《音响放大电路》PPT课件.ppt

一、学习要求：,小型复杂多级模拟电子系统的设计与装调,一、学习要求：,小型电子系统（复杂多级）设计与装调信号逐级放大实现系统目标的原理与方法音调特性控制方法与实现原理集成功率放大器内部电路工作原理与应用音响放大器主要性能参数的测试方法；综合运用所学知识与能力，掌握音响放大器的设计方法与小型多级电子线路系统的装调技术。多级放大系统级联调试方法,二、实验内容要求,功能要求：具有话筒扩音、音调控制、音量控制、电子混响(未要求)、卡拉OK伴唱等功能。已知条件 集成功率放大器LM386 1只，低阻话筒201个，其输出信号为5mV（有效值）集成运算放大器NE5532 2只，或LM324 1只 741 3只，8/2W负载电阻1只，8/2W扬声器1只，伴唱音源（MP3 or PC）电源电压+VCC=+9V,-VEE=-9V。,3,二、实验内容要求（续1）,主要技术指标 额定功率Po1.2w；负载阻抗RL8；频率响应fl40Hz，fH=10kHz；输入阻抗Ri20k；音调控制特性1kHz处增益为0dB，100Hz和10kHz处有12dB的调节范围，AVL=AVH20dB；,二、实验内容要求（续2）,音响放大器系统设计过程与音调控制特性仿真测量内容测量音调控制特性，并绘制音调控制特性曲线测量频率为1kHz时的输出功率Po及整机电压增益Av测量整机频率响应特性曲线；实际系统音效及控制效果试听,三、音响放大器的基本组成,话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20k(亦有低输出阻抗的话筒如20，200等),话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。,电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。,将放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合放大。,主要是控制、调节音响放大器的幅频特性,给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。,1.话音放大器,由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20k(亦有低输出阻抗的话筒如20，600等)，所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到20kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。方法 运算放大器构成的基本比例放大电路,2.混合前置放大器,混合前置放大器的作用是将放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合放大。,V1为话筒输出电压；V2为放音机输出电压.,3、音调控制器,fL1表示低音频转折频率，一般为几十赫兹,fH2(等于10fH2)表示高音频转折频率，一般为几十千赫兹,音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。,主要用于控制、调节音响放大器的幅频特性使声音变得更好听一些。,fL2(等于10fL1)表示低音频区的中音频转折频率,fH1表示高音频区的中音频转折频率,f0（等于1kHz）表示中音频率，要求增益AV0=0dB,音调控制器用于对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB不变。因此，可由低通滤波器与高通滤波器构成。,设电容C1=C2C3，在中、低音频区，C3可视为开路，作为低通滤波器；在中、高音频区，C1、C2可视为短路，作为高通滤波器。,3、音调控制器,当ff0时,当RP1的滑臂在最左端时，对应于低频提升最大的情况,当ff0时,当RP1滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况,当ff0时,分析表明，右图所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其增益函数的表达式为,(5.5.2),式中，,当ff0时,当ffL1时，C2可视为开路，运算放大器的反向输入端视为虚地，R4的影响可以忽略，此时电压增益,当ff0时,在f=fL1时，因为fL2=10fL1，故可由式,模,此时电压增益相对AVL下降3dB。,得,当ff0时,在f=fL2时，由式(5.5.2)得,模,此时电压增益相对AVL下降17dB。,当ff0时,同理可以得出图(b)所示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。,当f f0时,音调控制器的高频等效电路如图所示R4与R1、R2组成星形连接，将其转换成三角形连接。,C1、C2可视为短路，作为高通滤波器。