扩音机电路设计实验报告

北京邮电大学

实验报告

实验名称：扩音机电路的设计与实现

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班级：姓名：学号班内序号：日期：

一、课题名称

扩音机电路的设计与实现

二、报告摘要和关键字

1.摘要：本实验主要采用运算放大器和集成音频功率放大电路构成扩音机电路，将话筒送出的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号。报告中首先结合设计任务要求给出设计思路和总体结构框图，然后讨论各级电路具体设计和原理图，后给出了仿真结果，实际搭建电路测试的数据，所得的波形图，调试过程中遇到的故障和问题分析，最后对本次实验进行了总结。

2 .关键字：前置放大音调控制功率放大扩音

三、设计任务要求

采用运算放大器和集成音频功率放大电路设计实现一个对话筒输出信号具有放大功能的扩音机电路。

1、基本要求：

1）最大输出功率不小于2W

2）负载阻抗为8?

3）具有音调调控功能，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，调节低音电位器可以使输出功率变化

±12dB；当输入信号为10KHz时，调节高音电位器也可

以使输出功率变化±12dB

4）输出功率的大小连续可调，即用电位器可以调节音量

的大小

2、提高要求：

1）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

2）输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mv

3）输入信号源为话筒输入，输入灵敏度不大于30mv 四、设计思路与总体结构框图

图1扩音机电路的原理框图

扩音机电路主要采用运算放大器和集成功率放大电路构成，原理框图如图1所示。

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，噪声小；音调控制主要实现对输入信号高低音的提升

和衰减；功率放大器决定整个电路的输出功率、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。

电路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。P Omax =2W,负载阻抗为8Ω，最大输出电压U Omax =（P OMAX*R L

） 。使输入5mv 的信号放大到输出的4v ，需放大倍数为800。

扩音机中各级增益的分配为：前置放大级的电压放大倍数为100，音调控制级的中频电压放大倍数为1，功率放大级的电压放大倍数为8。

五、分块电路和总体电路的设计

1. 前置放大器：

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由于话筒提供的信号非常弱，一般在音频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，前置放大器选用集成运算放大器LF353.前置放大电路如上图所示，由LF353组成的两级放大电路串联，放大倍数为11*11=121倍。元件参数为：R1=100KΩR2=10KΩR3=100KΩR4=100KΩ

R5=100KΩR6=10KΩR7=22KΩR8=3.3 KΩR9=3.9 KΩ

R10=8.2 KΩ

C1=10uF C2=100pF C3=10uF C4=100uF C5=10uF

2音调控制器

音调控制器功能为：调节音响放大器的频率响应，更好地满足人耳的听觉特性。音调控制器对高音和低音进行提升或衰减，对中音信号增益不变。音调控制器幅频率特性曲线如下图所示。

音调控制电路如下图所示，音调控制器的关键是电阻电容网络的选频作用，其输入信号分成两个支路送到放大器的输入端。一条经R8、Rp1、C6、R9到输入端。并经过C7、R10到输出端形成负反馈；另一条经Rp2、R11、C8到输入端。C6、C7容量大，对低频信号影响大，C8容量小，对高频信号起作用。

中频段

C6、C7短路，C8开路

低频段

C8视为开路，Rp1从左端滑到右端，容抗将增大，电路增益也增大。

即：调节Rp1可改变低音放大倍数，产生提升和衰减的效果。

低频提升电路图低频衰减电路图

高频段

C6、C7视为短路，调节Rp2改变高音放大倍数。

元件参数为：R8=51KΩR9=51KΩR10=51KΩR11=18KΩ

C6=0.001uF C7=0.001pF C8=680pF

3功率输出级

功放要求功率尽可能大，失真尽可能小，效率尽可能高。此处选用TDA2030A型集成功率放大电路，上升速率高、瞬态互调失真小；输出功率较大；外围电路简单，使用方便；5脚单列直插封装，体积小；内含保护电路，安全可靠。

TDA2030A外形图和常规外部接法

功率放大级电路图

4.实际搭建的电路图

5.Multisim仿真电路原理图

六、所实现功能说明

本实验存在多级电路，所以采用分级搭建分级测试的方法，最后再进行总体调测。

1.前置放大级：

实验要求第一级放大电路放大倍数为120倍左右，按照前述所选元件及相应参数连接电路，输入信号为5mv,频率为1kHZ，最后输出信号为587mv,放大倍数为117，相位与输入信号一致，满足要求，第一级

