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1、音响放大器设计模板1 / 15湖鬲理工早吃HunanInstituteofScienceandTechnology模数电课程设计报告课题名称：音响放大器设计姓名：谭先科学院：信息与通信工程学院班级：自动化13-2BF学号：序号：04指导老师：程军斌完成时间：2014年12月16日目录1 音响放大器基本功能02 音响放大器主要技术指标03 音响放大器的基本组成04 音响放大器的主要技术指标及测试35 音响放大器整机试验电路原理图56 音响放大器PCB图及实物图57 电路板设计与制作注意事项68 电路的安装和调试技术79 心得与体会910 参考文献1211 元器件清单12音响放大器设计模板音响放大
2、器设计1音响放大器基本功能音响放大器基本功能主要有：话音放大、音调控制、音量控制、卡拉OK伴唱。2音响放大器主要技术指标音响放大器主要技术指标有：(1)额定功率Po0.3W；(2)负载阻抗RL=10;(3)频率响应fL50Hz,fH20KHz；(4)输入阻抗Ri20K;(5)音调控制特性1KHz处增益为0dB、125Hz和8KHz处有12dB的调节范围，AvlAvh20dB。3音响放大器的基本组成(1)结构3 / 15话筒二话音放大器图1音响放大器结构组成框图音响放大器设计模板(2)各级电压增益分配(3)前置放大电路图3前置放大电路1 / 15音响放大器设计模板# / 15(4)音调电路图4音
3、响控制电路(5)功放电路图5功率放大器电路音响放大器设计模板# / 154音响放大器的主要技术指标及测试(1)额定功率音响放大器输出失真小于某一数值的最大功率为额定功率P。测量方法：功率放大器的输出端接额定负载电阻R,逐步增大输入电压Vi,直到Vo的波形刚好不出现削波失真，此时对应的输出电压为最大输出电压，由PoVo2/凡算出额定功率。(2)音调控制特性输入信号从音调控制级输入端的耦合电容加入，输出信号从输出端的耦合电容引出。分别测低音频提升-高音频衰减和低音频衰减-高音频提升这两条曲线。(3)频率响应对应的低音频截止频率fL和高音频截止频率fH,称fLfH为整机电路的频率响应。测量方法：音响
4、放大器的输入端接Vi,调节滑动变阻器，使信号发生器的输出频率fi从20HZ至50HZ变化(保持Vi=5mV不变)，测出负载电阻上对应的输出电压Vo,画出频率响应曲线，并在曲线上标注器和fH的值。音调控制曲线如图6所示。（ 4） 输入阻抗将音响放大器输入端看进去的阻抗称为输入阻抗Ri。如果接高阻话筒，则Ri应远大于20K。（ 5） 输入灵敏度使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压称为输入灵敏度Vs。测量方法：先计算电路输出额定功率值时所对应的输出电压值Vo（额定），使Vi从零开始逐渐增大，直到电路输出为Vo（额定），此时对应的Vi值即为输入灵敏度。（ 6） 噪声电压音响放大器的输入为零时，输出
5、负载RL上的电压称为噪声电压VN。测量方法：是输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观测出负载两端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。（ 7） 整机效率整机效率表达式为：PO/PC100%音响放大器设计模板5音响放大器整机试验电路原理图-=r?=图 7 Altium Designer6.9 原理图6音响放大器PCB图及实物图(1)音响放大器PCB图,金5 / 15图8AltiumDesigner6.9PCB图(2)音响放大器实物图音响放大器实物图如图9所示。(a)实物图正面(b)实物图反面图9音响放大器实物图7电路板设计与制作注意事项(1)在话筒端，加入一个10K电阻，给话筒提供一个偏
6、置电压。(2)在电源端加入一个整流二极管，利用它的单向导电性来防止电源的正负极接反。(3)在电源端加入一个0.1uF的电容，防止高频自激。(4)在功放级也容易出现高频(毛刺)自激，如图10所示。为此，最好在13脚和14脚之间加0.15uF电容。图10常见的高频(毛刺)自激现象(5)在布线的过程中特别注意：地线与信号线的区分(地线要比其它线宽，这样地线可以有效地屏蔽干扰信号提高系统的可靠性及稳定性)；信号线尽可能的短，这样可降低信号在信号线上的损失；布线完成后再次将网络列表导入PCB板，以此来检验布线的准确性和元件封装的正确性；检验无误后将布好的PCB板打印在白纸上。音响放大器设计模板（6）制板
