扩音器电路设计

电子技术课程设计论文---扩音器电路设计

院系：电气工程学院

专业：测控技术仪器

班级： 1141

姓名：徐航

学号： 10

指导教师：刘强王军

2013年 06月 28 日

目录

第一章绪论 (1)

第二章系统总设计方案 (2)

2.1音频功放的简介 (2)

2.2音频功放的基本原理 (2)

2.3方案的确定 (3)

第三章仿真实验及硬件电路设计 (5)

3.1 仿真实验 (5)

3.2各工作区原理说明 (5)

第四章硬件安装及调试 (9)

4.1电路板的制作 (9)

4.2电路安装所需的元器件 (9)

4.3元器件的焊接 (10)

4.4焊接的注意事项 (11)

4.5成板的的调试 (11)

第五章总结与心得 (12)

致谢 (14)

参考文献 (15)

附录........................................................... I 附录一：功率放大电路Protues仿真电路图....................... I 附录二：功率放大电路Protel DXP电路原理图及PCB布线图 ...... III 附录三：腐蚀板图............................................ IV 附录四：电路板成品图......................................... V

第一章绪论

扩音器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD 唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。因此我们组选用9013作为前置放大器，使选择所需要的音源信号大到额定电平并且可以进行各种音质控制，以美化声音。随后，我们组采用LM386作为音频放大，因为LM386静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电，工作电压范围宽，4-12V or 5-18V 。外围元件少。电压增益可调，20-200，低失真。根据上述我们组的扩音器可由图1-1-1所示框图实现。

图1-1-1 音频功率放大器组成框图

话筒输入

Vo

RL

前置放大

音调控制

功率放大

第二章系统总设计方案

2.1音频功放的简介

进入21世纪以后，各种便携式的电子设备称为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等扽。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器别开发出来。它的最大特点就是能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。

高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。

2.2音频功放的基本原理

音频功放实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。前置放大主要是完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。后一集的主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频扩音器具有体积小、重量轻、调试简单、效率高、失真小、使用方便等优点，已经成为在音频领域中应用十分广泛的功率放大器。当它外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。见图2-2-1，为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态

功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式特性:（1）静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电。 （2）工作电压范围宽，4-12V or 5-18V 。（3）外围元件少。（4）电压增益可调，20-200。（5）低失真度。LM386内部电路见图2-2-2。

图 2-2-1 LM 386 外形与管脚排列

2.3方案的确定

由小组成员设计相应的扩音器电路的电路图见附图2-1，我们采用LM386作为功率放大器，确定各级的增益分配，放大倍数Vs. dB 数0dB ：一般将信号电平（0dB ）即0.775V 作为衡量放大器灵敏度的参考标准。5mV 的dB

数为：

图2-2-2 LM386内部电路

dB

44

)

775

.0/

005

.0

lg(

20-

=。因为采用的集成芯片LM386，其输出功率为20W，

则负载上的电压为：

V

R

P

U

L

o

L

13

6.

12≈

=

=

又话筒输入为5mV，则整个电路的增益为20lg（13/0.005）=68dB。考虑到音调级必要的衰减，增益为－2dB左右。所以取整个电路的增益为70dB。则各级的增益如下：

* 功放级：26dB（厂家给定的）

* 音调控制级：-2dB。

* 前置放大级：44dB。

第三章仿真实验及硬件电路设计

3.1 仿真实验

首先在Proteus软件中进行模拟仿真，试验电路是否符合设计要求。仿真电路图与仿真结果见附图1-1，然后在Altium Designer软件中画出电路图，进行原件调整和布局。电路图见附图2-1，然后进行PCB板制作，布线，PCB 板布线图见附图2-2

3.2各工作区原理说明

(1)声音输入系统

C1的作用为低频滤波，R1的作用为限流作用，防止麦克烧坏，C2的作用是滤去声音信号中的直流分量，RP2的作用是调节音质。如图3-2-1所示。

图3-2-1声音输入原理图

(2)电压放大系统

将声音输入系统中所采集的电压进行放大，静态时，BJT各电极的直流电流及个电极间的直流电压分别用Ib、Ic、Vbe、Vce表示，些电流电压的数值

可用BJT特性曲线上的一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q，因此常将上述四个变量写成IBQ、ICQ、VBEQ、VCEQ。动态中输入正弦信号Vs后电路将处在动态工作情况。此时，BJT各级电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号做相应的变化。基极-发射级间的电压VBE=VBEQ+Vbe，vbe是vs

在发射极上产生的交流电压。当vbe的幅值小小于vbeq ，且使发射结上所加正向电压仍然大于vth时，vbe随vs的变化必然导致受其控制的基极电流ib，集电极电流ic产生相应的变化，即iB=IBQ+ib,iC=ICQ+ic，其中ic=Bib是交流电流。与此同时，集电极-发射级间的电压Vce也将发生变化，

