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课程设计报告课程名称：电子技术课程设计设计题目：变调音频放大器，方波、三角波发生器系另!1：电气工程系专业：电气工程及其自动化变调音频功率放大器设计一、设计任务及要求1、任务：设计一个可以改变输入音频音调的音频放大电路。2、实验要求：本实验要求实现从语音输入、放大、变调到功率放大并通过喇叭进行输出的具有完整功能的电路设计和实现。话筒采用驻极体话筒，喇叭采用8。纸杯喇叭，其他电路根据具体设计确定。要求，电路简洁，输出音量较大，噪音小，变调明显且可调。另外，电源可采用实验箱提供的直流电源，无需另行设计。二、设计方案分析根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由如下图框图实现。下面主要介绍各局部电路的特点及要求。音频功率放大器组成框图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。音调控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减，功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、失真尽可能小，输出功率大，设计时首先根据技术指标的要求，确定各级增益的分配，然后对各级电路进行具体的设计。如果采用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。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。因为喇叭要求的最大功率为o.5w,所以最后输出的最大电压为：uo=7pZ7=2v°1、前置放大电路:前置级放大器电路图如下图：运算放大器uA741、RpKR2、R3和C2为电路的驱动级，目的在于提高电路的电压放大倍数。RPI+R3为反应电阻，R2交流接地（C2的作用。显然，驱动级是一个同相输入交流反应的电压放大器。在Uin=O时，由于反相段经R2和C2交流接地，Uc=O,Uo交流零点）一定为零。为保证功率放大器的输出功率，驱动级应保证足够的电压放大倍数。前置放大电路的电压增益为:,A0=1一般情况下，Rl的Ri值应远大于电位器的值，这里选择Rl=47Ko前置级放大电路的仿真结果如下:由图可知：幅度大的波为输出电压的波形，幅度小的波为输入电压的波形，当输入电压为：Vi=5506mv时，输出电压为：Vi=193568mv,显然前置级放大器电路起到了电压放大的作用，有仿真数据可以计算出放大倍数约为35倍。这与理论算出的电压放大倍数相接近，因此该级放大电路设置合理。前置放大电路中所用的运算放大器uA741的有关参数如下：#运算放大器属于使用反应电路进行运算的高放大倍率型放大器，其放大倍率完全由外界组件所控制，透过外接电路或电阻的搭配，即可决定增益（即放大倍率）大小。通常放大器的理想增益为无穷大，实际使用时亦往往相当高可放大至105或106倍，故差动输入跟增益后输出比拟起来几乎等于零。#741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出。放大器工作时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由±12VdC至土18VdC不等，而一般使用±15VdC的电压。741运算放大器的外型与接脚配置分别如下图。EEEE1234UA7411 -Offsetnull12 -Invertinginput3 -Non-invertinginput4-Vcc-5 -Offsetnull26 -Output7 Me+8-N.C.#uA741M,uA741I,uA741C芯片引脚和工作说明：1和5为偏置（调零端），2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出,7接电源，8空脚。2、音调控制电路：音调控制电路的主要功能是通过对放音频带内放大器的频率响应曲线的形状进行控制，从而到达控制放音音色的目的，以适应不同听众对音色的不同爱好。此外还能补偿信号中所欠缺的频率分量，使音质得到改善，从而提高放音系统的放音效果。在高保真放音电路中，一般采用的是高、低音分别可调的音调控制电路。一个良好的音调控制电路，要求有足够的高、低音调节范围，同时有要求在高、低音从最强调到最弱的整个过程中，中音信号一般指1kHz不发生明显的幅值变化，以保证音量在音调控制过程中不至于有太大的变化。音调控制电路大多由RC元件组成，利用RC电路的传输特性，提升或衰减某一频段的音频信音调控制电路一般可分为衰减式和负反应式两大类，衰减式音调控制电路的调节范围可以做得较宽，但由于中音电平也要作很大的衰减，并且在调节过程中整个电路的阻抗也在变化，所以噪声和失真较大。负反应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。下面分析负反应型音调控制电路的工作原理。音调控制电路具有音调控制功能：低音100HZ处有正负12dB的调节范围,高音IoKHZ处有正负12dB的调节范围。