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1、南京信息职业技术学院毕业设计论文作者 学号 系部 专业 题目 指导教师 评阅教师 完成时间： 年 月 日 音响放大器的设计 摘要音响放大器将电信号转换成声信号输出，音响放大器是由话筒、话音放大器、磁带放音机、混合前置放大器、音调控制器、功率放大器及扬声器组成，从话筒输入的信号经过话音放大器的不失真放大，再由混合前置放大器的作用将磁带放音机的音乐信号与话筒放大器输入的电信号混合放大，音调控制器是对混合前置放大器输入的电信号起到调节的作用，功率放大器是为扬声器提供一定的输出功率，使得扬声器输出的非线性失真尽可能更小，音响放大器的工作很稳定、性能比较优越、容易安装与维修、价格低廉等优点，得到了广大人
2、们的喜爱，对于音响放大器需要输入的阻抗要高、频带要宽、噪声系数要小，输出功率要大、失真尽可能控制到最小，对最后进行音响放大器的设计及其仿真实验。关键词：音响放大器；设计；仿真 AbstractAudioamplifierconvertselectricalsignalsintoacousticsignaloutput,audioamplifierisbythemicrophone,audioamplifier,tapeplayer,mixedpreamplifier,toneofcontroller,poweramplifierandspeakers,frommicrophoneinputsi
3、gnalthroughthevoiceamplifierundistortedamplification,againbymixingtheroleofpreamplifierwilltapeplayermusicsignalandmicrophoneamplifiertoamplifytheinputsignalmixedpitchcontrollerisonthepreamplifierinputsignalshavetheeffectofregulation,thespeakerpoweramplifieristoprovideacertainoutputpower,makesthenon
4、lineardistortioninthespeakeroutputaslessaspossible,therearesomanyadvantagesthatitlovedbythevastnumberofpeople,audioamplifierworkisverystable,superiorperformance,easyinstallationandmaintenance,priceislow,needinputimpedanceforaudioamplifier,frequencybandwidth,highernoisecoefficientissmaller,anddistort
5、ionoftheoutputpowerislarger,asfaraspossiblecontroltoaminimum,theaudioamplifierdesignanditssimulationexperiment.Keywords:Audioamplifier;design;Thesimulation 目录前 言1一 概述11.1 音响的介绍及音响的历史21.2 音响的作用意义31.3 名词解释3 1.3.1 频率响应3 1.3.2 信噪比3 1.3.3 动态范围3 1.3.4 失真4二.音响放大器的组成12.1话筒12.2话音放大器12.3混合前置放大器12.4音调控制级12.5功率
6、放大器12.6扬声器2三. 音响放大器各电路的工作原理及其仿真23.1话音放大器的工作原理及其仿真23.1.1 话音放大器的工作原理23.1.2 话音放大器的仿真33.2混合前置放大器的工作原理及其仿真43.2.1混合前置放大器的工作原理43.2.2混合前置放大器的仿真52.3音调控制级的工作原理及其仿真63.3.1音调控制级的工作原理63.3.2音调控制级的仿真113.4功率放大器的工作原理及其仿真163.4.1功率放大器的工作原理163.4.2 功率放大器的仿真16四 操作说明结论174.1 原理图的设计18 结论19致 辞19参 考 文 献20前 言音响放大器由各个元器件和电路组成，本论
