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模拟电子技术基础课程设计报告设计题目音响系统的设计学院物理与电子信息学院专业_____________________________________________班级_____________________________________________学号_____________________________________________指导老师:日期:位器来实现,但考虑到设计成本,本试验举荐采纳图所示的电位器Rp3与电阻R5并联的输出电压信号近似按指数规律变更的音量限制电路在图所示的音量限制电路中,输入信号和输出信号的关系为:V=-4R”+R\//Rpb式中,Rp3=Rpa+Rpbo在图所示电路中,当变更线性电位器Rp3可调端的位置时,在音量限制电路的输出端可以得到近似按指数规律变更的输出电压Vo4输出电压Vo4的大小是由o电位器Rp3的电阻值、Rp3可调端的位置和R5的电阻值共同确定的当电位器Rp3选用标称值为47kQ的电位器,电阻R5分别选用标称值为2kQ、3kQ、
4.3k、
5.1kQ、
6.2kQ、
7.5kQ和
8.2kQ的电阻值时,在音量限制电路的输出端可以得到图所示的输出电压变更曲线其中,横坐标是电位器Rp3中Rpb部分电阻与电位器总阻值的比值;纵坐标是输出电压Vo4与输入电压Vo3的比值由图可知,将线性电位器与电阻并联,调整电位器可调端的位置,可以实现输出近似按指数规律变更的输出电压曲线,得到的声音响度适合人耳变更规律要求的声音信号,满意人耳听觉习惯,实现适合人耳须要的音量限制
6、功率放大电路功率放大电路的主要作用是放大来自音量限制电路的输出信号,将音频输入信号进行功率放大并推动音箱发声与前面小信号放大电路不同,功率放大电路处理的是大信号,简单引入噪声,产生非线性失真,引起自激振荡功率放大电路应具有肯定的输出功率,其输入阻抗能与前一级音量限制电路的输出阻抗匹配;其输出阻抗能与后一级扬声器负载匹配,否则将影响放音效果功率放大电路种类繁多,实现方法多样本试验以集胜利率放大器TDA2030A为例,介绍一下TDA2030A双电源供电方式下的典型应用电路,如图所示在图中,电阻RI、R2是闭环增益调整电阻,主要用于调整功率放大器的放大实力在选取电阻RI、R2的阻值时,应参考生产厂家供应的产品数据手册确定图电容C1是负反馈隔直电容,其容值应依据系统的下限截止频率和电路响应时间确定电容C8是输入耦合电容,其容值应依据待处理信号的频率范围和功率放大器的输入阻抗确定电阻R3是静态平衡电阻,其电阻值可以依据静态平衡原则计算得到电容C
2、C3和C
6、C7是滤波电容,即电源电路图中的滤波电容C
6、C5和C
2、C1,主要用于滤除电源中的低频噪声和高频噪声,其电容值应依据电路噪声的具体状况确定用TDA2030A设计功率放大电路时,应考虑在TDA2030A的输出端加上爱护电路,以防止功率放大器瞬间输出高压脉冲而损坏功放器件在图中,二极管VD
1、VD2是过压爱护用二极管当电路正常工作时,二极管VD
1、VD2不起作用,相当于开路当功率放大器的输出端有较强的正脉冲出现时,二极管VD1导通;当功放的输出端有较强的负脉冲出现时,二极管VD2导通总之,在功率放大器的输出端有高压脉冲出现时,二极管VD
1、VD2可以将输出电压钳位到功率放大器允许的输出范围内,以达到爱护功率放大器TDA2030A的目的在面包板上调试试验电路时,因功率二极管的引脚较粗,不宜插接,并且在试验调试过程中,二极管VD
1、VD2的爱护作用并不明显,因此,在试验室条件下,假如是在面包板上调试用TDA2030A设计的功率放大电路,则二极管VD
1、VD2可以不接由于扬声器是感性器件,当流经扬声器的电流发生变更时,会产生较高的反向电动势,该反向电动势对功率放大器有极强的破坏作用为了能缓解扬声器反向电动势的破坏作用,在图中,TDA2030A的输出端设有电阻R4和电容C4组成的补偿电路补偿电容C4的容性阻抗可以补偿寄生在扬声器中的感性阻抗,使总的负载表现为纯电阻特性,以防止因扬声器的反向电动势过高而击穿功率放大器件与补偿电容串接的补偿电阻R4主要用于降低因寄生电感和补偿电容引起高频自激振荡的概率
