东南大学电工电子实验中心

实验报告

课程名称：     电子线路实践     

第五次实验

(仅供参考~~~~~~~~~~~~~~~)

   

实验五 音响放大器设计

【实验内容】

设计一个音响放大器，性能指标要求为：

功能要求                          话筒扩音、音量控制、混音功能、音调可调(选作)
额定功率                            ≥0.5W(失真度THD≤10%)
负载阻抗                            10Ω
频率响应                            f_L≤50Hz           f_H≥20kHz
输入阻抗                            ≥20kΩ

话音输入灵敏度              ≤5mV

音调控制特性(扩展)       1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围

1.   基本要求

功能要求                          话筒扩音、音量控制、混音功能
额定功率                            ≥0.5W(失真度THD≤10%)
负载阻抗                            10Ω
频率响应                            f_L≤50Hz           f_H≥20kHz
输入阻抗                            ≥20kΩ

话音输入灵敏度              ≤5mV

2.   提高要求

音调控制特性         1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围。

3.   发挥部分

可自行设计实现一些附加功能

【实验目的】

1.   了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。

2.   系统、综合地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识，在单元电路设计的基础上，利用multisim软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。

3.   通过设计、调试等环节，增强独立分析与解决问题的能力。

【报告要求】

1.   实验要求：

(1)  根据实验内容、技术指标及实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原理，计算元件参数。

电路分四级，电路总增益大约为900~1000，需要合理分配每级增益，其中话放增益设计为10倍左右、混音放大一般为3~5倍左右、音调调试电路放大倍数约为1，功放级的增益30倍左右。

1.话放电路: 

话筒接入后可能会啸叫，这一般是话筒外壳接地不善引起的。在话筒输入和地直接接一47uF电容，啸叫基本消除。

由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ（也有低输出阻抗的话筒，如20Ω，200Ω等），所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号（取频率lkHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。

话筒放大器由如图所示电路组成，即由A1组成的同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话筒放大器电路。

满足：Uo=（1+R4/R1）Ui

其放大倍数AV1为：AV1=1+R4/R1=8.5 取R4=75KΩ,R1=10 KΩ

电路中的电容均用来滤波。

2.混合前置放大器：

 

混合前置放大器的作用是将mp3输出的音乐信号与话筒放大器输出信号混响后的声音信号进行混合放大。其电路如图所示，这是一个反相加法器电路，输出与输人电压间的关系为

    其中R1=R1’+R2’

式中u1为话筒放大器输出电压，u2为音乐播放器输出电压。

讲话时，扬声器传出的声音应清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。为使得话筒信号放大倍数足够，这里取Rf=100 kΩ。如图所示电路状态时，Uo= -（100/35*U1+10U2）。电路中的电容C1、C2、C3、C4用于滤除输入输出波形中的低频段多余干扰信号。

3.音调电路:

图a.音调控制曲线  

音调控制器的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，控制曲线如图a折线所示。由图可见，音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。所以音调控制器的电路由低通滤波器与高通滤波器共同组成。

4.功放电路:

（1）       电路工作原理

三极管T₁、T₃为相同类型的NPN管，所组成的复合管仍为NPN型。T₂、T₄为不同类型的晶体管，所组成的复合管的导电极性由第一只管决定，即为PNP型。R₄、R₅、RP₂及二极管D₁、D₂所组成的支路是两对复合管的基极偏置电路，静态时支路电流I₀可由下式计算：

式中，V_D为二极管的正向压降

         为减小静态功耗和克服交越失真，静态时T₁、T₂应工作在微导通状态，即满足下列关系：

          V_AB ≈ V_D1 + V_D2 ≈ V_BE1 + V_BE2

称此状态为有甲乙类状态。二极管D₁、D₂与三极管T₁、T₂应为相同类型的半导体材料。RP₂用于调整复合管的微导通状态，其调节范围不能太大，一般采用几百欧姆或1KΩ电位器（最好采用精密可调电位器）。搭装电路时首先应使RP₂的阻值为零，在调整输出级静态工作电流或输出波形的交越失真时再逐渐增大阻值。否则会因RP₂的阻值较大而使复合管损坏。

         R₆、R₇用于减小复合管的穿透电流，提高电路的稳定性，一般为几十欧姆至几百欧姆。R₈、R₉为负反馈电阻，可以改善功率放大器的性能，一般为几欧姆。R₁₀、R₁₁称为平衡电阻，使T₁、T₂的输出对称，一般为几十欧姆至几百欧姆。R₁₂、C₃称为消振网络，可改善负载为扬声器时的高频特性，因扬声器呈感性，易引起高频自激，并入此容性网络可使等效负载呈阻性。此外，感性负载易产生瞬时过压，有可能损坏晶体三极管T₃、T₄。R₁₂、C₃的取值视扬声器的频率响应而定，以效果最佳为好。一般R₁₂为几十欧姆，C₃为几千皮法至0.1微法。

