(zhuǎn)移至C2上，(d)。在 時，CP1又變?yōu)檎?，開關(guān)1等奇數(shù)開關(guān)又閉合，與輸入電壓U2成正比的電荷2tQ2又被存儲在C1中，與此同時，因開關(guān)3也閉合，原存儲在C2的電荷Q1將轉(zhuǎn)移至C3上，(e )。 BBD信號延遲過程在 時，CP1轉(zhuǎn)為負，奇數(shù)開關(guān)均斷開，此時CP2變?yōu)檎?，偶?shù)開關(guān)均閉合，存39。2t儲在C3的電荷Q1又轉(zhuǎn)移至C4上，與此同時，C1上的電荷Q2轉(zhuǎn)移至C2上，如圖(f)。在 時，CP1再次變?yōu)檎鏀?shù)開關(guān)均再閉合，與輸入電壓U3成正比的電荷Q3被3t存儲在C1中，與此同時，C2上的電荷Q2轉(zhuǎn)移至C3上，C4的電荷Q1轉(zhuǎn)移至C5上，如圖(g)，以下類推。這樣，隨著時鐘正、負的交替變化，與各時間的輸入電壓成正比的信號電荷被逐級地向輸出端轉(zhuǎn)移，即輸入信號經(jīng)BBD處理后被延遲了，達到了延時目的。轉(zhuǎn)移時間（即延遲時間） 由所采用的BBD級數(shù)和時鐘脈沖的頻率決定。? (415)式CPfNtN22?????中 和 分別為時鐘脈沖的頻率和周期， t為時鐘脈沖的寬度，N為BBD的斗鏈級CPft ?數(shù)。 設(shè)計實例(1)器件選擇近年來，BBD器件種類日益增多，性能不斷提高。如松下MN3000系列、MN3200系列和MN3300系列等等。除此之外，還有TDA109TDA1022和RD5106等。由于本次設(shè)計要求最大混響時間大于50ms，查閱相關(guān)手冊知，可選擇MN3207，其對應(yīng)的專用時鐘發(fā)生器為MN3102。(2)MN3207和MN3102的結(jié)構(gòu)圖 MN3207管腳排列圖 MN3102內(nèi)部框圖，由于內(nèi)部為N溝道場效應(yīng)晶體管，因此，漏極電源 輸入為正電源，典型值取+5V。柵極電源 由時鐘驅(qū)動器， ，DUGU154DGU?約+（注意，該端需外加濾波電容） 。鐘驅(qū)動器MN3102內(nèi)部框圖和管腳排列圖，內(nèi)部主要由四部分組成，即 電源產(chǎn)生G器，由8腳輸出 供BBD；5腳內(nèi)部電路與外接阻容元件構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)振蕩器G（振蕩頻率由外接RC值設(shè)定） ；經(jīng)內(nèi)部 分頻電路分頻，送至時鐘驅(qū)動器；由41腳輸出不斷交替變化的兩個反相時鐘脈沖，去控制BBD正常工作。(3)參數(shù)設(shè)計由于要求頻率響應(yīng)優(yōu)于80hz—4khz，低頻特性由耦合電容和旁路電容決定，其電容所在回路的等效電阻一般比較大，很容易滿足80hz的設(shè)計指標。考慮高頻特性時，由奈奎斯特定理，采樣頻率 （也即時鐘頻率）必須滿足：CPf （ 為輸入信號頻率）khzffinCP842???in又知MN3102內(nèi)部存在1/2分頻器，則振蕩電路的頻率OSff?16振蕩頻率 ( ) (416)RCfS?21CPOSff2?由式(416)知，采樣頻率與延遲時間存在如下關(guān)系： (417)mskfNCP6480????滿足最大混響時間優(yōu)于50ms。當芯片選定后，級數(shù)也就確定了，此時 與?成反比，延時時間越長，采樣頻率越低，而當采樣頻率低于兩倍輸入信號頻率CPf時，則輸出信號會失真，這樣 與 是一對矛盾。而要使延時時間達到規(guī)定的技術(shù)?CPf指標，又要使采樣頻率達到要求，需權(quán)衡兩者，合理選擇其參數(shù)。若取 ,則 pF20? (418)????khzCfROS 50161?為了使延時時間可調(diào)，接一個30k的固定電阻和一個22k的可變電阻。由式(417)求得， ，則 ；由式(418)kzfkzOSC2?khzfhzCP138?