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1、音响放大器的设计一、 设计任务1) 功能要求：具有话筒扩音、音调控制、音量控制，卡拉OK伴唱2) 已知条件：集成功率放大器LM386 1个，10K欧姆高阻话筒一个（咪头，要加上拉电阻），输出电压为5mV,集成运放LM324一只， +VCC = +9V，8W/2W负载电阻RL 1只，8W/4W扬声器1只,MP3一台（连接输入线一条）3) 主要技术指标：额定功率 Po0.3W(g 10KW。 二、 实验器材实验所需元件、示波器、万用表、覆铜板、函数发生器、热转印机、钻孔机、环保腐蚀液、变压器、MP3、喇叭等等三、 功能模块组成和增益分配图 1功能模块组成四、 功能模块设计（一） 工作电源（+9V）
2、电源模块由实验室稳压试验箱经过J1、J2接入电路模块，S1为电源开关，W1是7809稳压芯片，期中C3、C4为电源输入的滤波电容，C5、C6为电源输出的滤波电容，D1为发光二极管做上电指示用，P2为4个短接到地上的排针接口，作为测试用的接口。图 2稳压模块（二） 话筒输入和话音放大器由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，输出阻抗高。所以话音放大器用来不失真地放大声音信号，输入阻抗需远大于话筒的输出阻抗，且符合阻抗匹配。第一级设计成增益为：AV1=1+R2/R4=47K/10K=4.7，R2 =75K; R4=10K，放大后输出电压为Vo1按设计要求应该达到24mv，原理图如下：图 3话音放大器
3、（三） 音频输入和混合前置放大器混合前置放大器的作用是将MP3输出的音乐信号与话音混合放大 ，音频信号输出100MV，话音信号放大3倍，此级电路的电压放大倍数可以表示为： VO2 = - (R1/R5)*VO1 + (R1/R9)*V12 AV2= VO2/VO1=3其中R11为调节此级电路的输入阻抗的变阻器，用以控制此级电路的音量调控。图4混合前置放大器（四） 音调控制器音响放大器的性能主要由音调控制器与功率放大器决定，音调控制器主要是控制调节音响放大器的幅频特性。已知fLx=125Hz，fHx=8KHz，x=12db。由此可计算转折频率fL2及fH1；fL2=fLx*2(x/6)=500H
4、z,则fL1 = fL2/10=50Hz; fH1 = fHx/2(x/6)=2KHz,则fH2= 10fH1=20KHz，在本设计中的原理图和参数如下：图 5音调控制器 其中取R13=R15=R17=30k，则AvL=（RP13+R15）/R15=1422db。C9=C10=1(2RP31 fL1) 8000pf，取标称值6800uf，即C9 =C10=6800uf。 其中， C9=C10C16，在中低音频区，C16可视为开路，在中高音频区，C9与C10可视为短路。（五） 功率放大器功率放大器(简称功放)的作用是给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率
5、尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。AV42R7/(R5+R6/R)=31.2本设计中采用集成功率放大器，原理图如下： 图6集成功率放大器五、 仿真和安装调试（一） 设计仿真本仿真采用ORCAD对音调级控制器进行仿真，在完成了仿真电路原理图的绘制后，安排合理的元器件初试参数，为音调控制的滑动变阻器设定参数扫描，并添加PARAMTER扫描参数控件，添加仿真电路激励源并设定合理的电源参数。仿真原理图和波形如下列所示。图7仿真原理图1. 低频提升电路把R3滑到最左端。POT(set-=1)把信号源频率改成低频(100Hz)。进行瞬态仿真、交流仿真，其中 fre=1KHZ,Av=0
6、dB;fre=125Hz,Av=12dB;Avl=20dB;fre=50hz,Av=Avl-3dB;fre=500Hz,Av=Avl-17dB125HZ处提升12.2DB低频提升20DB以上图8低频提升交流特性仿真输出176mv输入10mv图9低频提升瞬态特性仿真由图可见，在输入的交流源为低频情况下，输出电压得到了提升。2. 低频衰减电路把R3滑到最右端。POT(set-=0)把信号源频率改成低频(100Hz)。进行瞬态仿真、交流仿真，其中：fre=1KHZ,Av=0dB;fre=125Hz,Av=-12dB;Avl=-20dB;fre=50hz,Av=Avl+3dB;fre=500Hz,Av
