电子测量与电路实验报告

电子测量与电子电路综合设计实验报告

一、实验课题：扩音机电路的设计与实现

二、摘要：扩音设备的作用是把话筒、录放卡座、CD机送出的微弱

信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号，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。

关键词：增益、前置放大、音调调节、功率放大、失真。

三、设计任务要求

1、基本要求：

a）设计实现一个对华通输出信号具有放大能力的扩音电路，设计指标及给定条件为：

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正弦时，调节低音电位器可使输出功率变化±12dB；当输入信号为10kHZ正弦时，调节高音电位器也可使输出功率变化±12dB。4）输出功率的大小连续可调，即用电位器可调节音量的大小。5) 频率响应：当高低音调电位器处于不提升也不衰减的位置时，

-3dB的频率范围是80HZ~6KHZ，即BW=6kHZ。

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）设计电路，用PROTEL软件绘制完整的电路原理图，实际搭建电

路进行调测，完成所需要的功能。

2、提高要求：提出其他扩音机设计方案。

四、总体设计

1、总体结构框图：

→

→

话筒输入扬声器输出

图1 系统原理框图

2、电路基本原理及设计思路：

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、是真尽可能小、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。因为Pomax=0.5w，输出电压Uo=4V,要使输入为5mV的信放大为4V, 所需总的放大倍数为800.

扩音机中各级增益分配为：第一级电压放大倍数为100；音调控制中频电压放大倍数为1；功率放大级电压放大倍数为8.

五、具体设计：

1、前置放大级

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，前置放大器采用集成运算放大器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10000M?.单位增益频率为4MHz。

前置放大级由LF353构成两级放大电路。第一级放大电路的Au1=10，Au2=10.原理图如下：

图2 前置放大级电路图

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。原理图如下：

图3 音调控制电路图

音调控制的关键是电阻电容网络的选频作用。输入信号通过两个之路送入输入端用RP1、RP2两个滑线变阻器分别控制高音和低音，达到低音提升、高音衰减和高音提升、低音衰减的功能。为了使电路获得满意的性能，下面条件必须具备：

1）信号源内阻（即前一级的输出阻抗）不大。

2）用来实现音调控制的放大电路本身有足够的开环增益。

3）C6、C7容量要适当，其容抗跟有观电阻相比，在低频时足够大、在高频时足够小；而C5的选择应该使它的容抗在低、中频时足够大、在高频时足够小。

4）RP1、RP2的阻值远大于R8、R9、R10、R11。当R8=R11时，该音调电路的中频电压增益约等于1.

其频率响应曲线大致如下：

图4 音调控制器频率响应曲线

3、功率输出级的设计

功率输出级的电路结构有多种形式，这里选用TDA2030A型单片集成功率放大电路，主要特点是：

a、上升速率高、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，工作可靠安全。第三级的原理图如下：

图5 TDA2030A型单片集成功率放大电路

4、系统总体电路图：

图6 系统总体电路

六、所实现的功能说明

1、第二级的音调控制测试：

当输入峰峰值为Vin=5mV的正弦信号时，第一级输出Vo=0.56V，调节音调控制器，可以测得不同频率下第二级的输出列表如下：

2 测试电路的高低音提升与衰减功能

2、对于功率输出级的测试：

当末级输入峰峰值V=0.5V，f=1kHz的正弦信号时，最大不失真输出电压为Vo=6V。

3、综合性能测试：

当输入峰峰值V=5mV，f=1kHz的正弦信号时，Vo=4V，电压放大倍数Au=800.当增大输入信号电压时，得到最大的不失真输出电压为Vo=9.8V。、

附：各级波形图

图7 第一级放大100倍

图8 第二级反向输出

七、故障及问题分析

在实验过程中，遇到了如下问题：

1、面包板有短路现象。在整个实验过程中，前两级电路搭建调测

都比较顺利，而第三级在测试时陶瓷电阻发热非常严重，并有冒烟现象产生。用电压表测其两端电压发现已经超过了陶瓷电阻的额定电压值。排查电路连接与各个器件均没有问题，于是怀疑面包板有短路现象。用导线和万用表检查面包板，发现面包板有多出短路。于是改用面包板其它位置连接电路，可以达

到要求的功能，证明面包板有问题。

2、第三级与前两级电路不能够很好的匹配。前两级电路经过搭建

和调测均能够达到要求的增益，波形稳定无失真。第三级电路

测试也没有问题，但是将前两级与第三级电路连接起来之后波

形严重失真，而且陶瓷电阻的发热现象也比较严重。根据现象，认为电路的元器件之间存在匹配问题，更换了一些元器件之后

情况有所改善，但是波形的失真情况仍然存在。

3、第三级的直流偏置不能在面包板上与前两级的直流偏置相连，

会出现电流过大的问题，但在外部将直流偏置时，电路的直流

电流正常，不会影响电路的功能。

八、实验总结

在本次实验过程中，需要注意以下问题：

1、检查电路原理图。在实验之前要先检查电路的原理图，改正教

程中的错误，不仅有利于实验的正常顺利进行而且可以更深入

的了解电路结构及其原理。

2、分级搭建电路、调测。由于本实验电路共有三级，在实验过程

中为了及时发现并解决问题采用分级搭建并调测的办法，利于

电路的模块化功能设计调试。

3、注意正确加偏置电压。在为运放及功放加偏置电压时要格外小

心不要加反，否则会烧坏运放。加好偏置后等待一会观察运放

没有法热冒烟想象再加信号。

4、增益的设置。建议第一级中的两个运放扩大倍数在满足要求的

基础上尽量改小一点，可以提高声音的清晰程度，因为声音失

真情况多发生于第一级。第三级反馈大一点完全没有问题，可

以把总体增益补偿回来。

5、设计搭建电路结构清晰合理。本实验的电路较为复杂，在搭建

的过程中要对整体布局有一个比较清晰的思路，这样搭建起来

的电路才能清晰美观，最重要的是当出现问题时能够快速有效

的发现问题，这一点至关重要。比如可以利用不同颜色的导线

来标记电路，地线用黑色导线、正电源用红色导线、负电源用

蓝色导线、信号输入用绿色导线、输出用黄色导线、其余的普

通电路连接用白色导线等等。这样连接起来的电路很方便排查，是顺利进行试验的有效保障。

6、胆大心细。这一点算是做本次试验的一点点体会。在实验过程

中肯定会出现很多问题，不可能一次性成功。这时候不要慌张，仔细的一级一级的检查电路的各个点位，明确电路实在哪个部

分出现了问题，要大胆怀疑问题所在并勇于尝试，这样才能收

到良好的实验效果。大胆假设，小心求证的实验态度是做好实

验的关键。

九、所用元器件及测试仪表清单

1、可选器件：集成运算放大器LF353，单片集成功率放大器

TDA2030A,电阻电容若干，导线及其他。

2、所用仪器：函数信号发生器、示波器、晶体管毫伏表、万用表、

直流稳压电源等。

十、protel绘制的原理图和PCB板图

注：元件库中没有找到TDA2030A，因此用功能与TDA2030A相似的功放LM1875T来代替。

十一、参考文献

《电子电路综合设计实验教程》北京邮电大学电路中心2010年3月

《电子电路基础》高等教育出版社2008年4月