7、文主要研究各个单元电路的工作原理，分析电路，确定各个器件值的大小，最后进行仿真实验，能够更清楚的观察出仿真结果满不满足我们的设计要求。随着电子技术的发展，各类电子电路的应用领域也愈加扩大，现今社会，产品智能化、数字化、集成化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注，而声音是人们日常生活中接触的最多的现象之一。伴随着人们生活水平的日益提升，人们也在追求能够提取更加完美的音质，从某个角度上讲以往的各类音频设备似乎已经满足不了广大消费者的追求。于是，一股改善音频放大器的热潮也随之而来，就功放部分而言，其种类也由当初的A类功放发展到如
8、今的T类乃至更高级更高效的功放也将随之而出现。自从1906年美国的德福雷斯发明了真空三极管，开创了揉电声技术的先河之后，各类型的音频放大器也如雨后春笋般崛起，音频放大器也在经历了电子管、晶体管、集成电路、场效应管等几个阶段之后，也迎来了属于它的新时代1。在此，对于在做本毕业设计中给予帮助的老师以及同学们致以中心的感谢，由于在本设计中还存在着一些不足之处，希望各位专家、老师以及同学们能够加以批评指正。一概述1.1 音响的介绍及音响的历史音响技术的发展经历了电子管、晶体管、场效应管的历史时期，在不同的历史时期都各有其特点。通过音响放大器设计，使我们认识到一个简单的模拟电路系统，应当包括信号源、输入
9、级、中间级、输出级和执行机构。信号源的作用是提供待放大的电信号，如果信号是非电量，还须把非电量转换为电信号，然后进入输入级，中间级进行电流或电压放大，再进入输出级进行功率放大，最后去推动执行机构做某项工作。经过改革开放30年来的高速发展，我国电子音响行业取得了长足的发展，从单一的收音机到现在CD、VCD、DVD、多媒体音响、GPS、车载多媒体终端等百花齐放，涌现出了一批优秀企业。即便是在经历了自然灾害、人民币升值、原材料大幅涨价等不利因素，我们仍有一大批企业以加强自主创新、优化产品结构、开拓新市场、加强经营管理为手段，面对困难，保持了较高的发展速度。1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，
10、开创了人类电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈技术，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如威廉逊放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低。上世纪50年代，电子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。 上世纪60年代晶体管的出现，使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的音响天地。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点。 上世纪60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员集成电路，到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所
11、认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路2。 上世纪70年代中期，日本生产出第一只场效应功率管。由于场效应功率管同时具有电子管纯厚、甜美的音色以及动态范围达90dB、THD0.01（100kHz时）的特点，很快在音响界流行。现今的许多放大器中都采用了场效应管作为末级输出。 1.2 音响的作用意义细心观察我的身边，现在音响可以说是无处不在，做为一个现代人，我们已经离不开音响。它的出现与使用，丰富了我们的生活，而在实际生活中，它更是不可取代。娱乐、工作、学习生活的方方面面都有它的身影。音响将我们的生活带入了一个全新的世界。音响放大器是将电信号还原成声音信号的一种装置，还
12、原真实性将作为评价音箱性能的重要标准。满足家庭需要，因为社会压力大，所以家里需要更能释放压力，怡情养性的Hi-Fi器材。特别在中国，因为消费力的提高，在Hi-Fi上的投资会有一个较长的增长期。而且中国人房子不大，车子少，旅游也不多，所以Hi-Fi和家庭影院会是一种很好的娱乐方式。1.3 名词解释音响系统整体技术指标性能的优劣，取决于每一个单元自身性能的好坏，如果系统中的每一个单元的技术指标都较高，那么系统整体的技术指标则很好。其技术指标主要有六项：频率响应、信噪比、动态范围、失真度、瞬态响应、立体声分离度、立体声平衡度。1.3.1 频率响应所谓频率响应是指音响设备重放时的频率范围以及声波的幅度