7、=Avl+17dB 低频衰减20DB125HZ处衰减15.2DB图10低频衰减交流特性仿真输入10mv输出0.87mv图11低频衰减瞬态响应电路仿真3. 高频提升电路把R3保持在中间位置，把R5滑到最右端。POT(set-=0)把信号源频率改成高频(10KHz)。仿真瞬态响应（01ms）交流响应:8KHZ提升13.1DB高频提升20DB以上图12高频提升交流特性仿真输入10mv图表 2高频提升瞬态仿真输出51mv图13高频提升瞬态特性仿真4. 高频衰减电路把R3保持在中间位置，把R5滑到最左端。POT(set-=1)把信号源频率改成高频(10KHz)。:注意：运放LM324的增益带宽积为1MH
8、z。人耳能听到的音频范围为2020KHz8KHZ衰减11.9DB高频衰减20DB以上图 3高频衰减交流特性仿真图表 4高频衰减瞬态分析输入10mv输出2.8mv图15高频衰减瞬态特性仿真5. 中频段特性当R3与R5的POT参数在0-1之间变动时,得到音调放大器在中频段1KHZ处的特性曲线，放大器的音调控制器应该在1KHZ处放大0DB，如图所示：图表 5中频交流特性仿真图表 6中频瞬态响应仿真由此图可知，在中频段放大器的输出波形与输入波形幅值相等、相位相反。（二） PCB绘制板图通过使用Altium Designer 软件，绘制好原理图，电路原理图与PCB电路图如下图所示：在进行PCB布局布线时
9、，为了使电路具有良好的性能，采用了如下的一些常用规则：（1）、电源线比信号线要粗，这样可使电源线上的导线电阻变小，已减小电源功率损耗；（2）、当走线在转弯处应该有一个过渡，采用45或者135度角过渡，而不采用直角转弯，因为这样会减少信号受到干扰；（3）、电源电路部分放在板子的边缘部分，因为电源会产生热量，这样可以避免电源部分对其它各部分电路造成干扰；（4）、有对称的电路，尽量布置在一起，这样既方便了走线，也会给人以美观的感觉；（5）、尽量使走线能够平行，这样会减少信号间的相互干扰，也会使布线变的容易（6）、电路板的空余部分尽量放置覆铜，这样可以吸收部分外界杂波以及有利于散热，减小地线电阻（三）
10、 制板将绘制的板图印在铜板上，进行腐蚀，然后钻孔。再将元器件焊接在板上。（四） 调试从输入端开始，逐级调试（包括静态和动态的调试），然后再级联调试，最后整机调试。静态调试时，将输入端对地短路，用万用表测该级输出对地的直流电压。动态调试时，输入端接输入信号，用示波器观测该级输出波形，并测量各项指标，观察波形是否符合自己设计的预期，消除波形的失真，使调试的结果符合自己的预期。使用mic伴唱时，应适当调节话音放大器和录音机输出音量的电位器，使得声音达到最好。4.1话筒输入级波形4.2混合放大级波形4.3音调调控级波形4.4功率放大级波形六、 实物成品6.1电路板背面6.2电路板正面七、 总结7.1误
11、差分析本次实验作品基本符合实验要求，符合前期设计指标，在调试时能够达到理想的音质效果，其中音频放大清晰无噪声，话筒放大声音洪亮，但在用示波器观察功放级电路波形时存在低频干扰，此低频干扰应该是来自电源的低频杂波，在采用了在稳压电源输出端对地并联滤波电容后依然未能有效的解决此问题，但由于此干扰对实际的音频放大效果未产生强烈的干扰，所以可以忽略此干扰。7.2心的体会通过本次实验，我学会了制作一个音响的整个过程，并获得了很多经验，比如Orcad、Altium Designer软件的使用、运放参数的设计、元器件的参数设定等，而且整个过程从设计，确定元件参数，购买元件，印板，腐蚀板，打孔，焊接，调试等，特别在PCB的过程中，感觉自己还有很多这方面的欠缺知识，这些过程都使我在各方面有了很大的收获，不仅了解了集成功率放大器内部电路的工作原理，掌握了其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法；并且掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术。希望在未来的日子里，在这次经验的基础上能做出更多的东西，让自己收获更多，不断进步。