7、：选一块完整的电板，量好所需的尺寸用锯子锯下，在锯的过程中要用力适度以防锯片断裂可能造成不必要的伤害；锯下所需尺寸的电板后将其边缘打光防止铜刺伤手；将电板的保护膜撕掉然后曝光，曝光的时间六分钟左右；显影，显影一般30分钟左右（这个时间跟温度及电板的质量有关，要跟据实际状况而定），在显影的过程中要时时检查显影进程,显影剂有很强的腐蚀性，因此不要让显影剂沾到了手上，万一沾显影液沾到了手上了，马上用清水冲洗。显影好后进行腐蚀。腐蚀液是三氯化铁溶液具有强烈的腐蚀性，所以一定要小心，在腐蚀的过程中将装溶液容器的盖子盖上,同时要时刻检查腐蚀的进程，在检查的过程中不要让溶液从容器中沾出来；腐蚀完之后用清水将
8、电板冲洗干净，打扫卫生，将设备整理好，用消毒液洗手。（7）钻孔时板子要固定好，防止钻针断裂而伤人；头发长的一定要盘起来，以防头发被电钻卷起而引发安全事故。（ 8） 电位器的引脚顺序一定要与选择的封装形式相一致，否则信号在进入运放之前就被直接接地了。（ 9） 接时要控制焊接的时间，时间过短易产生虚焊，时间过长会导致板子上的渡铜脱落。8电路的安装和调试技术（1）安装与调试音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理的布局，一般按照电路的顺序一级一级的布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量的接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。安装前应检查元器件的质量，安装前应注意功放块、运放
9、、电解7 / 15音响放大器设计模板电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。电路的调试过程一般先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性能指标调试。在进行级联时，由于级间相互影响，可能使单级的技术指标发生很大的变化，甚至两级不能进行级联。产生的主要原因：一是布线不合理，形成级间交叉耦合，应考虑重新布线；二是级联后各级电流都要流经电源电阻，内阻压降对某一级可能形成正反馈，应接RC去耦滤波电路。功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。集成块内部电路多级点引起的正反馈容易产
10、生高频自激，可以加强外部电路的负反馈予以抵消，可在功放级和51之间介入几百皮法的电容，形成电压并联负反馈，可消除叠加的高频毛刺。（2）额定功率测试音响放大器输出失真度小于某一数值时的最大功率称为额定功率。其表达式为P0=V02/RL。测量P0的步骤如下：功率放大器的额定输出端接额定负载电阻RL（代替扬声器），逐渐增加输入电压Vi,直到V0的波形刚好不出现削波失真，此时对应的输出电压为最大的输出电压，而后根据公式可得额定功率P0。注意：在最大电压测量完成后应迅速减小Vi,否则会破坏功率放大於器。（3）音调控制特性输入信号Vi从音调控制级输入端的耦合电容加入，输出信号从输出端的藕和电容引出，分别测
11、试低音频提升-高音频衰减和低音频衰减-高音频提升两条曲线。音调控制特性曲线测量数据如表1所示表1音调控制特性曲线测量数据测定频率点fH2Vi=100mv2001k5k15k50k提升高音频衰减Vo(mv)989423234023.8AV(dB)64.243.432.821.013.86.74.62.8-8.4衰减高音频提升Vo(mv)0.963.414.828.142.968.698.6108.635.7Av(dB)-10.8-6.4-2.75.66.910.314.716.36.99心得与体会在本次课程设计中，我选择了模电项目一一即音响放大器。当时我选择做模电的理由也很简单：因为我在上学期创
