扩音器课设报告.doc

1、电子技术课程设计扩音器姓名： 学号： 学 院: 专业年级： 指导教师： 何自立 2011年 12月 25日目录一 摘要.3二 设计任务和要求.4三 总体方案设计.5四 各级电路和全电路的设计.6五 Multisim仿真调测和优化.11六 PCB电路板.14七 元器件明细表.17 八 实际搭建电路照片.18 九 成品电路性能指标测试. .19十 故障及问题分析与处理.20十一 实验总结.21十二 收获与体会.22十三 参考文献.23摘要1、 扩音器（机）是常见的、典型的电子产品，它广泛应用于音响设备、控制和测量系统中。扩音器的主要功能是对弱信号进行电压放大和功率放大，推动负载工作，同时对音调进行

2、实时必要的调节。扩音器电路一般由直流稳压电源、音频前置放大电路、音调控制电路和功率放大电路组成。在本课程设计中，采用了计算机辅助设计的方法，分析并设计了扩音器电路，实现了音频放大、音调音量调节等功能。本课程设计首先根据设计任务和要求设计出了各级及总电路原理图，然后通过Multisim仿真软件对电路进行了数据仿真，验证了电路的正确性，并因此制作出了PCB电路板，完成了成品的加工和验证。2、 关键字：扩音器电路 仿真 PCB电路板设计任务和要求1、 设计一扩音器，能分别对话筒、拾音、收音信号进行不失真放大2、 主要技术指标输出功率，负载阻抗，非线性失真系数小于等于1%（在 满功率时）。对音调控制要

3、求：通常为，要求在和处有的调节范围。对不同输入信号的灵敏度：话筒为，拾音为，收音为。总体方案设计1、 设计思路根据设计要求输出功率，负载阻抗，考虑留有余量，取设计，则输出电压。选择话筒输入信号作为设计对象，要求放大电路的电压放大倍数。根据总的增益要求，设计电路部分由前置放大电路、音调控制电路、功率放大电路和一些保护电路组成。2、 扩音器电路原理框图设计扩音设备的基本功能是将从话筒等输入的微弱信号放大成大功率信号，以驱动扬声器发声。因此，扩音器电路总共可设计为三级电路来实现其功能，第一级电路设计为前置放大电路，以实现微弱电信号的放大，第二级电路设计为音调控制电路，第三级电路设计为功率放大电路以实

4、现信号通过扬声器发声为大功率的信号，8的扬声器可作为扩音器的负载。据此，设计的扩音器电路原理框图可如下图1所示。图1 扩音器电路原理框图做出规定:前置放大级放大约120倍,音调控制级中频放大1倍,功率放大级放大约15倍,总放大倍数为1800倍.各级电路和总电路的设计1、 前置放大电路 前置放大级用来放大微弱信号，它的性能对整个扩音器电路的影响很大。因此在考虑到到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的高要求后，前置放大级选用了集成运算放大器LF324，同时引入了电压串联负反馈。根据规定的要求，设计前置放大级为两个由LF324组成的两级放大电路。选取合适的电阻值使得两级放大倍数同为11倍

5、而其他元器件参数则按照通常经验选取。本次设计的电路图及元器件的参数选择如下图2所示。 图2 前置放大电路原理图2、 音调控制电路音调控制放大器的作用是实现对低音和高音的提升和衰减，以弥补扬声器等因素造成的频率响应不足。音调控制级幅频特性曲线如图3所示。音调控制电路由多种不同形式，现采用集成运放放大器LF353和阻容元件来构成反馈型的音调控制电路。设计的电路图及元器件的参数选择如下图4所示。 图3 音调控制级幅频特性曲线图4音调控制电路原理图图中R9为低音调节电位器，R8为高音调节电位器。电路参数满足C2、C5远远大于C6，R8、R9远远大于R4、R5、R6、R7。（1）当信号频率在低频区时：

6、C6和R5以下支路可视为开路，信号传输和反馈作用主要通过R4以上部分电路完成。即：通过R9的调节可改变低音放大倍数，产生提升和衰减的效果。其等效电路图如图5所示。图5音调低频控制电路原理图（2）当信号频率在高频区时：C2和C5可视为短路，信号传输和反馈作用主要通过C6、R5以下部分电路完成。即：通过R8的调节可改变高音放大倍数，产生提升和衰减的效果。其等效电路图如图6所示。图6音调高频控制电路原理图3、功率放大电路对于功率放大级，除了要求输出功率满足指标外，还要求效率高，非线性失真小、输入与音调控制放大级及输出与扬声器负载相匹配等，否则将会影响放音效果。通用的集成功率放大器有OTL和OCL两种

