1、模擬電子技術(shù)實驗實 驗 報 告西安交通大學(xué)電信學(xué)院計算機11班姓名：司默涵實驗名稱驗收日期驗收成績驗收教師音響放大器設(shè)計應(yīng)得分實得分批閱人簽字認(rèn)真程度5,4,3,2,0原始數(shù)據(jù)記錄5,4,3,2,0公式、圖、表的規(guī)范性4,3,2,1表述一致性4,3,2,1分析正確性4,3,2,1內(nèi)容、步驟的完整性4,3,2,1心得體會4,3,2,1,0真實性扣分（捏造、抄襲）0，-30，-20，-10報告總分30電話學(xué)號：2110505018實驗日期：2013年5月 日 報告完成日期：2013年5月 日實驗2.4 音響放大器設(shè)計預(yù)習(xí)報告一、實驗?zāi)康?. 了解音響放大器的構(gòu)成，并組成一

2、個簡單的音響放大器。2. 理解音調(diào)控制器，集成功率放大器的工作原理和應(yīng)用方法。3. 理解和掌握音響放大器的主要技術(shù)指標(biāo)和測試方法。4. 根據(jù)給出的技術(shù)條件和指標(biāo)，設(shè)計音響放大器。二、實驗原理1. 音響放大器的基本組成音響放大器的基本組成框圖如圖 2.4.1 所示。框圖所示各部分的作用如下：（1）話筒放大器話筒又稱傳聲器，其作用是把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，通常將輸出阻抗低于 600 的稱之為低阻話筒，而將輸出阻抗高于 600 的稱之為高阻話筒。此外，選用話筒時還應(yīng)考慮頻率響應(yīng)，固有噪聲等要求。話筒放大器的作用是高保真的放大較微弱的聲音信號。用作話筒放大器的運放組件除了要求輸入失調(diào)電壓小、低噪聲外，

3、還要求其輸入阻抗遠(yuǎn)大于話筒的輸出阻抗，一般而言，雙極性運算放大器適合于低阻抗話筒。 FET 型運算放大器適合于高阻抗話筒。（2）混和前置放大器混和前置放大器的作用是把 CD 唱片或磁帶錄音機的音樂信號與聲音信號進行混和放大，通?？捎萌鐖D 2.4.2 所示反相加法器電路構(gòu)成。圖中U1 和U2 分別為上述的音樂信號和聲音信號。（3）音調(diào)控制器音調(diào)控制器的功能是根據(jù)需要按一定的規(guī)律調(diào)節(jié)音響放大器輸出信號的頻率響應(yīng)，從而達(dá)到補償聲學(xué)特性，美化音色等目的。它能對音頻范圍內(nèi)的若干個頻段點分別進行提升和衰減。某一頻段點的理想頻率特性控制曲線如圖 2.4.3 所示，而虛線為實際頻率特性控制曲線。圖中fo 1k

4、Hz 中音頻率（亦稱中心頻率），要求增益Aum =0dB ；fL1 低音轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十赫磁；fL2 10fL1中音轉(zhuǎn)折頻率；fH1中音轉(zhuǎn)折頻率；fH2 10fH1高音轉(zhuǎn)折頻率，一般為幾十千赫茲。由圖可見，音調(diào)控制器只對低音或高音的增益進行提升或衰減，而保持中音的增益不變。因此，音調(diào)控制器電路可由低通濾波器和高通濾波器共同組成。音調(diào)控制器可由運算放大器構(gòu)成，但目前更多的是由集成電路構(gòu)成。為了解和掌握音調(diào)控制電路的基本原理和分析方法，下面將圖 2.4.4 所示簡單實用的音調(diào)控制器作比較詳盡的分析。中頻區(qū)頻率特性分析通常使C1 C2 C3 ；R1 R2 ；并使在中頻區(qū)C3 可視為開路，在中、高

5、音頻區(qū)C1 、C2 可視為短路。這樣，可繪出中音頻區(qū)的音調(diào)控制器等效電路如圖 2.4.5 所示，顯然，其電壓增益Aum 0dB 。低頻區(qū)頻率特性分析在低頻區(qū)，音調(diào)控制器的等效電路如圖 2.4.6 所示。其中（a）為Rw1 的滑臂在左端，對應(yīng)于低頻提升最大的情況，（b）為Rw2 的滑臂在右端，對應(yīng)于低頻衰減最大的情況。分析表明，圖 2.4.6 （a）所示電路是一個一階有源低通濾波器，其傳輸函數(shù)表達(dá)式（2.4.1）可以看出，圖 2.4.8 （a）所示電路為一階有源高通濾波器，其傳輸函數(shù)為式中：（或） （2.4.8）( 或) （2.4.9）按上述低頻等效電路的同樣的分析方法，可得下列結(jié)果： 時，可視