12、新基地呆过一段时间，对于模电项目更加熟悉。还有我觉得数电虽然器件少，调试简单一些，但是印刷电路板还有焊接却难度大一些。正是这些原因，我果断的选择了做音箱放大器。说实在的，这次做音箱放大器，我觉得我有很大的优势，最明显的就是关于软件制图。再利用AD6.9画原理图和PCB方面，我基本上可以直接制图，不用观看视频在进行操作。在这一方面，我就节省了不少的时间。关于制图，个人认为最大的难点在于制作PCB图时器件的位置调整和布线。当然在画原理图时也应当注意器件的封装与实物是否一致。在布线时，我优先把体积最大器件放置在黑色网格中，（LM324）然后在逐一放置器件调整位置。在调整器件的时候，借鉴了不少学长做过
13、的，这样也节省不少的时间，不然自己瞎鼓捣不知道会弄到什么时候。布线我也有讲究的：地线是最粗的，采用70mil的，然后是VCC采用50mil的宽度，其他的线是40mil，焊盘的大小统一设置为70mil*70mil，安全距离设置在30mil。很多人就问我，你的线这么粗那PCB板子是不是会很大？当然，随着线与器件,线与线之间安全距离增大。板子增大也是在所难免的。不过器件的布局还好，最终我把PCB板控制在80mm*50mm以内，本来还想添加自己和队友名字的，但是没有空间了。在说现在看上去也不是很大，和同学的相比反而是较小的了。（课程设计的要求是100mm*100mm）当PCB完成时，我感觉好像成功了一
14、半。在制作原理图和PCB时，我也曾和队友王梦霞同学讨论她也给出了不少的建议和帮助。在很多时候，女孩子心思还是细腻一些，她给我指出了不少的错误：比如说，在原理图方面我把C14的值弄错了，后来经过她提醒才改正为10uF。在器件的封装上也指出了不少的错误。在布线方面也提出了她独特的见解，让布线简洁清晰明了。说完了软件制图，我就来说说一些实质性的制作。总的过程很简单：打印-印刷-腐蚀-钻孔-焊接-调试。不过说来简单，实际上操作起来就没有这么容易了。光是PCB印刷就出现了很多问题：身边有很多同学就没有一次成功。不是印刷腐蚀出来的电路板不完整就是打印纸出现了问题。其实解决这些问题很简单，当然，对于没有经验
15、的难免有失误。我自己是相对成功的，我个人的操作流程是：在印刷后，先将铜板擦拭干净，然后电熨斗预热半分钟左右，再选择最完整墨迹最浓的一张图贴在待制铜板中央用电熨斗把PCB图完全印制上去，在半冷却状态下把打印纸撕下。（本来是完全冷却才可以撕下的，但11 / 15音响放大器设计模板是因为打印纸的质量可能有问题，完全冷却会导致打印纸的蜡溶解在铜板上，这样会使后一阶段腐蚀铜板不完全，这也是很多同学失败的原因，也因为这样浪费了不少的铜板，张老师还不高兴。）把印刷好的铜板用绳子系住，把要腐蚀的一面放在腐蚀池冒泡多的位置，这样可以加速铜的解析，即铜板溶解。一般来说铜板的溶解在10分钟左右。超过了那就表示有问题
16、了。PCB板制作好了以后，然后钻孔。再然后清洗PCB板。在清洗时，最好用清洁球在清水状态下洗干净。（很多同学直接用砂纸刮，这样就导致了铜线一部分也被擦去了，特别是数电设计的，他们线多又细。）钻孔是队友王梦霞完成的，虽然老师说，要保护好女孩子，但她自己要求的。还别说孔打的挺好的，基本在中心。焊接也是她完成的，在焊接是注意先焊接电阻，因为电阻小位置相对低然后是集成芯片LM324和LM386，最后是电容，接导线。值得一提的是注意虚焊现象。最后就是调试了，一直以为调试很简单的，其实不然。先是分级调试，然后联级调试，最后整机调试。分级调试又有静态调试和动态调试。静态调试将输入端对地短接，用万用表测试输出
17、端对地的直流电压。话放级，混合级音调级都是由运算放大器组成的静态直流电压都是Vcc/2。动态调试实在输入规定信号，用示波器观察输出波形，并测量各项性能。在联级调试要考虑耦合，反馈现象。可接上RC去耦滤波电路。最后就是整机功能测试，其实就是测试音效。通常情况下，人耳很难分辨噪音比。但是我们可以借助万用表，测试输入和输出功率比。这样的数据就比较清晰明了。音响放大器的设计就完成了，这个实验项目锻炼了我们的思维和动手能力，很值得大家去动手感悟！10参考文献1康华光.电子技术基础（模拟部分）M.北京：高等教育出版社，2006.2朱定华.protel99SE电子电路设计M.北京：清华大学出版社，2007.3罗杰，谢自美.电子线路M.北京：电子工业出版社，2002.11元器件清单表2音响放大器元器件清单序号元器件型号与说明数量1单面感光板100*751张2菲林纸A41张3LM386含插座1个4LM324含插座1个5扬声器1个6电阻120K10K47K2K30K75K1K17个7可调电阻10K470K5个8电解电容470uF20uF10uF0.1uF12个9瓷片电容1031043个10驻极体话筒1个13 / 15