7、电路结构形式。为提高效率，一般工作于接近乙类。OTL电路的优点是可用单电源供电，但输出要通过大电容与负载耦合，导致低频响应较差；OCL功放的优点是输出与负载可直接耦合，频响特性较好，但需要用双电源供电。本次设计采用了TDA2030集成功放连成OCL结构电路输出形式。在参考了TDA2030的主要技术指标参数及其典型的应用电路形式后，本次实验设计出的功率放大电路图及元器件参数的选择如图7所示。图7 功率放大电路原理图4、扩音器全电路原理图 图8 扩音器全电路原理图 Multisim仿真调测和优化1、分级调测（1）前置放大电路输入电压Vi=5mV。瞬态扫描仿真波形如图9、图10所示。 图9 输入信号

8、Vi仿真波形图 图10 输出、输入电压仿真波形图可以看出，仿真结果与理论分析相符合。测试放大倍数，达到设计要求.。（2）音调控制电路输入电压Vi=600mV（约为第一级输出电压），瞬态扫描仿真波形图如图11所示。 图11输出、输入电压仿真波形图测试放大倍数，符合设计要求。其中，低音提升和衰减仿真曲线如图12所示。 高音低声和衰减仿真曲线如图13所示。（3）功率放大电路输入电压Vi=600mV（约为第一级、第二级输出电压）。瞬态扫描仿真波形图如图14所示。图14输出、输入电压仿真波形图测试放大倍数，并且输出的波形没有严重失真，可以认为已达到设计要求。2、全电路调测输入电压Vi=5mV，其瞬态扫描

9、仿真波形图如图15所示。 图15输出、输入电压仿真波形图测试放大倍数，并且得到的输出波形没有严重失真。在一定的误差范围内，可以认为达到了设计要求。因此，由各级的仿真测试得出的全电路的放大倍数，与全电路仿真测试得出的放大倍数1700，在一定的误差允许范围内，可以认为达到了设计要求的1800倍。所以，有理由判断，该电路连接正确，器件工作正常。PCB电路板借助Protel 99 SE软件，搭建扩音器全电路原理图如图16(1)、（2）、（3）、（4）所示，继而转化得到了Protel PCB电路板布局图，如图17所示。图16(1) Protel 前置放大级电路图图16(2) Protel 音调控制级电路

10、图图16(3) Protel 功率放大级电路图 图16(4) Protel 扩音器全电路图图17 Protel PCB电路板布局图元器件明细表 名称规格数量二极管1N40074电阻11电阻18K1电阻22K3电阻51K3电阻100K4电阻10K2电阻1201电阻6802电位器470K2电位器47K1电容22uF1电容10nF4电容10uF4电容100nF1电容100pF1电容100uF6电容330pF1扬声器1运算放大器OPAMPLM324J2运算放大器OPAMPLF353N1运算放大器OPAMPTDA20301交流电源5mV 1KHz1实际搭建电路照片成品电路性能指标测试由于设计采用了模拟话

11、筒的5mV电压，根据设计任务和要求，要能对话筒信号进行不失真的放大，要能实现输出功率，且要求非线性失真系数小于等于1%。结果，经过调试，测量结果如下：1、由双踪示波器测量的Vi和Vo的电压波形与MUltisim仿真结果相符，即实现了话筒信号的不失真放大。2、由万用表测量出的全电路输出电压值约为8.5V，其放大倍数基本满足设计所要求的1800倍。且各级分级测量的结果也基本符合要求。其中，前置放大级：输入电压为5Mv，输出电压为600.5Mv，放大倍数为120.1；音调控制级：输入电压为600Mv，输出电压为613Mv，放大倍数约为1；功率放大级：输入电压为600Mv，输出电压为8.5V，放大倍数