3、设计总原理图经过合适的元器件参数选择和上述子电路的结合,可以得到以下电路原理图:
六、设计结果电路仿真结果输入与输出电压仿真波形在函数发生器设置为正弦波输出,频率为1kHz,振幅为lOmVp时,输入与输出电压仿真波形如下图所示示波器-XSC1*W音调限制电路输出信号幅频与相频曲线幅值]|相位水平垂直F1GHZ F100dBT1mHz j-200dB控件II|反向]口丽一设置…]+进-+◎出◎一©©波特测试仪-XBP1
七、设计总结通过对压控函数发生器设计原理的学习和试验,充分理解了运算放大器、积分器、施密特电路以与改进型差分放大的工作原理,熟识了电路设计软件的操作,并了解了其仿真过程的优缺点,同时提高了实际的操作实力-
131.444dB,♦1mHz经过这次电子技术课程设计试验的实际动手操作,让我在硬件设计与实现方面有所提升并且,这次课程设计提高了我的动手操作实力,加强了我对理论学问的学习,对于后续专业课程的学习和将来工作都有很大帮助在电路设计与仿真过程中,对于设计的原理并没有透彻理解,所以导致硬件调试过程中问题不断,自己又查不到缘由,因此我以后会更加注意理论与实际的结合,这样可以让我更加自主、有效率地完成硬件组装与调试,设计出更加的电路)I、参考文献【1】、《数字电子技术基础》张申科崔葛瑾编电子工业出版社出版【2】、《模拟电子技术基础》(第四版)华成英童诗白主编高等教化出版社出版【3】、梁青…等.Multisim11电路仿真与实践[M].清华高校出版社
2012.【4】、聂典.Multisim12仿真设计[M].电子工业出版社,
2014.
一、设计任务和要求3
二、设计目的4
三、设计背景4
四、设计方案论证5
五、设计过程
51、系统框图
52、具体子电路设计
51、电源电路
52、语音放大电路
63、前置混合放大电路
84、音调限制电路
95、音量限制电路
96、功率放大电路
103、设计总原理图13
六、设计结果13
七、设计总结15
八、参考文献16
一、设计任务和要求
1、设计一个至少包括前置放大、音调限制、音量限制、功率放大4级电络的音响系统
2、依据设计指标和设计要求,具体分析各单元电路的设计过程,逐级设计各单元电路,画出单元电路原理图,分析主要元器件的选择依据
3、设计各单元电路的实现、调试、测试方案和试验数据记录表格,完成单元电路测试分析各单元电路的测试数据和输入、输出波形是否满意设计要求
4、依据前面的设计分析画出系统设计框图或系统设计流程图
5、依据系统设计框图逐级级联各单元电路,每增加一级电路,必需先测试并检验级联后的电路是否满意设计要求假如级联后的电路可以满意设计要求,方可接着级联下一级电路;假如级联后的电路不能满意设计要求,则必需先定位问题所在点,完成纠错后方可接着级联下一级电路否则,一旦系统电路出现故障,将很难查
6、设计系统电路的测试方案和试验数据记录表格,测试系统电路的试验数据和输入、输出波形,具体分析系统电路的测试数据和输入、输出波形是否满意设计要求⑺、用计算机协助电路设计软件如Multisim、Altium Designer等画出电路原理图
8、具体分析在电路设计过道中遇到的问题,总结并共享电路设计阅历
二、设计目的设计一个音响放大系统,使之符合以下设计指标语音放大级输入灵敏度5mVo当负载RL=10,供电电压Vcc=±12V时,功率放大器最大输出功率不小于5Wo频率响应范围20Hz-20KHz音调限制低音100Hz土20dB,高音15kHz土20dBo
三、设计背景音响系统是人们日常生活中最为常用的电子系统,在许多电子产品中都会用到,如手机、电视机、笔记本电脑、车载音响、专用音响等不同的音响系统性能差别很大,价格也相差悬殊,人们可以依据须要,选择适合自己的音响系统
四、设计方案论证
五、设计过程
1、系统框图音响系统主要包括话筒MIC语音放大电路、前置混合放大电路、音调限制电路、功率放大电路、音响等,其框图如下图1所示;图
12、具体子电路设计
1、电源电路为设计电路便利,音响系统的电源电路不要求学生单独设计,试验时,可以干脆运用试验室供应的直流稳压电源但试验室供应的直流稳压电源是对220V/50Hz市政沟通电进行整流、滤波、稳压后得到的,直流电源中含有50Hz电源噪声和其他噪声,为了抑制由电源噪声和电路连接过程引入的干扰,试验时,应对直流稳压电源按图2处理后,再送给音响系统供电,以减小因噪声干扰而引起自激振荡的概率在图2所示电路中,应先对正、负电源分别做滤波处理后再给功率放大电路供电并且,还应对功率放大电路的供电电源做去耦、滤波处理后,再送给前级小信号电路运用,以减弱功率放大电路的噪声对前级小信号电路所造成的影响在图2所示电路中,C