13、随频率的变化关系。一般检测此项指标以1000Hz的频率幅度为参考，并用对数以分贝(dB)为单位表示频率的幅度。音响系统的总体频率响应理论上要求为20-20000Hz。在实际使用中由于电路结构、元件的质量等原因，往往不能够达到该要求，但一般至少要达到32-18000Hz3。 1.3.2 信噪比所谓信噪比是指音响系统对音源软件的重放声与整个系统产生的新的噪声的比值，其噪声主要有热噪声、交流噪声、机械噪声等等。一般检测此项指标以重放信号的额定输出功率与无信号输入时系统噪声输出功率的对数比值分贝(dB)来表示。一般音响系统的信噪比需在85dB以上。1.3.3 动态范围动态范围是指音响系统重放时最大不失
14、真输出功率与静态时系统噪声输出功率之比的对数值，单位为分贝(dB)。一般性能较好的音响系统的动态范围在100(dB)以上。1.3.4 失真失真是指音响系统对音源信号进行重放后，使原音源信号的某些部分（波形、频率等等）发生了变化。音响系统的失真主要有以下几种： a谐波失真：所谓谐波失真是指音响系统重放后的声音比原有信号源多出许多额外的谐波成分。此额外的谐波成分信号是信号源频率的倍频或分频，它是由负反馈网络或放大器的非线性特性引起的。高保真音响系统的谐波失真应小于1%。 b互调失真：互调失真也是一种非线性失真，它是两个以上的频率分量按一定比例混合，各个频率信号之间互相调制，通过放音设备后产生新增加
15、的非线性信号，该信号包括各个信号之间的和及差的信号。 c瞬态失真：瞬态失真又称瞬态响应，它的产生主要是当较大的瞬态信号突然加到放大器时由于放大器的反映较慢，从而使信号产生失真。一般以输入方波信号通过放音设备后，观察放大器输出信号的包络波形是否输入的方波波形相似来表达放大器对瞬态信号的跟随能力。 d. 立体声分离度：立体声分离度表示立体声音响系统中左、右两个声道之间的隔离度，它实际上反映了左、右两个声道相互串扰的程度。如果两个声道之间串扰较大，那么重放声音的立体感将减弱4。 e. 立体声平衡度：立体声平衡度表示立体放音系统中左、右声道增益的差别，如果不平衡度过大，重放的立体声的声像定位将产生偏移
16、。一般高品质音响系统的立体声平衡度应小于1dB。二音响放大器的组成音响放大器1的结构如图1所示.图1 音响放大器的结构2.1话筒话筒是一种传声器件，是将声信号转换为电信号的必要元件，人们通过对话筒讲话，话筒声波的作用，使元件上产生电压，最后转为电能，实现了传输过程。由于话筒是一个低噪声的器件，所以受到外界的影响比较小的。2.2话音放大器由于话筒传过来的信号电压很小，但阻抗是很大的，话音放大器2就是不失真的放大由话筒传过来的信号，阻抗要比话筒的阻抗大得多，对于声音在空气中进行传播会产生谐波失真，所以话音放大器中都有个滤波器，为保证它的不失真传输。2.3混合前置放大器混合前置放大器是将放音机和话筒
17、传过来的信号混合起来进行放大，本论文不对放音机进行详细的研究。2.4音调控制级音调控制级是由低通滤波器和高通滤波器组合而成，它具有调节音响放大器幅频的作用，当你想提升低频信号时，只需要衰减高频信号就能达到想要的结果，当你想提升高频时，亦是如此。2.5功率放大器功率放大器在整个音响放大器中起到组织、协调的枢纽作用，它是将前级输入较微弱的信号进行放大后传给扬声器。2.6扬声器扬声器3又称为喇叭，是日常生活中常用的元器件，它是一种换能器件，能把电信号转换为声信号最后输出声音。三 .音响放大器各电路的工作原理及其仿真方案论证：话筒输入信号为5mV，输出功率为8W，所以电路的增益为 （1-1）由于电路中
18、会产生损耗，所以取Au=1200。 各电路增益分配如下：（1） 话音放大电路Au1=50。（2） 混合前置放大电路Au2=1。（3） 音调控制电路Au3=0.8。（4） 功率放大电路Au4=30。31话音放大器的工作原理及其仿真3.1.1 话音放大器的工作原理话筒输入的信号很微弱，所以需要需要加一个话音放大器来放大信号，LM3244电路如图2所示，采用LM324放大器，它有5个引脚，V0为输出端，两个信号输入，分别为Vi（+）为同向端，Vi（-）为反向端，它内部还含有四组完全相同的运算放大器，是相互独立的，LM324满足设计要求，且价格低廉，设计电路也相对简单，故采用该放大器。图2 LM324