12、为14.2倍。3、调节音调控制级处的电位器，可以实现音量的升高和降低。但是，高低音调的变化不是特别的明显。故障及问题的分析与处理一、 短路故障主要原因是由于电路本身需要的元器件较多，导致在接线时容易出现混接的现象。另外，由于面包板上电路排布的紧密，容易导致支路与支路间的短路。这些问题都可能使电路无法正常工作或者使实验结果产生一定的偏差。因此，在搭建电路时，尽量将元器件的引线裁剪的合适，并且采用分级搭建、分级测试的方法，在连接电源前仔细检查一遍电路，确定没有支路短路后再接通电源，从而排除可能出现的短路故障。二、 缺少元器件 在连接电路时，一些必要元器件会有缺失，比如容量为470K欧的电位器缺失。

13、为了解决这个问题，在仔细搜索了该元器件的一些重要参数，同时又考虑到该电路在计算增益时对容量为470K欧的电位器的使用后，决定用容量为1M欧的电位器来代替。三、 分级测试出现问题在测试第三级电路时，无波形输出，为检查出现故障的原因，再次检查了电路的连线及元器件的使用，发现在运算放大器输出端处少连接了一条引线。因此在连上了线后，该级的电路输出变为正常。四、测试结果有点偏差在仔细检查了电路，确定接线的正确性后，又确定了元器件的选择无误及电路原理的正确性，重新测试了一下结果，发现测试结果与理想中的仍然有着一定的偏差。于是，咨询了同学，老师，又上网搜了一下资料，最终才确定了这属于误差允许范围内的偏差。到

14、现在，我们一组选择的“扩音器”课设任务才算大功告成。实验总结经过两周的学习和研究，我们最终实现了弱信号的电压放大和功率放大，基本达到了当初预想的设计目标。通过这次课设，我们了解到了扩音器的扩音原理和其详细的制作过程。扩音器电路一般由直流稳压电源、音频前置放大电路、音调控制电路和功率放大电路组成。它的制作原理简单，需要的元器件常见、易购买，容易组装，实现的结果明显，智能化较高。特别是使用方便。在设计过程中，我们虽然遇到了很多这样那样的困难，但通过大家的不断努力学习和老师的认真指导，问题都引韧解决了，比如：在调试过程中起初的调试不成功，我们就在网上查了资料，努力找出失败的原因，然后，再请教了老师，

15、最终问题才能够得以解决。我们也明白了很多知识，比如：在调试时，必须分级完成，否则很容易烧毁元器件。收获与体会1、 此次课程设计从电路的设计到成品的展现，每一步都伴随着问题的不断产生与解决。经过大家艰辛的设计、思考、调试、测量，最终完成了实验。除了个别的参数与设计要求稍有差距外，其余的参数均满足设计指标，实验总体上说是成功的。2、 通过这次课程设计，我对扩音器电路及其涉及的一些元器件部件有了更深入的了解，对模拟电路设计过程和方法有了基本的了解和认识，能够对简单电路系统中出现的故障和问题提出解决方案并加以实现，独立设计电路和验证实验的能力得到了提高，学习并熟悉了Multisim软件和Protel软

16、件的基本使用，并且能熟练的使用示波器、电压表等实验仪器。3、 这次课程设计使我深刻认识到了，在动手实验之前一定要弄清楚实验电路的运行原理，比如电路的具体功能和意义，比如各个元器件的型号、作用等。否则，一旦在电路仿真调试时实验结果不够理想，我们将无从下手，这便会耽误很长时间。在遇到问题时，我查阅了不少资料，和同学讨论交流，一同解决问题，解决实际问题的能力有所提升。4、 这次课程设计使我深深的认识到了团队合作的重要性。一个人的知识、精力毕竟有限，只有经过人与人之间的思想交流，人与人之间的协助合作，做出来的实验才能更加准确、更有说服力。在人的学习、研究、工作中，团队精神不可或缺。 5、 本次课程设计使我的动手能力得到了很大的提高，并且使我享受到了动手实验的乐趣，有付出就会有收获，这次的实验经历我会珍藏于心。总而言之，这次课程经历应该是一次蚕脱蛹化蝶的深刻历练！参考文献1 秦娟娟,吴年祥. 基于单片机的电话远程控制扩音器应用设计J.中国西部科技,2010,09(20):25-29.2 彭介华主编.电子技术课程设计指导M.北京:高等教育出版社,1997.3 李隆宝.实用电子器件和电路简明手册M.北京:电子工业出版社,1991