扩音机电路的设计与实现

扩音机电路的设计与实现

一、[关键词]：扩音机电路

二、[摘要]：本实验通过自行设计并组装扩音机电路，要求最大输出功率0.5W，负载阻抗为8 欧。

三、[设计任务要求]

1.基本要求

a）参考图一框架设计实现一个对话筒输出信号具有放大能力的扩音机电路，设计指标以及给定条件为：

1）最大输出功率0.5W

2）负载阻抗为8欧姆

3）具有音调控制功能，即用两个电位器分别调节高音和低音。当输入信号为1KHz时，输出为0dB；当输入信号为100Hz正弦信号时，调节低音电位器

可以使输出功率变化+12

4）输出功率的大小连续可调，即用电为器可调节音量的大小。

5）输出功率的大小连续可调，即用电为器可调节音量的大小。

6）输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mv，直流输出电压不超过50mv,静态电源电流不超过100mA.

b）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原图（SCH）及印制电路板图（PCB）。

2．提高要求：提出其他扩音机设计方案。

四、[设计思路、总体结构框图]

1．设计思路

扩音设备的作用是把从话筒，录放卡座。CD机送出的微弱信号放大成能推动扬声器发生的大功率信号，主要采用运算放大器和集成音频功率放大电路来构成扩音机电路。

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；功能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、输出功率尽可能大。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。因为Pomax=0.5W，输出电压,要是输入为5mv的信号放大

到输出的2V，所需总的放大倍数为400。

扩音机中各级增益的分配为：前置放大增益为100；音调控制中频放大倍数为1；

功率放大级电压放大倍数为4。

2．总体框架图

五、[分块电路和总体电路的设计]

1． 前级放大电路

由于话筒提供的信号非常弱，一般要在音频控制前加上一个前置放大器。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，前置放大器选用集成运算放大 器LF353。LF353是一种双路运算放大器，属于高输入阻抗低噪声的集成器件。其输入 阻抗达到410兆欧，，输入偏置电流为极为125010A -?，单位增益频率为4MHz ，转换速 率为13 V ／us 。

前置放大电路由LF353组成的两级放大电路。第一级放大电路的Au1=10，即 1+R3/R2=10，取R2=10 K Ω,R3=100K Ω。取Au2=10,同样R5=10 K Ω，R6=100 K Ω。 耦合电容C1与C2取10μf ，C4与C2取100μf ，以保证扩音器的低频响应。其他元器件 的参数选择为 C3=10μf ，R7=22 K Ω。

{qianjifangdadianlutu}

2. 音调控制器的设计

音调控制器的功能是：根据需要按一定的规律控制，调节音响放大器的频率响应，更好的满足人耳的听觉特性。一般的音调控制器只对低音和高音的增益进行提升或衰减，而中音信号的增益不变。

{音调控制器电路图}

音调控制器的关键是电阻电容网络的选频作用。输入信号是分成两个支路送到放大器的输入端的。一条是经Ｒ８，ＲＰ１，Ｃ６，Ｒ９到输出端，并经过Ｃ７，Ｒ１０到输出端形成负反馈。另一条是经过ＲＰ２，Ｒ１１，Ｃ５到输入端，这两条支路的电容容量相差很大，Ｃ６，Ｃ７容量大，对低频信号影响大，Ｃ５容量小，对高频信号起作用

{中频段等效电路}

中频段：此时C6、C7可视为短路，C5视为开路，其等效电路为此时的放大倍数为-R10/R8=-1。

低频段：低频时C5可视为开路，Rp1调节时，在两种极限情况下的等效电路，信号频率越低，则随着容抗的增大增益越大，随着Rp1的滑动端从左端移到右端，增益也将由小变大，也就是说调节Rp1能改变低音的放大倍数，产生提升和衰减的效果。

高频段：高频时C6、C7可视为短路，调节Rp2可使高音的放大倍数得到提升和衰减。

{低频提升电路}

{低频提升电路低频衰减电路}

Rp2做高音控制，Rp1作低音控制。Rp2旋到C点时，低音提升，旋到D点时低音衰减。

为了使电路获得满意性能，下面条件必须具备：

1）信号源的内阻不大

2）用来实现音调控制的放大电路本身有足够高的开环增益。

3）C6、C7的容量要适当，其容抗跟有关电阻相比，在低频时足够大，在中、高频时又足够小；而C5的选择却要使它的容抗在低、中频时足够大，在高频时足够小。粗略的说，就是C6、C7能让中、高频信号顺利通过而不让低频信号通过；C5则让高频信号顺利通过而不让中、低频信号通过。

4）Rp1、Rp2的阻值均远大于R8、R9、R10、R11。

当R8=R11时，该音调电路的中音频电压增益约等于1。

3．功率输出级的设计

功率输出及电路结构有许多种形式，这里选用TDA2030A型单片集成功率放大电路，其主要特点是：a、上升随率高、瞬态互调失真小；b、输出功率比较大，单片的TDA2030A 的输出功率可达18W；c、外围电路简单，使用方便；d、采用5脚单列直插的封装形式，体积小；e、内含各种保护电路，工作安全可靠。

4．本系统总体电路的设计

设计的电路图如下：包括前级放大电路，音调控制电路，和功率输出电路PROTEL绘制的原理图如下：

{电路的`整个原理图}

六、[所实现功能说明]

通过在面包板上连接电路，采用分级连接然后分级测试的方法。最后连接完整的电路，测得当负载为8欧姆时最大输出功率大于0.5W；所实现的电路具有音调控制功能，即用两个电位器分别调节高音和低音；输出功率在一定范围内具有连续可调功能。其他要求由于实验条件和时间的限制没有完成。但我个人认为第三级功率输出电路有必要改进，因为第三级电路的TDA 2030A很容易发热，而且时间久会影响整个电路，从而影响到整个电路的输出波形，使输出波形极不稳定。本人所设计的电路输出稳定波形大约只能持续20多秒。

七、[故障及问题分析]