         功放在交流信号输入时的工作过程如下：当音频信号V_i为正半周时，运放的输出电压V_C上升，V_B亦上升，结果T₂、T₄截止，T₁、T₃导通，负载R_L中只有正向电流I_L，且随V_i增加而增加。反之，当V_i为负半周时，负载R_L中只有负向电流I _L且随V_i的负向增加而增加。只有当V_i变化一周时负载R_L才获得一个完整的交流信号。

（2）       静态工作点设置

设电路参数完全对称。静态时功放的输出端O点对地的电位应为零，即V_O=0，常称0点位“交流零点”。电阻R₁接地，一方面决定了同相放大器的输入电阻，另一方面保证了静态时同相端电位为零，即V+=0 。由于运放的反相端经R₃、RP₁接交流零点，所以V-=0 。故静态时运放的输出V_o=0 。调节RP₁电位器可改变功放的负反馈深度。电路的静态工作点主要由I₀决定，I₀过小会使晶体管T3、T4工作在乙类状态，输出信号会出现交越失真，I₀过大会增加静态功耗使功放的效率降低。综合考虑，对于数瓦的功放，一般取I₀ = 1mA ~ 3mA，以使T3、T4工作在甲乙类状态。

（3）       参数设计

已知条件：R_L = 8Ω, Vi = 200mV，+V_CC = +12V，-V_EE = -12V。

性能指标要求：Po ≥ 2W，γ＜ 3%（1kHz正弦波）。

解：采用如图所示电路，集成运放用μA741，其他器件如图所示。功放的电压增益

若取R₂ = 1kΩ，则R₃ + R_P1 = 19 kΩ.现取R₃ = 10 kΩ,R_P1 = 47kΩ。

如果功放级前级是音量控制电位器（设 4.7 kΩ），则取R1 = 47kΩ以保证功放级的输入阻抗远大于前级的输出阻抗。

若取静态电流Io = 1mA，因静态时Vo = 0，由式（1）可得

 （设RP₂ = 0）

则    R₄ = 11.3 kΩ  取标称值 11 kΩ。

其他元件参数的取值如图所示。

2.    

(1)  利用EDA软件进行仿真，并优化设计（对仿真结果进行分析）。

1.话放电路: 

滑动变阻器50%处：

滑动变阻器70%处：

分析：调节滑动变阻器，改变输出电阻，因而改变分压即输出信号大小。仿真可知效果理想，话放起到了放大输入信号的作用，可使得话筒的小信号得以放大。

2.混合前置放大器：

分析：将输入信号分别加100mVp，2kHz与50mVp，1kHz进行叠加，所得混合波形仿真与理论相符，出现如图所示叠加波形，模拟了混音效果。

3.  音调电路:

输入低频信号（100Hz），滑动变阻器R1从左向右滑动波形变化(此时滑动变阻器R2不起作用)：

输入高频信号（100kHz），滑动变阻器R2从左向右滑动波形变化（此时滑动变阻器R1不起作用）：

  

输入中频段1kHz信号的波形（改变滑动变阻器R1或R2）：

分析：仿真与理论相符，低频段信号（100Hz）输入时C4很小因而相当于断路，仅有滑阻R1可以控制信号变化，R1滑动触头从左向右低频信号从衰减到放大；相应的，高频段信号（100kHz）输入时，C2、C3很大因而相当于断路，仅有滑阻R2可以控制信号变化，R2滑动触头从左向右低频信号从放大到衰减。而中频信号（1kHz）输入时，无论调动R1或R2的大小，输出信号均无明显变化。

4.功放电路:

