扩音机电路—模电课程设计

模拟电子技术课程设计说明书

扩音机

院系：电气与信息工程学院

学生姓名：

指导教师：职称讲师

专业：电气工程及其自动化

班级：

完成时间： 2012年6月2日

摘要

扩音机是生活中很常见的一类电子产品，使用非常广泛。扩音机电路是把微弱的声音信号放大成能推动扬声器的大功率信号，电路结构主要分为前置放大，音调控制两部分。

前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声要小。在本次设计中前置放大级分为两级，第一级为共源放大电路，整个电路的放大倍数主要靠第一级；第二级为射级跟随器，保证音调控制电路有较好的效果，给音调控制电路以较小的信号源内阻。音调控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；由于集成运算放大器具有电压增益高、输入阻抗高等优点，用它制作的音调控制电路具有电路结构简单、工作稳定等优点。

关键词：扩音机；前置放大；音调控制

ABSTRACT

Megaphone is very common life of a class of electronic products, the use of it is very extensive. Amplifier circuit is put the faint sound amplification can push into the high-powered signal, circuit structure is mainly divided into the preamplifier, tone control two parts.

Preamplifier main perform small signal amplifier, general requirement high input impedance, output impedance low, wide frequency band, the noise is small. In the design of preamplifier level are divided into two levels, the first level for common source amplifier circuit, the whole circuit amplification depend mainly on the first level; The second grade level is shot with, ensure tone control circuit has good effect, to the tone control circuit with a small signal source resistance. Tone control mainly is the realization of the input signal is high, the bass ascension and attenuation; Due to the integrated operational amplifier has voltage gain high input impedance, higher advantages, and use it to make the tone of the control circuit has simple structure, stable circuit, etc.

Key words:Megaphone; Preamplifier; tone control

目录

一、设计任务与要求 (4)

二、设计原理分析 (5)

2.1 扩音机原理 (5)

2.2 设计思路分析 (5)

三、总体设计方案 (6)

3.1 总体方案 (6)

3.1 前置放大器 (7)

3.2 音调控制电路 (7)

3.3 有源滤波电路 (9)

四、扩音器的调试 (9)

4.1 输入级及音调控制电路的调试 (9)

4.2放大倍数调试 (10)

4.3 测试频率特性与音调控制特性 (10)

五、实验总结与结论 (10)

参考文献....................................................................................11. 致谢 (11)

附录 (12)

一、 设计任务与要求

1.1 设计目的：

通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握模拟电子系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。

1.2 设计任务

1.2.1设计一个扩音机 1.2.2画出扩音机电路 1.2.3仿真测试 1.2.4组装测试扩音机

1.3 设计要求

放大倍数10≥u A ，mV U i 50≤，输入电阻Ω≥k R i 500，频率范围为20Hz-20KHz ，音调控制范围：低音为100Hz dB 12±，高音为10KHz dB 12±，音调控制电路信号源内阻Ω≤k R s 1。

二、设计原理分析

2.1扩音机原理

扩音设备的通常作用是把从话筒等音频设备输出的微弱的信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号，由前置放大器、音调控制器、功率放大器这几个部分组成。前置放大器对输入信号进行适当的放大,放大后的信号送入音调网络,信号经过音调网络,其幅度有所减小.一般单调网络的特性是:中音(1000HZ)时变化小于3DB,低音(100HZ)时调节的范围为+_12DB,高音(10KHZ)时的调节范围为+12DB,根据放音节目的不同,可以用”音调选择器”选择不同的位置.最后送入功率放大级进行功率放大后的信号送入扬声器,在扬声器上得到了放大后的音调信号.

2.2设计思路分析

由于输出电阻很高，故输入级第一级采用由场效应管组成的共源放大电路。为了保证音调控制电路有较好的效果，给音调控制电路以较小的信号源内阻，输入级第二级采用射级跟随电路。虽然要求音调调节范围不是太宽，但为了信号衰减、失真小，采用反馈式音调控制电路，音调调节的放大级采用uA741。为了使用统一的电源，并给输入级更小的纹波，电路中加入有源滤波电路。

三、总体设计方案

3.1 总体方案

根据设计课题的要求和原理分析，该音频功率放大器电路可以分为3级:第一级：前置放大，主要是完成对小信号无失真的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小。

第二级：音调控制，电路的功能不仅仅在于扩音，还有对高低音的抑制或提升。

第三级：功率放大，决定了最终电路的输出效果，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。

扩音电路可由图3.1所示框图实现。

语音信号输入前置放大音调控制音量调节

扬声器

图3.1 扩音机组成框图

3.2 前置放大器

前置放大器的主要功能是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，采用低噪声场效应管组成放大器是合理的选择。对于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。

由于话筒提供的信号非常弱，一般在音调控制器前面加一个前置放大器。考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求。

电路如图3.2所示：

图3.2前置放大电路

3.3 音调控制电路

音调控制器的功能主要是根据设计需要按一定的规律控制和调

节音频放大器的频率响应，以更好地满足人耳的听觉特性。一般音调控制器只对低音和高音信号的增益进行提升或衰减，而中音信号增益不变，音调控制电路一般可分为衰减式和负反馈式两大类，负反馈式音调控制电路的噪音和失真较小，并且在调节音调时，其转折频率保持固定不变，而特性曲线的斜率却随之改变。下面分析负反馈型音调控制电路的工作原理。

