1w扩音机设计——模电课程设计

1W扩音机设计与调试

一、绪论

扩音机不仅仅是音响设备，这类放大器还广泛用于控制系统和测量系统中。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，同时需要对音调进行调节。就是用电子原件，通过一定的组合，把微信号放大，就是扩音器的原理。是把接收进来的信号，经过电子元件的组合，把信号放大。其动作原理是把电讯号转换为声音讯号的转换器。性能优质的音频放大器则有优质的音频信号和较大的功率，使其有足够的功率去推动扬声器系统发声。因此研究和设计功率放大器对音频技术的发展和应用有着重要的意义。本实验课题介绍了一种具有收音、拾音等输入的功率扩音机的设计。通过完成本课题，要求掌握音响电路的前置级，音级集成分立元件功放的设计与主要性能参数的测试方法，并掌握小型电子电的装调技术。

1.课题的意义：

通过设计和实践，培养学生综合运用所学的理论知识、实践操作及独立解决实际问题的能力。

2．目的：

使学生灵活的牢固掌握课堂中的电子线路的工作原理、分析方法和设计方法。学会电路的一般设计方法和设计流程，并应用这些方法进行一个实际的电子线路的系统设计。

3.指标要求

（1）额定输出功率P。≥1W；

（2）负载阻抗RL=4Ω；

（3）频率响应：在无高低音提升或衰减时f=50Hz——20kHz（±3dB）；

（4）音调控制范围：低音100 Hz±12 dB；高音：10kHz±12 dB；

（5）失真度≤10%；

（6) 输入灵敏度Ui<10mV。

4．解决的主要问题：

（1）各级电压增差分配

（2）确定电路形式及选用器件

（3）音调控制电路

（4）功率放大

（5）检测电路及减小实际与理论的差距

二、电路组成方案

图1

本设计包括：前置输入级、音调控制级、功放输出级；如图1，前置级主要是同信号源阻抗匹配，并有一定的电压增益，要求输入阻抗低，输出阻抗高。音调控制电路主要实现高、低音的提升与衰减。功放级将电压信号进行功率放大，保证扬声器得到一定的不失真功率输出。

三、设计方法

1．各级电压增差分配：

根据额定的输出功率Po和PL求出输出电压Vo =2

Po*Rl =

2

1*4 ＝2

(V）；整机中频电压增益Av=Vo∕Vi=2V∕10mv=200。前置级时输出的噪声电压影响最大，一般增益不宜太高，

Av1通常可取5-10 倍，取Av1 =5。根据音调电路对中频电压增益的要求，所以Av2=1。功率放大器的增益应根据电路的总增益来确定：AV1 ·AV2 ·AV3 = AV，∴AV 3 = 40

2、确定电路形式及选用器件

集成模拟运算放大器在模拟电路中应用广泛，本设计电路主要选用适用的LM324集成运放构成前置级，音调控制级另外选用专用的集成功率放大器既保证功率输出又能得到高保真度，使设计简单。

输入级：

输入阻抗要适合信号源的要求。输出要同次级匹配，噪声系数要求小。选用同向放大器作为前级的电压放大；采用跟随器为引导，以适合信号源拾音和收音输入的要求。同向大器一般取Av=5，同向到地端电阻R2一般取51千欧，以减少运算误差。

同相放大器：∵Av1 =1+Rf∕R1=5，而Rf取51KΩ，取R1为10KΩ，通向到地端电阻R2取51KΩ，以减少运算误差。

3．音调控制电路

常用的音调控制电路有三种：一是衰减式RC音调控制电路，其调节范围较宽，但容易失真，另一种是反馈型电路，其调节范围小些，但失真小，第三种是混合式音调控制电路，其电路较复杂，多用于高档收音机中。

为使电路简单，信号失真又小，本级采用反馈型音调控制电路。

f Z 、1Z 是由RC 组成的网络，放大单元为41LM324即

i f

i o Vf R Z V V A -== 采用一个集成运放F007，∵F007开环增益高。所以当信号频率不同时，f Z

、

1Z 的阻抗值也不同，所以Vf A 随频率的改变而改变。假设f Z 和1Z 包括的RC 元件

不同，可以组成四种不同形式的电路。

如图2（a ）如示1C 值比较大，只在频率很低时起作用，则高信号频率在低

频区，↓f 时，则

|1|||12jWC R Z f +

=。↑=i i

Vf R Z A 所以低音得到提升。

若

3

C 较小，只在高频时起作用，如图2(b)中，当信号频率在高频区↑f 时，

↓+

=3

111

jWC R Z 12Z R A Vf =

∴↑，因此高音可以得到提升。

同理可论证低音衰减，高音衰减的电路。

如图这四种形式电路组合起来，即可得到反馈型音调控制电路，

为了分析方便，先假设： 1R ＝2R ＝3R ＝R 1W ＝2W ＝9R

1C ＝2C >>3C

图2

（1）信号在低频区

∵3C 很小，3C 、4C 支路可视为开路，反馈网络

主要由上半边起作用，又因为F 007开环增益很高，放大器输入阻抗又很高。

∴0≈'≈E E V V (虚地)因此3R 的影响可以忽略

图3

当电位器2W 的滑动端移到A 点时，1C 被短路，其等效电路如下所示，与图3很相似，可以得到低频提升。 （2）信号在高频区

1C 和3C 对高频可视为短路，此时3C 和4C 支路已起作用。为分析方便电 路中Y 型接法的1R 、2R 和3R 变换成△型接法的c b R R 、、a R 。

其中 )(332123131R R R R R R R

R R R R a ====++=

R R R R R R R b 313232=++= R R R

R R R R c 33

2121=++=

因为前级输出电阻很小(<500Ω)输出信号Vo 通过c R 反馈到输入端的信号前级输出电路所旁路。∴c R 的影响可忽略。视为开路。当1W 滑到端至C 和D 点时，等效电路可以画成如下电路形式，其中1W 数值很大视开路。