(1)  实际搭试所设计电路，使之达到设计要求（实物图要有图片）。

(2) 按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试，记录测试数据，分析电路性能指标。

①       额定功率：

音响放大器输出失真度小于某一数值(如<5%)时的最大功率称为额定功率。其

表达式为  式中，RL为额定负载阻抗；Vo(有效值)为RL两端的最大不失真电压。Vo常用来选定电源电压VCC, 

测量Po的条件如下：

信号发生器的输出信号(音响放大器的输入信号)的频率fi=1kHz，电压

Vi=5mV，音调控制器的两个电位器RP1、RP2置于中间位置，音量控制电位器置于最大值，用双踪示波器观测vi及vo的波形，失真度测量仪监测vo的波形失真。

测量Po的步骤是：

功率放大器的输出端接额定负载电阻RL(代替扬声器)，逐渐增大输入电压Vi，

直到vo的波形刚好不出现削波失真(或<3%)，此时对应的输出电压为最大输出电压，由式(3-7-22)即可算出额定功率Po。

实验实测值：4V*4V/10=1.6W

②       频率响应：

  音响放大器的输入端接vi (等于5mV)，RP1和RP2置于最左端，使信号发

生器的输出频率fi从20Hz至50kHz变化(保持vi=5mV不变)，测出负载电阻RL上对应的输出电压Vo，用半对数坐标纸绘出频率响应曲线，并在曲线上标注fL与fH值。

输入阻抗：

  如果接高阻话筒，则Ri应远大于20kW。接电唱机，Ri应远大于500kW。

③       输入灵敏度：

使Vi从零开始逐渐增大，直到Vo达到额定功率值时所对应的电压值，此时对应的Vi值即为输入灵敏度。

④       噪声电压：

音响放大器的输入为零时，输出负载RL上的电压称为噪声电压VN。

 测量条件同上，测量方法是，使输入端对地短路，音量电位器为最大值，用示波器观测输出负载RL两端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。

⑤       整机效率：

式中，Po为输出的额定功率；PC为输出额定功率时所消耗的电源功率。

⑥       音调控制特性（扩展）：

输入信号vi (=100mV)从音调控制级输入端的耦合电容加入，输出信号v0从输出端的耦合电容引出。先测1kHz处的电压增益Av0(Av0=0dB)，再分别测低频特性和高频特性。

同样，测高频特性是将RP2的滑臂分别置于最左端和最右端，频率从1kHz至50kHz变化，记下对应的电压增益。

 最后绘制音调控制特性曲线，并标注与fL1、fx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fHx、fH2等频率对应的电压增益

。

（5）整机信号试听效果，

①       话音扩音：由于话筒的输入信号约为5mV左右，比较小，因而放大倍数要足够才能使得音响播放，但是话放一级放大倍数过大会使得话筒信号盖过mp3信号而使得混音出来以后几乎难以辨别出mp3的信号。最终输出到音响的信号约为2V左右，声音响度足够又不至于烧掉三极管。讲话时，扬声器传出的声音清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。

②       Mp3音乐试听： mp3的信号约为100mV左右，因而无需经过话放直接接入混音电路，最后效果很清晰，但是由于连线接触不良，需要小心接线。

③       混音功能： 混音的效果很好，音乐播放时对着话筒讲话声音可以听见的同时又不会完全盖过音乐，两个信号大小调节较好，又很清晰。

④   音调控制（提高）： 低频高频段的滑变调至衰减部分用耳听比较明显，相应频段出现明显截断，而增强部分时较难辨别需要借助波形加以观察，总体音调控制效果良好。

出现故障问题及处理方法总结：

1.    搭试电路调节过程中，对于功放部分，按照一开始的原理图搭建出的功放里的8050扩流管经常被烧，最后发现降低电源电压可以解决这一问题，由12V调至6V左右。

2.    搭试电路调节过程中，在接上MP3及喇叭的情况下，一开始声音比较小，通过调节滑变即反馈电阻大小从而对放大倍数进行了调节，将带负载时的输出信号调节为3V左右，从而声音足够大，发现过程中8050发烫，比较好的方法就是用风扇散热。

      3.     电路调试时，输出信号较小在几百毫伏时出现交越失真现象，因而通过调节功放电路Rp2滑变的值以调节三极管T1、T2的静态工作点。出现交越即乙类放大较多，所以抬高静态工作点即增大Ic，发现调节Rp2的大小可以调节波形，但不是很明显，对于输出大信号，基本没有交越失真的情况发生，功放输出的波形也很完美。

      4.     在前级混音的过程中，体验到了模拟电路的神奇，MP3输出信号线的位置会影响输出的效果，这也是今后设计制作相应模拟电路时需要注意的地方。

 

第二篇：音响放大器实验报告

深 圳 大 学 实 验 报 告

      课程名称：   模拟电路                       

      实验项目名称：音响放大器的设计与制作        

学院：信息工程学院                          

        

      专业：信息工程                            

        

      指导教师：陈田明                 

           

      报告人：余祥颖        学号：2013800060  班级： 3班          

      

      实验时间： 2014年12月2日                                        

      实验报告提交时间： 2014年12月17日              

教务处制

注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。

    2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。