有 。mss6439?? 電子混響器圖中兩級二階低通濾波器 、 濾除4KHz（語音）以上的高頻成分，反相器A12用于隔離混響器與輸入級間的相互影響。 （100K ）電位器調(diào)節(jié)混響器的輸入電3 1RP壓， （47K）電位器調(diào)節(jié)MN3207的平衡輸出以減小失真， （47K）電位器調(diào)節(jié)2RP 3RP時鐘頻率，22K電位器控制混響器的輸出電壓。第5章 音調(diào)控制電路的設(shè)計 音調(diào)控制電路的概述 音調(diào)控制電路一般包括高低音電位調(diào)節(jié)器，通過調(diào)節(jié)電位器，對聲音的某部分頻率信號進行提升或衰減，使之符合用戶聽覺的要求。其音調(diào)控制器的調(diào)節(jié)曲線如，由圖可知，低音頻區(qū)和高音頻區(qū)各包括兩個轉(zhuǎn)折頻率，分別為和 ,在中頻區(qū)放大倍數(shù)為1 [8]。2,L?2H 音調(diào)控制電路的調(diào)節(jié)曲線 方案選擇 常見的音調(diào)控制電路根據(jù)音調(diào)控制電路在電路中的位置，有插入衰減式、負反饋式和插入衰減負反饋混合式三種，（a） ，(b)，(c)所示。 (a) 插入衰減式音調(diào)控制電路(b) 負反饋音調(diào)控制電路 (c) 插入衰減—負反饋音調(diào)控制電路 設(shè)計實例本次設(shè)計將采用插入衰減—負反饋音調(diào)控制電路， (c)所示，在滿足圖中參數(shù)的條件下，其頻率響應(yīng)范圍為20hz—20khz，滿足人耳的聽覺要求，故本次設(shè)計可直接應(yīng)用該電路。其中， 、 分別為低音、高音電位調(diào)節(jié)器。1W2第6章 音頻功率放大電路的設(shè)計 音頻功率放大電路的概述在實用電路中往往要求放大電路的末級(即輸出級)輸出一定的功率,以驅(qū)動負載。能夠向負載提供足夠信號功率的放大電路稱為功率放大電路，簡稱功放。從能量控制和轉(zhuǎn)換角度看，功率放大電路與其它放大電路在本質(zhì)沒有區(qū)別；只是功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。因此，從功放電路的組成和分析方法，到元器件的選擇，都與小信號放大電路有著明顯的區(qū)別。 方案優(yōu)化 方案一常見的音頻功率放大電路有OCL（無輸出電容的功率放大電路） 、OTL（無輸出變壓器的功率放大電路）和BTL（橋式推挽功率放大電路） ，所示。(a)OCL電路 (b)OTL電路 (c)BTL電路 方案二OCL、OTL和BTL電路中的晶體管均工作在乙類狀態(tài)，他們各有優(yōu)缺點，且均有集成電路，使用時應(yīng)根據(jù)需要合理選擇?？紤]到使用的方便性及集成運放性能的優(yōu)越性，本設(shè)計使用集成運放構(gòu)成的音頻功率放大器。常見的集成功放有LM386，TDA2022 ，TDA2030 ，TDA1521等等，查閱相關(guān)手冊知，TDA2030可滿足設(shè)計要求且使用較為簡便，其典型的功率放大電路(單電源供電)： 音頻功率放大電路典型應(yīng)用圖其中,放大倍數(shù)為 ,帶寬B由電容 決定,兩者的關(guān)系為21RAV?8C (61)182RCB?? 設(shè)計實例查閱相關(guān)手冊知，TDA2030的極限參數(shù)：單電源供電時 ，VC36max? ，帶寬由電容C 決定，低頻特性由耦合電容決定,很容易滿足80HZ的設(shè)VC12min?8，最大輸出功率大于3W，則由式(61) 有: (取C =50pF) (62) ?????8放大倍數(shù) ,最大輸出功率 ,則 ?AV LEScmRUVP20]/)2[?? (取 (63)CESLomCURP8??)4?LR考慮到大功率管 為23V，為了留有一定的余量,取 ，則有VCES3?+2 = (64)43??CV取 ，滿足 。VC20?maxminCCV?