19、电路3.1.2 话音放大器的仿真话音放大电路如图3所示，话音放大电路的增益为50，因为，所以取，取标称值，电容取。图3 话音放大电路当输入接5mv电源时，其输出电压如图5所示，放大倍数近视为50倍满足设计要求，图4为输入接5mv电源时的输出波形，通过观察波形可知并未发生失真。图4输入5mV时的输入输出波形图5 输入5mV时的话筒放大级输出电压3.2混合前置放大器的工作原理及其仿真3.2.1混合前置放大器的工作原理混合前置放大电路5是将话筒输出信号与录音机输出信号混合起来放大，所以混合前置放大电路是一个反向加法器，反向加法器电路6如图6所示，话音放大器的输出作为混合前置放大器的输入，反向加法器输
20、入输出的关系为： （2-1）式中V0为混合前置电路输出电压，V1为话筒输出电压，V2录音机输入电压。图6 反向加法器3.2.2混合前置放大器的仿真混合前置放大电路如图7所示，它是由LM324组成，话筒输入电压为248mv，录音机输入电压为200mv，偏置电阻取，。图7 混合前置放大器电路由话音放大器放大后的信号的电压和录音机给的电压接输入，输出的信号波形如图8所示，输出电压如图9所示，由波形可以看出未发生失真且放大倍数满足设计要求。图8 混合前置放大器输入输出波形图9 混合前置放大器输出电压3.3音调控制级的工作原理及其仿真3.3.1音调控制级的工作原理音调控制级7是具有控制和调节音响放大器输
21、出频率高低的作用，其音调控制频率和电压增益的关系曲线如图10所示注：为中音频率；为低音转折频率；为中音转折频率；为中音转折频率；高音转折频率。图10 音调控制频率和电压增益的关系曲线由图10可知音调控制级仅仅对低音频或高音频进行提升和衰减，中音频基本保持不变，所以音调控制级是由低通滤波器和高通滤波器组合而成，音调控制电路如图11所示。图11 音调控制电路当ff0时，低频音调控制电路8如下图所示，图12为R2滑动到最左端时的电路，这是低频信号提升时的情况，图13为R2为滑动到最右端时的电路，这是低频衰减时的情况，图12就是一个有源的低通滤波器其传递函数为： （2-2）当ffL1时，C2相当于开路
22、，放大电路的反向端虚地，所以增益为： （2-3）当f=fL1时，由（2-2）得，增益为： （2-4）当f=fL2时，由（2-2）得，增益为： （2-5）图12 R2滑动到最左端时的电路图13 R2滑动到最右端时的电路当ff0时，高频音调控制电路8如图14所示，为方便分析，将图14等效成图15，图16是RP滑动到最左端时的等效电路，相对应的是属于高频提升时候的情况，图17是RP滑动到最右端时的等效电路，相对应的是属于高频衰减时候的情况，图13是一个有源的高通滤波器，其传递函数为： （2-6）当ffH1时，C1相当于开路，所以增益为 （2-7）当f=fH2时，增益为 （2-8）当ffH2时，C1相
23、当于短路，增益为 （2-9）图14 高频音调控制电路图15 高频等效音调控制电路图16 RP滑动到最左端时的等效电路图17 RP滑动到最右端时的等效电路3.3.2音调控制级的仿真根据要求，和处有的调节范围。因为 （2-10） （2-11）又因为 ， （2-12） （2-13）又因为 （2-14）所以RP31、R32、R31不可以取太大，取，带入式（2-14）得， （2-15）结果满足设计要求。因为 （2-16）所以 （2-17）取标准值，可得 （2-18） （2-19） （2-20）所以 （2-21） （2-22）取标准值 （2-23） （2-24）取标准值，级间电容取。音调控制电路如图18所
24、示。图18 音调控制级电路由混合前置放大电路传过来的信号作为输入信号，得到波特图，如图19所示。由图可知，音调控制电路只对低频和高频进行提升，中频时候的增益接近零。图19 加输入信号的波特图如图20，频率低时，信号提升大于20dB，满足要求。图20 频率低时的波特图如图21，频率高时，信号提升大于20dB，满足要求。图21 频率高时的波特图如图22，中频时，电压增益近似为零，满足要求。图22 中间频率时的波特图如图23、图24所示，8KHz和125KHz处有12dB的调节范围，满足设计要求。图23 8KHz时的波特图图24 125KHz时的波特图输出波形如图25所示，由图可知并未发生失真。图2