,当f f0时,若取R1=R2=R4，则Ra=Rb=Rc=3R1=3R2=3R4,22,当ff0时的等效电路,当RP2的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大的情况,当RP2的滑臂在最右端时对应于高频衰减最大的情况,当f f0时,分析表明，右图所示电路为一阶有源高通滤波器，其增益函数的表达式为,式中，,由图(a)可以推导：当ffH1时，AV0=1(0dB)当f=fH1时，电压增益AV3相对于AV0提升了3dB。当f=fH2时，AV4相对于AV0提升了17dB。,当f f0时,同理图(b)的增益相对于中频增益为衰减量,当f f0时,实际应用中,通常先提出对低频区fLx处和高频区fHx处的提升量或衰减量x(dB)，再根据下式求转折频率fL2(或fL1)和fH1(或fH2),即,4、功率放大器,功率放大器(简称功放)的作用是给音响放大器的负载RL(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大输出信号的非线性失真尽可能地小效率尽可能高。,28,LM386集成功率放大器,LM386是广泛用于收录音机、对讲机、电视伴音等系统中的低电压通用型低频集成功放。,1、8 开路时，AV=20(负反馈最强),1、8 交流短路 AV=200(负反馈最弱),电压串联负反馈,镜像电流源,+VCC,接旁路电容,复合管电路,R5,LM386低电压音频集成功放,P123 图5.5.13 LM386典型应用,P413管脚分布；P122内部结构,LM386低电压音频集成功放,主要性能参数（电源电压，输出功率，频带，输入电阻，温度范围）：LM386.pdfP122表高频自激的解决方法：P122,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,四、音响放大器主要技术指标及测试方法,额定功率Po的测量步骤,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。功率放大器的输出端接额定负载电阻RL(代替扬声器)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，逐渐增大输入电压Vi，直到Vo的波形刚好不出现削波失真，此时对应的输出电压为最大输出电压,由式(5.5.22)即可算出额定功率Po,注意 在最大应迅速减小Vi，否输出电压测量完成后则会因测量时间太久而损坏功率放大器。,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。测低频特性的方法：将RP1的滑臂分别置于最左端和最右端时频率从20Hz至1kHz变化，记下对应电压增益测高频特性的方法：将RP2的滑臂分别置于最左端和最右端频率从1kHz至50kHz变化，记下对应电压增益 最后绘制音调控制特性曲线，并标注与fL1、fLx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fHx、fH2等频率对应的电压增益。,音调控制特性,频率响应特性,音响放大器的输入端接vi(等于5mV)，RP1和RP2置于中间位置，调节RP3使输出电压约为最大输出电压的50%。测量音响放大器相对于中音频fo(1kHz)的电压增益保持vi=5mV不变，使信号发生器的输出频率fi从20Hz至50kHz变化，测出负载电阻RL上对应的输出电压Vo，注意测量电压增益相对于中频电压增益下降3dB时对应低音频截止频率fL和高音频截止频率fH，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,将从音响放大器输入端(话音放大器输入端)看进去的阻抗称为输入阻抗Ri。如果接高阻话筒，则Ri应远大于20k。接电唱机，Ri应远大于500k。Ri的测量方法与放大器的输入阻抗测量方法相同。,输入灵敏度,使音响放大器输出额定功率时所需的输入电压(有效值)称为输入灵敏度Vs。测量条件与额定功率的测量相同 测量方法：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。,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。测量条件与额定功率的测量相同，测量方法：使音响放大器输入端对地短路，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，测量其有效值。,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。,四、设计举例,例 设计一音响放大器，要求具有音调输出控制、卡拉OK伴唱，对话筒与录音机的输出信号进行扩音。已知条件:,集成功放LM386 1只，8/2W负载电阻RL 1只8/4W扬声器1只，集成运放LM324 1只（或mA741 3只）。,+VCC=+9V，话筒(低阻20)的输出电压为5mV录音机的输出信号电压为100mV 电子混响延时模块1个,主要技术指标,额定功率 Po1W(20。,设计过程,确定整机电路的级数根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前级逐级计算 根据技术指标要求，音响放大器的输入为5mV时，输出功率大于1W，则输出电压Vo=2.8V。