第7章 電壓放大倍數(shù)的分配及系統(tǒng)調(diào)試 電壓放大倍數(shù)的分配，輸出功率大于 3W，則由公式 ，LoRVP2?輸出電壓 V0= (71)???可見系統(tǒng)的總電壓放大倍數(shù) ??mvAiO由于音調(diào)控制電路在中頻區(qū)放大倍數(shù)為1,而在高、低頻區(qū)會產(chǎn)生衰減, 因此設(shè)計時，要留一定的余量。故取A V4=。其各放大級的參數(shù)見附錄。： 電壓放大倍數(shù)分配總電壓放大倍數(shù)為：AV=AV1?AV2?AV3?AV4=80?5??32=10880?6920 (72) 電路安裝和調(diào)試(1)合理布局，分級裝調(diào) 卡拉OK機是一個小型電路系統(tǒng)，安裝前要對整機線路進行合理布局，一般按照電路的順序一級一級地布線，功放級要遠離輸入級，每一級的地線盡量接在一起，連線盡可能短，否則很容易產(chǎn)生自激。安裝前先檢查元器件的質(zhì)量，安裝時注意功放塊、運算放大器、電解電容等主要器件的引腳和極性，不可接錯。從輸入級開始向后級安裝，也可以從功放級開始向前逐級安裝。安裝一級調(diào)試一級，安裝兩級要進行級聯(lián)調(diào)試，直到整機安裝與調(diào)試完畢 [10]。(2)整機功能試聽 調(diào)試完畢可用揚聲器代替負載電阻R L進行功能試聽 [11]：①話音擴音 將話筒接話音放大器的輸入端。應(yīng)注意，揚聲器輸出的方向與話筒輸入的方向相反，否則會產(chǎn)生自激嘯叫。講話時，揚聲器傳出的聲音應(yīng)清晰，改變音量電位器，可控制聲音大小。②電子混響效果 用手輕拍話筒一次，揚聲器發(fā)出多次重復(fù)的聲音，微調(diào)時鐘頻率，可以改變混響延時時間，以改善混響效果。結(jié)語模擬式卡拉OK機的設(shè)計已完成，它運用到了好幾門的專業(yè)知識，綜合性較強，難度也就較大了，其涉及到的課程有模擬電路和音頻技術(shù)，但主要還是模電知識。當然，設(shè)計中也碰到了一些比較生疏的東西，如BBD延時器，對它接觸較少，有關(guān)它的理論基礎(chǔ)及所用到的芯片MN3207和MN3102的用途及用法都需查閱了不少資料才掌握。之前曾做過一些課程設(shè)計，對模塊化的設(shè)計理念已相當熟練。在理論設(shè)計中，我采用了模塊化的設(shè)計方法，將該系統(tǒng)分成若干模塊——話音放大，混合放大，電子混響器，音調(diào)控制及音頻功率放大。其中電子混響器的設(shè)計相對較復(fù)雜，涉及到一些細節(jié)方面的東西，如為了減小失真，MN3207采用平衡輸出；為了使混響器的輸出電壓可調(diào)要采用電位器控制等等。這些并不是一蹴而就的，而是查閱了不少資料慢慢學會的。盡管是些細節(jié)方面的東西，但恰恰是這些東西使我學會了更加敏銳地分析問題和解決問題。本次畢業(yè)設(shè)計使我受益匪淺，一方面，更進一步地掌握了模塊化的設(shè)計思路；另一方面，學會了一些電路調(diào)試方法，培養(yǎng)了自己的觀察能力和動手能力，為以后的工作實踐奠定了一定的基礎(chǔ)。致謝經(jīng)過這個月的努力，我的設(shè)計和論文終于完成了，在此我向所有給予我?guī)椭完P(guān)懷的同學和老師致以最真誠的謝意。我的畢業(yè)設(shè)計能順利完成，要特別感謝徐美清老師，感謝她一直以來以來給予我的指導(dǎo)和幫助。由于本人研究的水平和時間的限制，初期遇到了很多困難。徐老師在百忙之中多次對我提出具有方向性和指導(dǎo)性的意見，并在后期親自對我的論文進行修改，給我提出許多寶貴意見，使我的論文終于得以完成。她在繁忙的工作中督促我們的學習，及時幫我解決設(shè)計與學習中的困難，對我的諄諄教誨將使我受益終生。在她嚴格要求下我們的每一步工作，使我不敢對設(shè)計或者論文有一絲的馬虎，這一點也讓我受益菲淺。 感謝那些我在大學學習期間的所有老師，是他們傳授了我寶貴知識。是他們