3.3.1负反馈式音调控制器的工作原理：

由于集成运算放大器具有电压增益高、输入阻抗高等优点，用它制作的音调控制电路具有电路结构简单、工作稳定等优点，典型的电路结构如图3.4所示。其中电位器Rw1是高音调节电位器，Rw2是低音调节电位器，电容C4是音频信号输入耦合电容，电容C5、C6是低音提升和衰减电容，一般选择C5=C6，电容C7起到高音提升和衰减作用，要求C7的值远远小于C5。电路中各元件一般要满足的关系为：Rw1=Rw2，R8=R9=R10，C5=C6。

图3.3 负反馈式音调控制电路图

在电路图3.3中，对于低音信号来说，由于C7的容抗很大，相当于开路，此时高音调节电位器Rw1在任何位置对低音都不会影响。当低音调节电位器Rw2滑动端调到最左端时，C5被短路，由于电容C6对于低音信号容抗大，所以相对地提高了低音信号的放大倍数，起到了对低音提升的作用，同样当R w2的滑动端调到最右端时，电容C6被短路，由于电容C5对输入音频信号的低音信号具有较小的电压放大倍数，所以该电路可实现低音衰减。

从定性的角度来说，就是在中、高音域，增益仅取决于R8与R10的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到衰减；同理，图3.4电路对于高音信号来说，电容C5、C6的容抗很小，可以认为短路。调节高音调节电位器Rw1，即可实现对高音信号的提升或衰减。

3.4 有源滤波电路

有源滤波电路串联在多级放大器输入级的电源电路中，它可减少由于电源

内阻的存在使电源不稳定对输入级的影响。由于滤波电容接在基极而不接在主流

电路集电极或发射极而基极电流比主电路电流小（β+1）倍，所以基极电阻R12

可以用得很大即滤波电路的时间常数可以很大，使基极对地的纹波电压很小，发

射极只比基极差0.7V而具有相同的纹波这样电压Ue的稳定性比Uc的稳定性将

大大提高。

图3.4 有源滤波电路

四、扩音器的调试

4.1.输入级及音调控制电路的测试

（1）反复调节R2,R6，R12使输入级电源电压为10V静态工作点为设计值。

（2）当运放反向输入端接地时，输出应为0，若输出不为零应调节电位器Rw4 使输出为零

4.2放大倍数测试

Rw1，Rw2放在中间位置，Rw3放在最大位置，接1KHz、50mV的输入信号测量输出Uo，看能否有大于500mV的不失真波形，若放大倍数不够时，可调整第一级的R3使之满足放大倍数，若输出波形有失真应从第二级开始调整两级的静态工作点使失真消除。

4.3测试频率特性与音调控制特性

Rw1，Rw2放在中间位置，Rw3放在最大位置，测出上限频率与下限频率，看是否满足fl<20Hz、fh>20KHz的要求。

五、实验总结与结论

1. 此次实验从设计到实现，每一步都伴随着问题的不断的产生与解决，经过艰辛的调试、测量，最终完成实验，除了极个别的参数与设计要求稍有差距之外，其余参数均满足设计指标。实验总体是成功的。

2. 综合性实验涉及了几乎整个电路设计与实现的过程，严谨完成实验将很有意义，而且这是学习模拟电路以来第一次完整体验实际电路的实现，这个过程让我获益颇多。通过这次实践，我对扩音机电路有了有了更深入的了解，对模拟电路设计过程和方法有了基本了解和认识，能够对简单电路系统中出现的故障和问题提出解决方案,学习并熟悉了 Protel 软件的基本使用。

参考文献

［1］康华光.《电子技术基础模拟部分》.第五版.华中科技大学出版社.2005.7 ［2］李万臣．模拟电子技术基础实验与课程设计[M]．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001.1。

致谢

通过这些天的设计，使我深深的感受到了，理论联系实际的必要性及其重要性.

在课程设计期间，要感谢老师教导，感谢同学帮助，通过不断学习理论知识和参与实践，感觉自己的综合素质在很大程度上得到了提升，努力将自己塑造成为一个专业功底扎实、知识结构完善、适应能力强的合格大学生。这次课程设计，不仅让我们大开眼界，也是对以前所学知识的一个初审，从这次实习中，进一步巩固和深化了所学的理论知识，弥补了单一理论教学的不足，并为后续专业课学习和毕业设计打下了坚实的基础。

附录

表1 元件清单

序号元件名称规格与型号数量

1 电阻1M 1

2 电阻3K 1

3 电阻 2.2K 1

4 电阻20K 3

5 电阻300K 1

6 电阻220K 1

7 电阻15K 3

8 电阻7.5K 1

9 电阻510K 1

10 电阻51K 1

11 瓷片电容1uF 1

12 瓷片电容0.022uF 2

13 瓷片电容1000pF 1

14 瓷片电容0.01uF 1

15 电解电容1uF 1

16 电解电容33uF 1

17 电解电容10uF 2

18 电解电容47uF 1

19 电位器470K 2

20 电位器10K 2

21 场效应管3DJ6 1

22 三极管3DG6 2

23 运放UA741 1

24 喇叭 1

25 柱极话筒 1

图1 multisim仿真图

图2 multisim仿真结果

图3 PCB图

图4 Protel原理图

图5 实物图