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，典型的电路结构如下列图所示：其中电位器RPl是高音调节电位器，Rp2是低音调节电位器，电容C5是音频信号输入耦合电容，电容C3、C4是低音提升和衰减电容，一般选择C3=C4,电容C6起到高音提升和衰减作用，要求C6的值远远小于C3o电路中各兀件一般要满足的关系为:RPI=RP2,RfRs=Rg,Cs=C"Rpl=9R4o其中uA741的用法如上所述。Kev=A音调控制电路计算低音调节转折频率和高音调节转折频率。根据RPl=RP2=9R4的条件，该音调控制电路的最大提升和衰减量为:201gRP2+R6=+20建201g产=-20dB5H4Rp2+R6音调控制电路的幅频响应波特图根据图可知，/、/Z为转折频率，且幅频特性是按正负6dB倍频程的斜率变化的。要求在低音100HZ处的提升或衰减±12dB,所以低音调节转折频率：/20-1212-0il=100/=39.68(Hz),i2=100×2=400HzK同理，根据高音IOkHZ处的提升或衰减±12dB,可得高音调节转折频率：/12-020-12/m=(10X1()3)/2丁=2.5kHz，fH2=10×103×=25.2kHz。(1)音调调节电位器选择因为uA741集成运算放大器的输入阻抗很高，电位器品1、Hp2的阻值可适当高一些。现选尺PI=RP2=200kQ.(2)低、高音调整电容及电阻的选择C.=Q=-1=10.02F),可采用两个0.01F电容4Lrf1ARP2×39.68×200×IO3产产并联。电阻&=&=凡=R尸29=200922.22k),选标称值22kQ。当上而2=25.2kHz时，高音提升20dB。T?7=349=3×229=7.3kb取标称值7.5kQ.211fli2R42×25.2×103×7.5XIO384OpF，取标称值C6=1000pF.音调控制电路的仿真结果如下：当用函数信号发生器给该级电路直接输入频率为IokHZ的方波时，其虑波效果明显，显然到达了滤波的目的。时间通道_A通道_B6.300ms10.000mV3.997mV时间W比例IloOUSQiv涌道4比例5mVDiv通道耳比例2mVDiv触发边沿TAJW-I外部IX位置o-而加载I8e（期Y位置o"AC"QIDCIPY位置o-而OlDCI廿电平o类型正弦I标准I自动I,反向保存Ext,Trigger3、功率放大器电路功率放大器的作用是给音响放大器的负载一般是扬声器提供所需要的输出功率。功率放大器的主要性能指标有最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率。目前常见的电路结构有OTL型、OCL型、DC型和CL型。有全部采用分立元件晶体管组成的功率放大器；也有采用集成运算放大器和大功率晶体管构成的功率放大器；随着集成电路的开展,全集成功率放大器应用越来越多。由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、本钱低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，所以使用非常广泛。采用集成功放设计功率放大器不仅设计简单，工作稳定，而且组装、调试方便，本钱低廉，所以本设计选用集成功放实现。目前常用的集成功放型号非常多，本设计选取SGS公司生产的TDA2030/2030A集成功放，该器件具有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护，外围电路简单，可以作OTL使用，也可作OCL使用。TDA2030/2030A的外引线如下列图所示。1脚为同相输入端，2脚为反相输入端，4脚为输出端，3脚接负电源，5脚接正电源。电路特点是引脚和外接元件少。其主要特点为：电源电压范围为6V18V,静态电流小于60A,频响为IoHZ140kHz,谐波失真小于0.5,在心=±14V,M=4。时，输出功率为14W。在8。负载上的输出功率为9W。TDA2030/2030A构成的OCL功率放大器电路如下图。该电路由TDA2030组成的R9?负反应电路，其交流电压放大倍数Avf=I+兽=1+念33倍，满足设计要R90.68求。品、a组成输出相移校正网络，使负载接近纯电阻。电容G是输入耦合电容，其大小决定功率放大器的下限频率。为了到达一定的仿真效果，这里用电阻R16暂时代替喇叭，其阻值与喇叭的阻值相同，电位器A是音量调节电位"示波器-XSClT2T1时间400,092ms410,092ms10.000ms通道_A5.461mV5.461mV-8.630fV通道_B39.033mV39.033mV7.208pV反向I保存IExt.TriggerD4lfa涵满QrBs同袖J里里从通追B触友比例IlmSQiV比例5mVDiv比例1200mV/Div边沿外部IX位置fY位置oY位置电平1。Iv所加载IBAab而OIDCISac"0IpcI-JP类型正弦I标准I自动反一：功率放大电路的仿真结果由图可知A通道为输入电压的大小，对应的波为幅度小的正弦波，B通道为输出电压的大小，对应的波为幅度大的正弦波，放大倍数约为8倍，与理论值存在一定的差异，不过起到了一定的电压放大作用，能够满足设计要求。综上所述为电路的前置放大电路,音调控制电路，功率放大电路，下面为整体的电路图:OXLVl8分频波形的仿真结16分频波形的仿真结果输出与四分频方波对应的三角波:输出与八分频方波对应的三角波：输出与十六分频方波对应的三角波形：三、实验中用到的有关器件的介绍:2.1CD4052的介绍CD4052C一个双4选一的多路模拟选择开关,其使用真值表如表I所示表1INHIBITBAO