25、5 音调控制级电路输出波形3.4功率放大器的工作原理及其仿真3.4.1功率放大器的工作原理功率放大器9采用TDA2030，它的外接元件较少，输出的功率大，P0=18W，可满足设计要求。3.4.2 功率放大器的仿真由于 （2-25）取 取标准值 功率放大电路如图26所示。图26 功率放大器电路功率放大电路输出波形10如图27所示，观察波形并未发生失真，满足设计要求。图27 功率放大电路输出波形根据以上分析及其仿真结果，各个电路未发生失真且满足设计要求，所以设计的音响放大器能够正常运行。四 操作说明4.1 原理图的设计电路原理图的设计主要是利用PROTEL 99 SE的原理图设计系统来绘制一张电路
26、原理图。在这一过程中，要充分利用PROTEL 99 SE 所提供的各种原理图绘图工具，各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确，精美的电路原理图。网络表是电路原理图设计与印制电路板之间的一座桥梁。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取。 结论通过这次的课程设计，我感觉到动手能力的重要性。仅仅是掌握了课本中的理论知识是远远不够的。掌握了理论知识但不能很好的运用它，甚至不能正确的运用，是一件很可惜的事。 在做音响放大器的实际线路连接时，我遇到很多问题，特别是连接好线路后，总是不能调节出正确的波形。有时通过检查找不到问题所在，就只能重新连接一次。用万用表打到“欧姆1”档，测量各线
27、路是否导通。经过一步一步的检查后，发现了以下几点导致实验不成功的原因:（1）引线脚没有插好，导致接触不良。（2）集成块的管脚没有分清楚它们的内部结构，有接错的地方。数码集成块的GND 端没出有接地，分析出毛病出在哪里后，通过改正，最后获得实验成功，已经完全可以实现抢答功能。 PCB图是设计电路的必要环节之一，在这次课程设计中我也初步掌握了Protel 99 SE 原理图以及PCB板的制作方法。这次设计主要培养了我们的动手能力。动手能力，也就是将理论与实践紧密地结合起来，即便你有很强的理论知道，不去自己亲自一手一脚去做，从中发现问题，解决问题，同样也达不到什么效果还培养了我的耐性，我也认识到了该
28、如何处理一些实际性的问题。通过此次实践，我们不但要有学习的刻苦，还需要严密的逻辑思维，能够系统的解决和分析问题，这样才能够有新的成就，有新的产品的出现，科学的进步就是因为有就强硬的专业知识再加上自己的创新，这样才会有成就。 致 谢论文草成之际，首先要特别感谢我的老师三年来对我的指导和关怀。恩师学术造诣醇厚、奔放自由、视角独特，切中肯契，不仅在学业上给予我悉心教导，也教会我很多做人的道理。在论文写作过程中，从最初的选题、框架确定、到最终的定稿都离不开老师的悉心指导，特别是每一次评论指正，都让我受益匪浅。此外，老师在为人处事上的风趣、随和、正直直言不讳也对我产生深远的影响。 感谢在XX学校学习期间
29、诸位任课老师的言传身教，是你们让我对专业知识有了更为全面和深入的认识。感谢诸位评阅老师和答辩委员会对我论文的指点。 感谢在XX学校院期间同班同学在学习上、生活上给我的帮助和支持，感谢你们的关心和鼓励，以及和你们一起共度的校园时光，将让我永生难忘。 最后，感谢我的父母，他们在我的学业上不断鼓励我，是我学习上、生活上的精神支柱。他们一直在背后默默支持着我，千言万语无以言表，唯有努力学习和工作，回报导师、学校和父母。 参考文献1陈迎伏.浅析音响电子功率放大器J.中国集体经济.2008(15).2子良.简单的话筒前置放大器J.实用影音技术.2007(07).3王以真编著.实用扬声器技术手册M.北京：国
30、防工业出版社,2003.4张新昌.集成运算放大器的应用M.北京:高等教育出版社,1985.5赵元康.模拟电子学M.北京：航空工业出版社,1994.6康华光.电子技术基础模拟部分M.北京：高等教育出版社,2006.7幸坤涛.音调控制电路剖析J.家庭电子.2003(03).8胡快发.音调控制电路的频率特性及设计J.实验室科学.2007(06).9陈创,张德磊,田应伟,曾兴亮.功率放大电路设计J.今日科苑.2009(14).10谢斌盛,邓文婷.Multisim在电类实验教学中的应用J.实验室研究与探索.2009(06).11 康华光主编.电子技术基础模拟部分M.第四版，北京：高等教育出版社，2000 12 王愉节，窦勤耘编.电子技术实验指导M.第一版，贵阳：贵州科技出版社，2004 13 彭军主编.实用电子技术M.第一版，北京：科学出版社，2006 14 郝国法，梁柏华编.电子技术实验M.第一版，北京：冶金工业出版社，2007