【導(dǎo)讀】使聲音聽起來具有一定深度感和空間立體感[1]。本設(shè)計是基于單片機(jī)的音樂控制系統(tǒng)的設(shè)計。本設(shè)計采用集成運(yùn)放芯片LM324. 其中LM324是四運(yùn)算集成電路，它采用14腳直插封裝。組形式完全相同的運(yùn)算放大器。音響放大器是由話筒放大器、混合前置放大器、電。子混響器、音調(diào)制控器、功率放大器幾部分組成。除電源用外，四組相互獨(dú)立；LA4102. 是一種應(yīng)用很廣的集成功放。它常被用于收錄機(jī)、對講機(jī)等小功率電路中。引腳分布均是一致的，在使用中可以互換。由于集成放大器和集成運(yùn)算放大器，具。有體積小，重量輕，使用方便和工作可靠的特點，應(yīng)用越來廣泛。電子管部份和元器多，布線復(fù)雜等問題[2]。關(guān)鍵詞：集成運(yùn)算放大器；集成功率放大器；LM324；LM4102；電阻；電容。混合前置放大器---------------------------------------------------------------------------------11. 微調(diào)音調(diào)控制器---------------------------------------------------------------------------------13

　　

【正文】 大器的影響，同時要求噪聲應(yīng)盡量小。為此本級可選用低噪聲運(yùn)算放大器或由場效應(yīng)管來擔(dān)任。若 用場效應(yīng)管實現(xiàn)話筒放大器。則可采用共源共漏電路。場效應(yīng)管噪聲系數(shù)較小，而且它是壓控器件，所以輸入阻抗大。適當(dāng)選取 R3及 R4值以滿足增益要求。共漏電路 (源極輸出器 )可 獲得低的輸出阻抗 [17]。 ③ 音調(diào)控制電路 該音調(diào)控制放大器是由一個音調(diào)控制網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器 A所組成的負(fù)反饋放大器，其中 Rw1 和 Rw2是分別調(diào)節(jié)高音和低音的兩個電位器，調(diào)節(jié) Rw1 和 Rw2 兩個電位器以改變反饋系數(shù)，從而改變放大器的幅頻特性，以達(dá)到音調(diào)控制作用。為了東華理工大學(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 23 敘述方便，若選取 R1=R2=R3=R， Rw1=Rw2=9R、 Rw1R Cl=C C3=C4 且 C1C3。則可獲得全頻帶高低音提升和衰減曲線。當(dāng)?shù)鸵粽{(diào)節(jié)電位器 Rw2 滑向 A 點時，實現(xiàn)低音提升，當(dāng) Rw2 滑向 B 點時，實現(xiàn)低音衰減。 ④ 功率放大器 對功率放大器的要求除了輸出功率滿足指標(biāo)外，還要求效率高，非線性失真小，以及輸入端與音調(diào)控制放大器匹配，輸出端與音箱負(fù)載匹配，否則將會影響放音效果。與負(fù)載匹配主要指三個方面，即阻抗匹配、功率匹配和阻尼系數(shù)匹配。根據(jù)本任務(wù)要求，完全可采用集成芯片來擔(dān)任功率放大器。例如常用的功率放大器集成芯片 LA4102，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 1腳是正相輸入端、 2 腳是反向 輸入端、 3腳是負(fù)電源輸入端、 4腳是功率輸出端、 5 腳是正電源輸入端。 LA4102 能在最低 177。6 V 最高 177。22 V 的電壓下工作（ LA4102 比 LA4102A耐壓低點，在 177。19 V、 8Ω阻抗時能夠輸出 16W 的有效功率 THD≤% 。 因為本任務(wù)要求負(fù)載阻抗為 8Ω，輸出額定功率為10W。通常為保證工作可靠，可選集成塊的額定輸出功率比實際要求功率大一些，例如 倍左右，因此上述的 LA4102 是比較合適的。常用的電路程式有 OTL 和 OCL兩種，為提高效率，一般工作于接近乙類。由于 OTL 電路可用單電源供電，因此為了供電方便，采用 單電源供電的 OTL電路。這里采用了同相輸入，由于 LA4102 芯片的開環(huán)增益一般為 90dB，因此是工作在深度負(fù)反饋條件下，故其中頻增益近似為Au=1+R3/R2。圖 12 中 Dl、 D2 的作用是防止輸出脈沖電壓損壞集成塊，一般用開關(guān)二極管。此外由于揚(yáng)聲器的音圈是線圈，具有一定的電感量，因此采用 C R7組成一補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其作用是把揚(yáng)聲器的電感性負(fù)載補(bǔ)償成接近純電阻性。此網(wǎng)絡(luò)在小功率放大電路中也可不用或只用一個電容近似補(bǔ)償，但在大功率電路中必須采用，以防止揚(yáng)聲器音圈的反電勢擊穿輸出管，并有抑制高頻自激作用 [18]。 — 般 取 R約等于 RL， Cs 可取為 。 2）單元電路參數(shù)確定 均衡放大電路的參數(shù)確定 ： 雖然本任務(wù)中末給出均衡放大器的中頻增益，但參照一般產(chǎn)品給出的參數(shù)，可取中頻增益為 30dB，如設(shè) R4＝ 560Ω，則 R3＝ ，選取標(biāo)稱值 18 kΩ。 ① 話筒放大電路的參數(shù)確定 電路程式可參考圖 4，若兩只場效應(yīng)管選為 3DJ6。其轉(zhuǎn)移特性曲線可由手冊查得如圖 4 所示。為了減少噪聲系數(shù) NF， Tl 管的工作點要取得低 — 些。 — 般選取 IDQ為零點幾毫安。由 參考手冊 可 知 ，若選取 VGS＝ 3V。則 IDQ=。為了保證 輸入電阻大于 500kΩ，故 Rl 可取 1 兆歐。本級的頻帶應(yīng)比總的頻帶寬 。 例如選取BW=40Hz10kHz。 即 fL=40Hz， fH=10kHz。 則源極跟隨器的工作點電流可取大一些，例如 12mA。若取 ，由轉(zhuǎn)移特性曲線得出 VGS=，所以 R6 等于 kΩ。 ② 音調(diào)控制放大電路的參數(shù)確定 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 24 根據(jù)本任務(wù)給出的技術(shù)指標(biāo)，音調(diào)控制特性為低音 (100Hz)177。12dB ；高音(10kHz)177。12dB 。可計算音調(diào)控制電路在高音和低音的最大提升和衰減量。根據(jù)前述假定， R1＝ R2＝ R， Rwl＝ Rw2＝ 9R，則可算 得低音最大提升和衰減量為 177。20dB 。而對于高音端，若假定取 R4=R/3，則根據(jù) 程 式可算得高音最大提升和衰減量也為177。20dB 。 求 轉(zhuǎn)折頻率 fL fL fH fH2 的值因為運(yùn)放的輸入阻抗較大，一般大于500千歐，所以 對于 Rw1 和 Rw2 可選用 100 千歐線性電位器。 ③ 功率放大器選擇 集成功放的電路組成， 這里 采用集成功放芯片 LA4102。電路主要元件參數(shù)確定如下。確定電源電壓 信號發(fā)生器輸出頻率 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， 雙蹤示波器觀測 Ui 及 Uo 的波形，失真度測量儀監(jiān)測 Uo 的波形失真。為了保證電路安全可靠地工作，通常使電路的最大輸出功率 PoM 比額定功率要大一般取 PoM＝ ＝ 15(W)， 所以最大輸出電壓為 。則輸出電壓的振幅為 11V峰峰值為 22V?？紤]到功率管的飽和壓降和射極電阻上的電壓降，電源電壓 (單電源供電 )可取 25— 30V。功率放大器的增益及頻率特性電路的中頻增益近似為Au=1+R3/R2。 3）整機(jī)電路參數(shù)確定 設(shè)計 主要參數(shù)的確定 ： 放大器輸出電壓為： Vo= VRP L ??? 。 最小的話筒輸入信號的總電壓增益為： 1266 ??? iov vvA， 因為調(diào)諧器輸入端小于 100mV，所以話筒放大器的放大倍數(shù)為： 205100? 倍，即 26dB；話筒輸入信號非常小，加強(qiáng)屏蔽和匹配 對 抑制話筒放大器噪聲非常重要。音調(diào)控制放大器的中頻增益一般為 1dB 功率放大器的電壓增益為： 63dB 26dB = 37dB 均衡放大器的放大倍數(shù)定為： 30dB 均衡放大器 將唱片信號還原并放大； 將錄制信號的低頻端幅度適當(dāng)壓縮，而對信號中的高頻成分適當(dāng)提升 [19]。 在這個電路中，一般選取 C2C3， R2R3R4。在低頻信號段 ， C3 是開路（畫出等效電路圖），所以有： 211 ZZAv ?? 可以得到： 2223434224234 1)(1CRjRRRRRCRjRRRRAvL ??????????? 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 25 放大倍數(shù)為： 4234 R RRRA vL ??? 極點的轉(zhuǎn)折角頻率為： 2211CR?? 零點的轉(zhuǎn)折角頻率為： 23422342 )( CRRR RRR ????? 因為 R2R3R4，所以 2322 )//(1 CRR?? 在高頻信號段，認(rèn)為 C2 是短路，有： 3334343434 11CRjRRRRCjRRRAvH ???????? 因為根據(jù) RIAA 特性，知道三個轉(zhuǎn)折角的頻率為 :50、 500、 2120 可得： 32 9RR ? 21202 133 ?? RC ? 32 CC ? 根據(jù)前面確定的均衡放大器的中頻增益為 30dB，選定 R4， 就可以確定 R3，然后得到 C C2。通過以上分 析，在這個電路中，電路分析時，選取條件： C1=C2，C3=C4，并且 C1C3， R1＝ R2＝ R3＝ R， Rw1=Rw2=9R， Rw1R4。