6、為開路，電壓增益（ 0 dB ） 時，（ 3 dB ） （ 2.4.10 ） 時，（ 17 dB ） （ 2.4.11 ） 時，可視為短路，此時電壓增益為（ 2.4.12 ）由圖 2.4.3 的右半部實線可以看出，在的范圍內(nèi)，電壓增益的提升速率為 20 dB/10 倍頻，亦即 6 dB/ 倍頻?？捎猛瑯拥姆椒▽D 2.4.7 （ b ）進行分析，并不難得出其增益相對于中頻的衰減量。在實際設(shè)計時，一般是給出低頻區(qū)某頻率處和高頻區(qū)某頻率處的提升量或衰減量 X （ dB ），再根據(jù)以下兩式分別求出轉(zhuǎn)折頻率和，即 （2.4.13） （2.4.14）2. 設(shè)計舉例設(shè)計一音響放大器，要求具有音調(diào)輸出控制，

7、對話筒與錄音機的輸出信號進行擴音。已知條件：電源電壓為12V，當(dāng)輸入信號Ui為7.4mV（有效值）時，輸出額定功率為1W，功放板一塊，8 /2W 負(fù)載電阻一只，8/5W 揚聲器一只。每個實驗臺配錄音機一臺，耳麥一付。主要技術(shù)指標(biāo)： 額定功率Po =1W （THD5k設(shè)計過程為：首先確定整機電路的級數(shù)，再根據(jù)各級的功能及技術(shù)指標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計算各級電路的參數(shù)，通常從功放級開始向前逐級計算。需要設(shè)計的電路為話筒放大器，混和前置放大器，音調(diào)控制器及功率放大器。根據(jù)題意要求，輸入信號Ui為7.4mV 時，輸出功率最大值為1W ，因此電路系統(tǒng)的總電壓增益380（51.6dB），各級增益分配

8、如圖2.4.11 所示。功放級增益Au4 由集成功放塊決定，取Au450（34dB），音調(diào)控制級在fo=1kHz時，增益應(yīng)為1（0dB）。話筒級與混和級一般采用運算放大器，但會受到增益帶寬積的限制，各級增益不宜太大，取Au17.6（17.7dB），Au21（0dB）。（1）功率放大器設(shè)計由于采用集成功率放大器，電路設(shè)計變得十分簡單，只要查閱資料便可得到功放塊外圍電路的元件值，如圖 2.4.10所示，由圖得到功放級的電壓增益為（2）音調(diào)控制器（含音量控制）設(shè)計音調(diào)控制器的電路如圖 2.4.12 所示運算放大器選用通用運放A741，其中RP33為音調(diào)控制電位器，其滑臂在最上端時，音響放大器輸出最大

9、功率。由式(2.4.13) 和式（2.4.14）得到轉(zhuǎn)折頻率fL2及fH1：則則由式（2.4.4）得R31 、R32 、Rw1不能取得太大，否則運放漂移電流的影響不可忽略，但也不能太小，否則流過它們的電流將超出運放的輸出能力。一般取幾千歐幾百千歐?，F(xiàn)取Rw1470k ,R31R3247k。則由（2.4.2）得取標(biāo)稱值0.01F,取C31C320.01F 。由式（2.4.6）得則k k由式（2.4.12）得則k 取標(biāo)稱值13k由式（2.4.9）得則490pF 取標(biāo)稱值510pF取RW31RW32470 k ，取RW3310k，級間耦合電容與隔直電容C34C3510F 。（3）話筒放大器與混和前置

10、放大器設(shè)計圖 2.4.13 所示電路由話筒放大與混和前置放大兩級組成。其中A1組成同相放大器，具有很高的輸入阻抗，能與高阻話筒配接。作為話筒放大器電路，其放大倍數(shù)Au1 為 7.6 （17.1dB）運放A741 的頻帶雖然很窄（增益為1時，帶寬為1.2MHz ），但這里放大倍數(shù)不高，故能達(dá)到fH10kHz 的頻響要求?；旌颓爸梅糯笃鞯碾娐酚蛇\放A2組成，這是一個反相加法器電路，輸出電壓Uo2 的表達(dá)式為根據(jù)圖 2.4.11 的電壓增益分配，混和級的輸出電壓Uo256mV，而話筒放大器的輸Uo1已經(jīng)達(dá)到了Uo2 的要求，即Uo1 Au1Ui1 56mV ，所以，所以取R21R22。錄音機輸出插孔