Vce=Vcc-iC*Rc=VCEQ+vce.如图3-2-2所示。

图3-2-2电压放大原理图

(3)功率放大系统

功率放大系统由LM386N-1及电容和电阻构成，因为电流放大系统所放大的电压为同相电压，所以由LM386的3脚输入，因为LM386的2、3引脚为输入端，且2脚反相输入端，3脚为同相输入端，5脚进行输出。1、8脚为增益设定档，若1、8脚间10vf的极性电容，则放大倍数为200，本试验品1、8脚间未接电容，则放大倍数为20倍。如图3-2-3所示。

图3-2-3功率放大原理图

(4)声音输出系统

由电阻、电容、扬声器构成。R1作用为分压，防止扬声器被烧坏。C1与C2的作用是降噪、滤去直流分量。如图3-2-4所示。

图3-2-4声音输出原理图

3.4整体电路原理图

见图3-4-1,通过驻极体话筒将声音信号改为电信号后进入电路，后经过BJT9013对信号进行放大，再由LM386进行整理传送后由扬声器将电信号改成声音信号输出。

图3-4-1整体电路图

话筒输入

Vo

RL

前置放大

音调控制功率放大

第四章硬件安装及调试

4.1电路板的制作

（1）在覆铜板上画取所需要的电路板区域，并进行切割。

（2）用砂纸将覆铜板进行打磨，磨去表面氧化层。

（3）用铅笔在覆铜板上进行画线，画完之后用信号笔按铅笔所画的线进行描画。保证线路清晰且明确。

（4）配制腐蚀液，按照1：4的比例，将腐蚀粉和水进行配比，倒入准备好的腐蚀筒中（选取的腐蚀筒不宜过大，也不要过小，要保证电路板可以完全放入）。将电路板放入腐蚀筒中，进行腐蚀（要保证电路板完全浸入腐蚀液中，但不要使电路板碰触到筒底，最好倾斜放入，注意腐蚀进程，防止出现断线情况。不可用手抓取正在腐蚀的板子，腐蚀液的腐蚀性很强，避免自己受伤）。

（5）待电路板腐蚀好后，拿出电路板。用香蕉水擦去信号笔所画出的线，检查是否有断线情况。

（6）利用台钻在电路板的管脚进行打孔，成板请见附图3-1。,

4.2电路安装所需的元器件

元器件名称元器件参数数目

色环电阻330Ω 2 33kΩ 1

贴片电阻

51kΩ 1 3.3kΩ 1 100Ω 1

电位器47kΩ 1 1kΩ 1

极性电容220?F 1 10?F 4 100?F 1

磁片电容0.01F 1 三极管9013 1 麦克 1

运放LM386 1

4.3元器件的焊接

（1）拿出电烙铁，以45度靠紧焊接面进行预热；

（2）然后将焊锡丝同时伸向被焊的组件脚及焊盘，一起接触被焊处；

（3）焊锡丝熔化，向焊接处推入焊锡丝，使焊锡润湿焊盘与组件脚，当焊点上的焊锡成圆锥形时即抽离焊锡丝（应控制焊锡丝的熔化量不能过多，以免造成浪费；

（4）在焊锡完全熔化后，移去烙铁头。如焊锡过多，可把烙铁头上的焊锡甩干净，然后不用焊锡丝或极少量的焊锡丝重焊一遍，移去时正好吸去多余的焊锡；

（5）如果焊点有连焊，也应将焊锡线（其中有助焊剂）与烙铁头一起接触在连焊的焊点之间，待焊锡丝与助焊剂一起熔化后，移去焊锡丝，再将烙铁头侧放着向下移走，吸去多余的焊锡；

（6）如果要用电烙铁去除焊盘孔中的锡（即挑孔），应该将印制板拿高，把烙铁头置于比印制板低的位置，将烙铁头在焊盘孔上擦几下，可以将焊盘孔中的焊锡吸流到烙铁头上去。如果印制板较小，可以用烙铁将焊盘上的锡熔化，然后迅速开烙铁，将印制板在工作台上轻敲一下，使焊盘上的熔锡振落；

（7）将烙铁头上的多余焊锡甩在废锡盒中，再将电烙铁插入烙铁筒中。

（8）正常焊接时，电烙铁与平面应保持角度是 45 度。

（9）手拿锡线时，锡线头长度应留出 3- 5CM。

（10）焊点的标准是：焊点呈锥形，焊锡要适量，表面有光泽，光滑，清洁等。

（11）常见的不良焊点有：虚焊，假焊，漏焊，锡球，锡尖等。

（12）烙铁尖上有锡渣时在焊锡棉上擦掉，焊锡棉要清洗干净，使用时要保持湿润。

（13）烙铁使用后必须放在烙铁架上，不允许传递，防止意外。

4.4焊接的注意事项

1、首先要收集齐所需的元件，并对元器件的质量（参数等）进行判定。（注意：预留的集成块管脚的空间要准确，不能有太大的误差；同时二极管、电解电容的极性一定不能接反。）

2、进行元器件的焊接时，必须在集成块焊好的情况下才能接着对二极管、RC 元件及导线等进行焊接，且动作一定要干净利落。

3、在确认电路焊接无误后，开始进行电路的调试。

4.5成板的的调试

见附图4-1和4-2，本图为完成的成品，我们需要对此板进行调试。首先先把电源接上，用万用表对集成运放LM386 的各引出管脚测出它们之间的电压与电流，并与其参考值进行对比，看看是否有明显的差距，判断集成电路工作是否正常。