本设计的音调控制电路选用反馈型电路。虽然调节范围较小，但其失真小。调节W1、W2即可控制高音、低音的提升和衰减。

4．功率放大

采用TBA820M 功放集成电路。该电路由差分输入级，中间推动级，互补推挽功率放大输出级，恒流源偏置电路等组成，集成电路具有工作电压范围宽（cc V ＝3-16V ）静态电流小（典型值为9V 、4mA ）。外接元件少。电源纹波抑制比高的特点。TBA820M 是单片集成的音频放大器,8引线双列直插式塑料封装。电源电压范围：3V-16V ；主要特点是：最低工作电源电压为3V ，低静态电流，无交叉失真，低功率消耗。在9V 时的输出功率为1.2W 。

各管脚功能为：①补偿、②反馈、③输入、④接地、⑤输出、⑥电源、⑦自

举、⑧滤波。

四、使用的元器件

1．各级所采用的集成运放

前置级： LM324集成运放采用14脚双列直插塑料封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运算放大器相互独立。它有5个引

出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V

+”、“V

-

”为正、负电源端，

“V

o ”为输出端。两个信号输入端口中，V

i-

（-）为反相输入端，表示输出端V

o

的信号与该输入端的位相反；V

i+（+）为同相输入端，表示输出端V

o

的信号与该

输入端的相位相同。其外形符号如图4所示，引脚排列如图5所示。

图4LM324的外形符号图5LM324的引脚排列

由于第一级和第二级的运放都用LM324，第二级用了4、5、6、7、11脚，则第一级只能采用前面三个运放的任意一个。

2.器件

（1）导线、焊锡若干，1个集成运放LM324和1个集成运放TBA820M，1个三极管，2个电位器150K 、1个电位器50K，2个插槽，电容、电阻若干。

（2）工具

电烙铁（支架）、尖嘴钳、镊子及其他工具。

（3）使用的主要仪器和仪表

万用表、直流稳压电源、示波器、函数信号发生器、交流毫伏表等。

五、数据分析

1．音量电位器W3置于最大位置

条件：（1）扩音机的输出在额定输出功率以内，并保证输出波形不产生失真。

（2）输入信号频率为1KHZ的正弦波。

2.测量各项指标

（1）最大不失真输出电压Vomax =1.9V （2）输入灵敏度Vimax =10.3mV （3）最大输出功率Po =Vo 2max/R L =0.91W 3．实测值跟理论估算值的比较及分析

通过计算理论估算值得出整机的放大倍数约为200倍，实测值为212倍比理论值大一些，由于电阻、滑动变阻器的阻值以及电容、焊点的焊接、导线的使用等都有一定的误差，以至于实测值的放大倍数比理论值来的大。当负载阻值小于内阻时放大器大部分功率将消耗在内阻上，

不仅不会增加输出功率，反而会降低放大器的效率，增加电源消耗。所以在第三极电路出端要加一个4Ω电阻以保证电路的正常输出功率，增强电路的可用性以及耐用性。

六、整体电路图

收音入

拾音入

图6（a ）输入级

+Vcc

图6（b ）音调控制

图6（c ）功放输出

七、结论

通过此次的课程设计，从理论的学习到实践操作，再将实践结合理论，从中我能够体会到许多乐趣。首先，能够进一步地加深我们对课本上的理论知识的理解，坚定了我对课本知识的巩固的决心。其次，在将理论知识转化为实物的实践操作中，体会到了我们生活中的许多东西就是需要将我们所学的基础知识联系到实践中去。最后，在比较圆满地完成此次课程设计中，我通过自己的动手将1W 扩音电路做出来了，感觉到了劳动创造美好。

合理布局，分级装调。由于模电相对于数电会有很多的因素干扰，所以要一级焊完，要先测试一下看是否可行。如果不行直到行为止，再接着焊接下一级，直到焊完。但是我确实全部焊接完成之后才进行测试的，这是对自己焊功的自信，认为只要焊出来就不会出错。可是第一次测却发现连一级都没有反应，一开始以为是三极管烧坏了，就去换了一个三极管，可是结果还是一样。后来回去就对着电路图看，看一下有没有焊接错的地方。经过我再三检查可以确定的是电路没有焊接错误，于是我萌生了重新焊过的想法。但是同学提醒我说就看一下芯片有没有坏，我一想也对，线路都对只剩下这个没有查过。第二周上课我就找同学借了两个有用的芯片去测试。测试结果证明的确是芯片的问题，换过一个有用的芯片就可以了。所以我的焊功还是没有问题的。这一次模电课设就到此完美结束了。

通过此次课程设计，一方面锻炼了我们的焊接动手能力，另一方面也让我们加深对电路设计和电路测试和电路排错的理解。

元件合理布局和走线。电路焊接时得先对元件进行排版，排版时还要兼顾整体布局，是否恰当。在最初拿到器件时，由于我的心急，没有排好板就直接焊上去，虽然只用了三分之一的板，但也不得不的用了两根导线，使得电路没有更好的完善。通过这次的教训，使我知道了排版的重要性，相信我以后会做得更好的。

总之本次课程设计和实践，让我们把模电理论知识学以致用，更让我们牢固掌握课堂中学到的电子线路的工作原理、分析方法和设计方法。学会电路的一般设计方法和设计流程，并应用这些方法进行一个实际的电子线路的系统设计。

参考文献

[1] 童诗白.华成英．模拟电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社,2006.200-250.

[2] 康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京：高教出版社,1999.70-110.

[3] 模拟电路课程设计指导书.福州大学阳光学院出版2014.1-11