11、的信號Ui2 一般為 100mV ，已經(jīng)遠(yuǎn)大于Uo2的要求，所以，對Ui2要進行適當(dāng)?shù)乃p，否則輸出會產(chǎn)生失真。取R23100k ,R22R2130k, 以使錄音機輸出經(jīng)混和級后也達(dá)到Uo2的要求。如果要進行卡拉 OK 歌唱，可在話筒放大器及錄音機輸出端各接一個音量控制電位器RW11 、RW12（見圖2.4.13） , 分別控制聲音和音樂的音量。以上各單元電路的設(shè)計值還需要通過實驗調(diào)整和修改，特別是在進行整機調(diào)試時，由于各級之間的相互影響，有些參數(shù)可能要進行較大的變動，待整機調(diào)試完成后，再畫出整機電路圖，本題整機電路如圖 2.4.14 所示。三、元器件選擇和電路搭接1、元器件選擇依據(jù)圖2.4.

12、14搭接即可。四、實驗內(nèi)容和步驟1. 按照圖 2.4.14 搭接電路（其中虛線部分為功放板，不用搭接）2. 話筒放大器與混和放大器的調(diào)試（1）直流檢查，檢查電路連接是否正確，當(dāng)確認(rèn)無誤后接通直流電源，用數(shù)字萬用表檢查A741第7腳是否有+12V直流電壓，輸出端（第6腳）是否是有+6V直流電壓，如果有說明電路靜態(tài)正常。否則，要查找原因，使其正常。（2）交流調(diào)試，在話筒輸入端加入f=1kHz，幅值Ui1=17.4mV 的電壓信號，當(dāng)Ui1幅值變化時，Uo1跟隨做相應(yīng)的變化，說明電路正常。當(dāng)Ui1=7.4mV 時，Uo17.4mV7.656mV，說明放大倍數(shù)正常，否則，調(diào)整R23 的電阻值，使Uo1

13、56mV 。將Rw11調(diào)到最下端（接地），Ui2端加入頻率f=1kHz，幅值Ui2=100mV 的電壓信號，且將Rw12調(diào)到最上端，當(dāng)時，說明電路的衰減系數(shù)正常，否則調(diào)整電阻R23的電阻值，使其Uo230mV。3. 音調(diào)控制器的調(diào)試（1） 直流檢查，同 2（2） 交流調(diào)試 在輸入端加入頻率f1kHz，幅值Ui20mV的電壓信號，Uo稍低于20mV，電路工作正常。4. 功率放大器調(diào)試（1） 直流檢查 同 2（2）交流調(diào)試 在輸入端加入頻率f1kHz，幅值Ui56mV 的電壓信號，Uo應(yīng)為2.8V說明電路工作正常。5. 測量主要技術(shù)指標(biāo)（1）額定功率 音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值（如 THD1

14、 ）時的最大功率稱為額定功率。其表達(dá)式為（ 2.4.15 ）式中，RL為額定負(fù)載阻抗；Uo（有效值）為RL兩端的最大不失真電壓。測量Po的條件如下： 信號發(fā)生器輸出頻率f1kHz、電壓Ui20mV的正弦信號，音調(diào)控制器的電位器Rw1、Rw2置于中間，音量控制電位器置于最大值，用示波器觀測Ui及Uo的波形，失真度測量儀監(jiān)視Uo的波形失真。測量Po的步驟是：功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻RL（代替揚聲器），輸入端接Ui，逐漸增大輸入電壓Ui，直到Uo的波形剛好不出現(xiàn)削波失真（或THD1 ），此時對應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓，由式（2.4.15）即可算出額定功率Po，請注意，最大輸出電壓測量后應(yīng)迅

15、速減小Ui，否則會因測量時間太久而損壞功率放大器。（2）頻率響應(yīng)放大器的電壓增益相對于中音頻fo（1kHz）的電壓增益下降3dB 時所對應(yīng)的低音頻率fL和高音頻率fH稱為放大器的頻率響應(yīng)。測量條件同上，調(diào)節(jié)音量控制電位器使輸出電壓約為最大輸出電壓的50。測量步驟是：話筒放大器的輸入端接Ui5mV，輸出端接音調(diào)控制器，使信號發(fā)生器的輸出頻率fi從20Hz至20KHz變化（保持Ui 5mV不變），測出負(fù)載電阻RL上對應(yīng)的輸出電壓Uo，用半對數(shù)坐標(biāo)紙繪出頻率響應(yīng)曲線，并在曲線上標(biāo)注fL和fH的值。（3）音調(diào)控制特性Ui（100mV）從音調(diào)控制級輸入端耦合電容加入，Uo從輸出端耦合電容引出。先測1kH