（1）我们将此版接通，需接通电源和音响

（2）接通以后我们需用十字螺丝刀旋动图中两个蓝色的电位器，边喊话边调整，如果电路的制作完好，在你调整电位器的时候，音响发出的声音将会随着你的旋动电位器而发生声音大小的改变

（3）听你音响发出的声音，如果在你调整电位器的时候，音响发出的声音将会随着你的旋动电位器而发生声音大小的改变，并且有明显的放大效果证明你的制作是成功的。

（4）断开电源和音响

第五章总结与心得

这次模拟电子基础课程设计的学习，学到了很多关于模电理论方面和实践方面的知识，受益匪浅。我对这门课程设计非常感兴趣。不仅锻炼了自己的动手能力，加深了与同学的协作能力，也加深了对扩音器器方面知识的理解。并且了解了手工制板的工作流程。虽然在制作中总会出现这样或那样的问题。但是，我和我的组员都将它一一解决了。

在先期的原理图了解的过程中，因为自身的知识储备不够，碰到了许多问题。四个系统中各个原件的具体作用，不是太了解。但是，通过查阅资料和询问老师，也都解决了。这也让我意识到自身的不足。在以后的时间里，我会在自身的知识储备上多下功夫。

而后再利用电脑软件进行电路模拟的时候，因为是第一次接触proteus，所以很多的地方不会，只有一边查一边做。从此可以看出，做为电气的学生，不仅基础的电气知识要熟练掌握，相关的电脑软件也应该熟练掌握。

之后在往覆铜板上画线的时候，因为忽略了LM386的管脚，所以使第一次的板子制作失败。但是第二次成功了。在向覆铜板上焊件儿的时候还是很顺利的。

总体上，我对这次的课设很满意。首先我学到稳压电路的工作原理，其次就是稳压电路的焊接，最后就是得出来的结论与理论进行比较。还有就是相关元件的工作原理，相当于对各元件重新的复习了一遍，更进一步的了解了元件的特性。

我觉得最为重要的还是团队的协作。团队的合作是不可或缺的，在自己不能解决的问题时，就可以去问问周边的同学，只有通过探导，让自己也能让别人才能更深一层了汲取知识。

通过这短暂几天的学习，让我体会到想要创造一个实用的电子设备要经过很长时间的设计与改造，因为实际与理论又很大的区别。在我们学习的过程中不仅考验了我们对知识的吸收和掌握，而且也考验了我们的细心和耐心。提到细心和耐心，我深有体会。

完成这次课程设计我觉得收获很多，不仅提高了自己的设计能力及动手能力，明白了凡事需要耐心、虚心、脚踏实地。理论知识的不足在这次实习中表

现的很明显。使我明白理论结合实际才是最重要的。这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，只有这样我们才能真正的去掌握它，而不是只懂得理论知识。同时也让我意识到我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。一个人的失误就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的.

致谢

在此次电子设计中我们得到了刘强老师、王军老师的支持和其他小组同学们的帮助，还有我们小组组员之间的团结协作，我们才得以圆满地完成此次设计。

在这里，我衷心感谢我们的实验指导老师王军和刘强老师，从最开始电路的设计，到后来的腐蚀文字、电路仿真，再到最后的腐蚀电路、焊接、调试工作的开展，以及论文的撰写和修改，都得到了两位实验指导老师细致的讲解、善意的提醒与谆谆的教导。老师们以严谨的治学之道、宽厚仁慈的胸怀、积极乐观的生活态度，兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神为我树立了学习的典范，他们的教诲与鞭策将激励我在学习和生活的道路上励精图治，开拓创新。他们渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。在课程设计过程中与组员刘群连两位同学与我密切合作，对我无私的帮助，在此深表谢意。你们是完成本课题的中坚力量。为了能够更好地完成此次课程设计，你们在电路设计、腐蚀、元器件焊接等步骤中付出了大量的心血，很荣幸能与你们共同完成此次课程设计，再次对你们表示最诚挚的感谢。

参考文献

[1]康华光．电子技术基础(模拟部分)．北京：高等教育出版社，2006.1

[2] 杜刚.电路设计与制版——Protel应用教程.清华大学出版社，2006

[3]李炎清 .毕业论文写作与范例.厦门：厦门大学出版社，2006.10

[4]潭博学.苗江静.集成电路原理及应用.北京：电子工业出版社，2003.9

[5]陈梓城 .家用电子电路设计与调试.北京：中国电力出版社，2006

附录

附录一：功率放大电路Protues仿真电路图

附图1-1 元器件连接图

附图1-1 输入正玄波及波形检测电路

附图1-1 输入方波及波形检验电路

附图 1-1将喇叭接入电路测试效果

附录二：功率放大电路Protel DXP电路原理图及PCB布线图

附图2-1功率放大器原理图

附图2-2功率放大电路PCB连线图