总电压增益Av=Vo/Vi560倍(55dB)。,设计过程,根据技术指标要求，音响放大器的输入为5mV时，输出功率大于1W，则输出电压Vo=2.8V。总电压增益Av=Vo/Vi560倍(55dB)。,43,1.功率放大器设计,根据功放级增益分配采用图（c)所示电路与参数，功放级的电压增益（）式有：,满足设计要求,2.音调控制器(含音量控制)设计(1),2.音调控制器(含音量控制)设计(2),已知fLx=100Hz，fHx=10kHz，x=12dB。由式(5.5.16)、(5.5.17)得到转折频率fL2及fH1；fL2=fLx*2x/6=400Hz，fL1=fL2/10=40Hz；fH1=fHx/2x/6=2.5kHz，fH2=10fH1=25kHz。由式()得AVL=(RP31+R32)/R3120dB。其中，R31、R32、RP31一般取几千欧姆至几百千欧姆。现取RP31=470k，R31=R32=47k，则,满足预期音调控制要求,2.音调控制器(含音量控制)设计(3),由式(5-5-3)得 取标称值0.01F，即C31=C32=0.01F。由式(5-5-9)Ra=Rb=Rc=3R31=3R32=3R34有R34=R31=R32=47k，则 Ra=3R4=141k 由式(5-5-15)AVH=（Ra+R33）/R33得R33=15.6k,取标称值15k由式(5-5-12)得取C33=470pF,2.音调控制器(含音量控制)设计(4),取RP32=RP31=470k，RP33=10k，级间耦合与隔直电容C34=C35=10F。音量控制电位器RP33滑臂在最上端时，音响放大器输出最大功率,3.话音放大器与混合前置放大器设计(1),3.话音放大器与混合前置放大器设计(2),话音放大器采用具有很高的输入阻抗的同相放大器形式，与高阻话筒配接作为话音放大器电路，其放大倍数取R11=10k，则R12=75k混合前置放大器采用反向加法器电路，根据(5.5.1)有 根据系统设计增益分配和话音放大器、录音机输出信号情况，取R23=R22=3R21=30k 设置音量控制电位器RP11、RP12用于控制话音与音乐的音量,整机电路图,五、电路安装与调试技术,（1）合理布局，分级装调音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局一般按照电路的顺序逐级布线功放级应远离输入级每一级的地线尽量接在一起连线尽可能短，否则很容易产生自激。可以从输入级开始向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。,五、电路安装与调试技术,（2）电路调试技术电路的调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性能指标测试，分级调试又分为静态调试与动态调试。静态调试输入端对地短路，测量该级输出端对地的直流电压。话放级、混放级、音调级都是由运算放大器组成的，其静态输出直流电压均为VCC/2，功放级的输出(OTL电路)也为VCC/2，且输出电容CC两端充电电压也应为VCC/2。动态调试输入端接入规定的信号，观测该级输出波形，应满足各级性能指标要求（相差不大）,五、电路安装与调试技术,（2）电路调试技术-级间联调级联时，由于级间相互影响，可能使单级的技术指标发生很大变化，甚至两级不能进行级联。产生的主要原因：一是布线不太合理，形成级间交叉耦合，应考虑重新布线；二是级联后各级电流都要流经电源内阻，内阻压降对某一级可能形成正反馈，应接RC去耦滤波电路。R一般取几十欧姆，C一般用几百微法大电容与0.1F小电容相并联。,五、电路安装与调试技术,（2）电路调试技术-自激现象处理由于功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。常见高频自激现象如图所示。低频自激现象是电源电流表有规则地左右摆动，或输出波形上下抖动处理方法：功放级脚与之间接入几百皮法的电容，形成电压并联负反馈，可消除叠加的高频毛刺旁路电容；接入RC去耦滤波电路消除。,0,五、电路安装与调试技术,（3）系统试听用8/4W的扬声器代替负载电阻RL，可进行以下功能试听：话音扩音：将低阻话筒接话音放大器的输入端。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。音乐欣赏：将录音机输出的音乐信号，接入混合前置放大器，改变音调控制级的高低音调控制电位器，扬声器的输出音调发生明显变化。卡拉OK伴唱：录音机输出伴唱音乐，控制话音放大器与录音机输出的音量电位器，可以控制歌唱音量与音乐音量之间的比例。应注意，扬声器输出的方向与话筒输入的方向相反，否则扬声器的输出声音经话筒输入后，会产生自激啸叫。,六、注意事项,1.输入阻抗问题2.电源供电问题；3.合理布局问题4.多级调试问题；5.实际参数与理论参数的关系；6.自激的排除方法；,验收要求,音调控制设计（仿真）测量内容测量音调控制特性，并绘制音调控制特性曲线测量频率为1kHz时的输出功率Po及整机电压增益Av测量整机频率响应特性曲线；实际系统音效及控制效果试听,