推導(dǎo)過程如下：所以當(dāng)?shù)皖l時， C C4 看作開路，當(dāng) Rw2 滑向 A點時，可以得到圖 13 所示的原理圖，所以能夠得到式子： 222222212212221 11)1//(CRjRRRRCjRRRRCjRRRZAWWWWWfvL ??????????????? 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 26 同樣能夠得到當(dāng) Rw2 滑向 B點時的原理圖，這時的閉環(huán)增益表達(dá)式為： 12212122121212211)1//( CRjRRRRCjRRRCjRRRZRAWWWWWfvL ??????????????? 當(dāng)高頻時， C C2 看作短路。 4） 實現(xiàn) (1) 均衡放大器電路的參數(shù)確定 根據(jù)我們前面的分 析，如果 R4＝ 560Ω 則能夠得出： R3＝ ； R2＝ 162KΩ ； C3＝ uF； C2＝ uF， 為減少噪聲的影響，場效應(yīng)管 T1的工作點取低一些。 取工作點為： VVGS 3?? mAIDQ ? 能夠得到： GSDQ VRRI ??? )( 32 所以： ???? KmAVRR 332 再取 2CCD VV ? Vcc＝ 9V，則有： VVD ? 所以有： VVDS ??? ??? KmAVR 4 因為在總體分析中我們已經(jīng)確定話筒的放大倍數(shù)為 20倍 所以有： 2034 ?? RRAv 推出： ??? KRR 3 可以得出： ???? KR 為保證足夠大的輸入電阻， R1 取 1兆 歐， 由經(jīng) 驗公式，得出 C C C3的值分別為 1微法、 1微法、 47微法。 (2) 功放參數(shù)選擇 ①輸出功率要大于額定功率： )( WPP ooM ?? 所以，輸出電壓為： 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 27 )( VV o ??? 電壓的振幅為： ?? 峰峰值為： V22211 ?? 所以電源電壓要大于 22V，取 25～ 30V。 ②功率放大 器的增益及頻率特性： 因為電容器： C3C2，所以在低頻時， C3 開路，在高頻時， C2短路。 (a)選取 R2 R2的取值范圍一般在幾十歐至幾千歐均可，本例選取 R2＝680Ω 。 (b)確定 R3 根據(jù)前述可知，功率放大器的中頻增益應(yīng)大于 37dB，為留有一定余量，可取 40dB，即 l00 倍，可求得 R3=68Ω 。 (c)確定 C2 因為 TDA2030 芯片的下限頻率為 40Hz，所以由 R C2 形成的低頻轉(zhuǎn)折頻率應(yīng) 40Hz，若取 4Hz，可得 C2 等于 47uF。 (d)選取 R4 已知 R3=68 KΩ ，所以 R4=R3/4=17 KΩ 。 （ e） 確定 C3 因 為本任務(wù)的上限頻率為 15kHz,故本網(wǎng)絡(luò)形成頻率應(yīng)大于 15kHz，取 20kHz 得 C3 等于 100pF。 (f)確定 C R7 可取 C5=0。 047uF、 R7=4Ω 。 其它元件的參數(shù)值都可根據(jù)其功能進(jìn)行選取，例如 Rs、 Re為了給運(yùn)放的同相端提供直流電壓，所以取 Rs＝ Re，而且其值不應(yīng)太小，也不要太大，常用幾千歐姆到幾十千歐姆。 C3 主要用來旁路交流信號。 C1 是級間耦合電容，一般為幾微法到幾十微法。 C4 是一個隔直流大電容，一般為幾百微法。功率放大器的效率是一個很重要的技術(shù)指標(biāo)，在 分立元件功放中對此有詳細(xì)的分析計算。但在集成功放中，由于電路本身已定型，通常是工作在甲乙類狀態(tài)。所以其效率主要取決于所選取的電源電壓值，即電壓利用系數(shù)。電壓利用系數(shù)大時效率高，但可能帶來的失真也較大，為此有一折衷考慮 (一般集成功率放大器的效率可達(dá) 50％以上 )。 例如，本 設(shè)計中 ，若取 Vcc=25V，輸出 15w 時， η =69％。若取 Vcc=30v，輸出 15w時， η ＝ 58％。如要求增加輸出功率，可用兩片 LA4102 連接成 BTL 電路，若其它條件都不變，則理論上可證明其輸出功率增大到原來的 4倍。但實際上受輸出管電流允許值 等的限制，輸出功率一般只能增加到 2倍。把以上 幾塊 電路，用耦合電容總體方框圖的程式連接起來，即組成了一個完整的音響系統(tǒng)放大裝置 [20]。 (3)畫出圖 13所示的音響功率放大器 整機(jī) 電路圖 見附錄二 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 28 整機(jī)功能 測 試 電路的調(diào)試過程一般是先分級調(diào)試，再級聯(lián)調(diào)試，最后整機(jī)調(diào)試與性能指標(biāo)測試。分級調(diào)試又分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試時，將輸人端對地短路，用萬用表測該級輸出端對地的直流電壓。話放級、混合級、音調(diào)級都是由運(yùn)