所得波形图如下图所示：

2.音调控制级电路

要求对低频和高频的增益进行提升或衰减，中频增益不变，输入电压400mv，调节Rp1改变低频放大倍数，使得增益为10左右；调节Rp2改变高频放大倍数，使得增益为6左右。

（1）、低频

f=100HZ，Vi=400mv，Vo=4v

Au=10

所得波形图如下图所示：

（2）高频

f=10kHZ，Vi=400mv，Vo=2.611v Au=6.5

所得波形图如下图所示：

（3）、中频所得波形图如下图所示，相位与输入相反：

3.功率放大级测试：

中频测试参数：

所得波形图如下图所示：

4.总体电路功能及测试：

（1）最大输出电压峰峰值：Vpp=12.43v

负载RL=8Ω

最大输出电压有效值12.43/(2*1.414)=4.407v

最大输出功率值：4.407*4.407/8=2.427W

（2）直流电压输出值9.48mv

（3）噪声测试：当输入端接地短路时，输出噪声为4.47mv

（4）音量调节测试：调节Rp3，观察示波器，输出电压连续可调，接入话筒后发出的声音音量可以控制。

所得波形图如下图所示：

所实现功能评价：

要求前置放大级电压放大倍数为120，实际放大倍数为117，满足要求，要求音调控制级中频电压放大倍数为1，达到要求，功率级放大倍数为9.6，满足要求，噪声输出小于10mv，达到要求，最大输出功率为5.8W，大于2W，达到要求，调节Rp3实现电压连续可调，功率连续可调，最后实际试验能够将放出的音乐放大且噪声较小，达到试验目的。

七、故障及问题分析：

1、由于刚刚搭建时没有注意面包板的合理分布，导致有些元件连接位置混乱交叉而短路，通过重新设计使布局比较合理和美观。

2、由于电容正负误接反了，电源极性接反，集成运放的管脚出现错误，导致实验中出现失误（烧毁元件或无波形输出），及时检查并发现了错误。

3、有些元件之间应有的连接没有用导线接入或者连接错误导致不出

波形或者电压源无输出等，通过反复检查电路发现错误并改正。

4、测试时有时候不能输出正确的波形，检查电路连接无误，检查到是由于电路设计时元件参数有误，改正了这一问题。

5、电路中电位器的型号是不相同的，搭建时没有注意到，使电位器的位置接反了，波形不稳，之后发现了这一问题。

6、有时候出现波形不稳，电路可能接触不良，试着将元件慢慢按下去按紧一点，并且将引出的短线插紧，情况会好一点。

7、每级单独测试时均有波形输出，但整机测试时波形就会失真且产生自激振动，询问老师后，通过减小直流电源的幅值消除自激，改变第三级电位器的阻值大小使波形不再失真，再接入要求的直流电源，即可输出正常的波形。

八、总结和结论

此次实验从查询资料、设计电路、做电路仿真到电路实际测量，都历经了艰辛的调试、测量，最终完成了实验。

综合性实验涉及了几乎整个电路设计与实现的过程，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。通过这次实验，我了解了功率放大电路的频率特性及音调控制原理，熟悉了集成功率放大器的基本使用，学习了扩音机电路的整机调测及各项指标的测试方法，对模拟电路的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，熟悉了Multsim软件的基本使用。

为发现和解决实际电路问题，我查阅了不少资料，和同学讨论交流，询问老师，一同解决问题，提高了解决实际问题的能力。实际电路的调试是个很艰难的过程，我们一共去了八次实验室，每级调试都会遇到各种不同的问题，有的问题很难被发现，每级都能够正常的输出后，整机调试遇到了很多问题，输出波形有很强的自激振荡和失真，为了解决这一问题，我们找了很多办法，也问了同学和老师，终于功夫不负有心人，在多次的调试后终于成功，那时内心特别的喜悦和激动。

九、multsim 仿真原理图、波形图

十、所用元器件及测试仪表清单

十一、参考文献

[1] 电子测量与电子电路综合设计型实验讲义，北京：北京邮电大学电路中心，2015

[2] 刘宝玲等.电子电路基础，北京：高等教育出版社，2008

十一、附录

[1] 模拟综合实验过程考核统计表

[2] 波形图