16、z處的電壓增益Auo約 0dB，再分別測低頻特性和高頻特性。測低頻特性：將Rw1的滑臂端分別置于最左端和最右端，頻率從20Hz至1kHz 變化，記下對應(yīng)的電壓增益。同樣，測高頻特性是將Rw2的滑臂端分別置于最左端和最右端，頻率從1kHz至20Hz 變化，記下對應(yīng)的電壓增益。最后繪制音調(diào)控制器特性曲線，并標(biāo)記fL1 、 、fL2 、fo（1kHz）、fH1 、fH2頻率對應(yīng)的電壓增益。（4）輸入阻抗從音響放大器輸入端（如話筒放大器輸入端）看進去的阻抗稱為輸入阻抗Ri。Ri的測量方法與放大器的輸入阻抗測量方法相同。（5）輸入靈敏度音響放大器輸出額定功率是所需的輸入電壓（有效值）稱為輸入靈敏度Us

17、。測量條件與額定功率的測量相同，測量方法是，使Ui 從零開始逐漸增大直到Uo 達(dá)到額定功率值時對應(yīng)的電壓值，此時對應(yīng)的Ui 值即為輸入靈敏度。（6）噪聲電壓音響放大器的輸入為零時，輸出負(fù)載RL上的電壓稱為噪聲電壓UN。測量方法是，使輸入端對地短路，音量電位器為最大值，用示波器觀測輸出負(fù)載RL的電壓波形，用交流電壓表測量其有效值。（7）整機效率式中，Po：輸出的額定功率；Pc ：輸出額定功率時所消耗的電源功率。6. 整機功能測試用8/5W 的揚聲器代替負(fù)載電阻RL，進行如下功能試聽。（1）話筒擴音將話筒接話筒放大器的輸入端。應(yīng)注意使揚聲器的方向與話筒的方向相反，否則揚聲器的輸出聲音經(jīng)話筒輸入后，

18、會產(chǎn)生自激嘯叫。講話時，揚聲器傳出的聲音應(yīng)清晰，改變音量電位器，可控制聲音大小。（2）音樂欣賞將錄音機輸出的音樂信號，接入混和前置放大器，改變音調(diào)控制級的高低音調(diào)控制電位器，揚聲器的輸出音調(diào)應(yīng)發(fā)生明顯變化。（3）卡拉 OK 伴唱錄音機輸出卡拉 OK 伴唱音樂，伴隨音樂歌唱，適當(dāng)控制話筒放大器與錄音機輸出的音量電位器，可以控制歌聲音量與音樂音量之間的比例。五、數(shù)據(jù)估算實驗2.4 音響放大器設(shè)計總結(jié)報告一、靜態(tài)調(diào)節(jié)過程正確連接電路并供電后，用萬用表測量3個運放的2、3、6管教，發(fā)現(xiàn)均為6V，說明靜態(tài)工作點正常。實測中，測得數(shù)值都在6.0-6.05之間，說明靜態(tài)工作點正常。二、動態(tài)調(diào)節(jié)過程1、第一級

19、斷開Rw11和Rw12，并連接C12和C21，在輸入端接入幅度為100mV、頻率為1KHz的正弦波，利用示波器和晶體管毫伏表分別檢測Ui和Uo1，發(fā)現(xiàn)第一級電路放大倍數(shù)恰為7.6倍，且輸入輸出同相。2、第二級在輸入端接入幅度為100mV、頻率為1KHz的正弦波，利用示波器和晶體管毫伏表分別檢測Ui和Uo2，發(fā)現(xiàn)放大倍數(shù)不變，但輸入輸出反相。此時將輸入接到C23左側(cè)，觀測Uo2，發(fā)現(xiàn)第二級電路放大倍數(shù)約為0.33，輸入輸出反相。3、第三級保持輸入在C23左側(cè)，將Rw1和Rw2分別置于中點，觀測Uo3，發(fā)現(xiàn)第三級放大倍數(shù)約等于1，輸入輸入反相。以上的調(diào)節(jié)，說明電路動態(tài)工作正常。三、參數(shù)測量1、整機放大倍數(shù)未接功放板前：，這在誤差允許范圍內(nèi)。接入功放板后：2、上下限截止頻率保持輸入為100mV不變，用示波器和晶體管毫伏表檢測Uo3，當(dāng)Uo3衰減到原值的0.707倍時，記錄上下限的兩個頻率。測得，3、音頻特性曲線從f=20Hz到f=1KHz取