2、C
4、C
6、C8应选用几十微法至几百微法的铝电解电容;Cl、C
3、C
5、C7应选用几百皮法至几万皮法的瓷片电容或独石电容具体选用的电容值可以依据噪声状况确定,也可以通过试验的方法视察得到运用不同容值的电容器进行滤波的目的是分别滤除电源中的高频噪声和低频噪声图
22、语音放大电路集成运算放大器具有输入阻抗高、输出阻抗低,工作状态稳定等优点,因此本试验举荐运用集成运算放大器设计语音放大电路语音放大电路的主要作用是不失真地放大来自话筒MIC的输出信号试验室可以供应的话筒大多是电容式驻极体话筒,因此本试验以驻极体话筒为例介绍语音放大电路的设计,其电路原理图如图3所示在图3所示的语音放大电路中,采纳的是双电源供电方式外接电源+Vccl通过电阻R4给驻极体话筒供应直流偏置,并通过电阻R4调整通过上式可知,假如C3选择过小,系统下限转折频率会较高;假如C3选择过大,RC值较大,接通电源的瞬间,须要对电容进行充电,电压上升速率变慢,系统响应时间会变长工对于音频信号,电容C3的容抗较小,相对于电阻RI、R2的阻抗,电容C3的容抗可以忽视不计,因此计算语音放大电路沟通电压放大倍数时可以将其忽视图3所示为同相比例放大电路,其沟通电压放大倍数为选取电阻值时,应先确定反馈电阻R2的组织电压放大时,因受器件单位增益贷款的限制,反馈电阻R2不宜选择过大;同时考虑输入失调的影响,反馈电阻和输入电阻的阻值也不宜选择过小通常反馈电阻可以选用几十千欧姆至几百千欧姆阻值的电阻电阻R1应依据反馈电阻和电压放大倍数计算得到实际运用时,应尽量选用最接近于增益设计要求的标称电阻电阻R3是静态平衡电阻,可以依据集成运放的静态平衡原则计算得到电解电容的耐压值应依据所运用的电源电压来确定工程设计要求电容的耐压值应高于电源电压,并且还要给出肯定的设计裕量,以保证系统可以长期稳定工作
3、前置混合放大电路前置混合放大电路的主要作用是将经语音放大电路后的输出信号与播放机输出的音乐信号Vi2混合并放大后,送给下一级音调限制电路进行处理受增益带宽积的限制,为保证前置混合放大电路有较宽的通频带,前置混合放大电路的电压增益不宜设置过高,否则在带宽范围内简单引起波形失真图4所示为用集成运算放大器设计的前置混合放大电路前置混合放大电路的主要作用是将两路输入信号Vol和Vi2进行放大并叠加两路输入信号分别来自语音放大电路的输出信号Vol和播放机的输出信号Vi2Rt=一£(匕|+匕假如选用电阻R1=R2=R,则总的输出电压Vo2为:假如前级没有设计语音放大电路,则前置混合放大电路的输出可以简化为:Rf V02=--Vi2在图4中,电容Cl、C
2、C3是输入、输出耦合电容,其电容值可以依据前面介绍的设计分析选取选取前置混合放大电路的电阻值时,也应当先确定反馈电阻Rf的阻值,然后依据电压放大倍数计算得到输入电阻RI、R2的阻值电阻R3是静态平衡电阻,可以依据集成运算放大器静态平衡原则计算得到
4、音调限制电路
5、音量限制电路按音量限制对象不同,音量限制电路可以分为电压式和电流式两种当音量限制电路的前一级电路的输出阻抗较高,后一级电路的输入阻抗较低时,为了能有效地传递有用信号,应选用电流式音量限制电路当音量限制电路的前一级电路的输出阻抗较低,后一级电路的输入阻抗较高时,应选用电压式音量限制电路负反馈式音调限制电路输出阻抗较低,功率放大器的输入阻抗较高,因此本试验建议采纳电压式音量限制电路来实现音量限制图所示为用电位器Rp3和电阻R5并联实现的信号衰减法电压式音量限制电路通过变更电位器Rp3可调端的位置来变更输入信号的衰减量,即通过变更功率放大电路输入信号的幅值来变更声音信号的强弱,以实现音量限制图中输出端的电压跟随器用于隔离功率放大器与前级电路,以缓解功率放大电路噪声对前级电路的影响声音信号的强度与响度不是线性关系,而是近似对数关系,即声音信号的强度每增加1倍,人耳所能感觉到的响度只增加一倍为了符合人耳的听觉习惯,设计音量限制电路时,应采纳电阻值按指数规律变更的电。