音响放大器的设计内容摘要：了解音响放大器的基本组成和总体设计了解音响放大器各组成部分的具体设计了解 Multisim8 的基本操作和命令利用 Multisim8 设计实验电路并进行仿真验证音响放大器的实物安装与调试设计要求：设计一个音响放大器，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。已知话筒的输出电压为5mV，录音机的输出信号为1 OOmV，电路要求达到的主要技术指标如下：1额定功率Po = 0.5W (失真度=+20dB；输入阻抗 Ri20Q总体方案选择的论证:本次实验主要通过对音响放大器的设计，来了解音响放大器的组成，掌握音响放大器的设计方法，学会综合运用所学的知识对实际问题进行分析和解决。音响放大器的基本组成如图 2-1 所示。从上图可以看到，音响放大器主要由语音放大器、混合前置放大器、音调控 制器和功率放大器等电路组成。设计时先确定整机电路的级数，再根据各级的功能 及级数指标要求分配各级电压增益，然后分别计算各级电路的参数，通常从功放级 开始向前级逐级计算。本题需要设计的电路为语音放大器、混合前置放大器、音调 控制器和功率放大器。根据题意的要求，可得各级的增益分配如图 2-2 所示最后，根据上图的增益分配，调节各个放大级的参数，便设计出理想的音响 放大器了。单元电路的设计1、语音放大器由于话筒的输出信号一般只有5jhv左右，而输出阻抗达到20KQ，所以要求语音放大器的输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗，而且不失真地放大声 音信号，频率也应满足整个放大器的要求。因此，语音放大器可采用集成运放组成 的同相放大器构成，具体电路如图 2-3 所示。图中，放大器的增益由于要求语音放大级的放大倍数为7.5，所以选择% = 10KQ，叫采用阻值为100KQ的电位器，使放大器可以根据需要调整。2、混合前置放大器混合前置放大器的主要作用是将磁带放音机的音乐信号与语音放大器的输出 声音信号进行混合放大，可采用反相加法器实现，具体电路如图 2-4 所示。从图中 可以看出，输出电压与输入电压之间的关系为：2-1)式中， 为话筒放大器的输出信号，为放音机的输出信号。另外，2图中的R是平衡电阻，大小为 /根据图2-2 所示的整机增益分配可知，要使话筒与录音机输出经混响级后的输出基本相等，则要求，所以可以选择= 20KQ=39KQ。耦合电容采用gf的极性电容。3、音调控制器常用的音调控制电路有三种：（1）衰减式 RC 音调控制电路，其调节范围较宽，但容易产生失真；（2）反馈型电路，其调节范围小一些，但失真小；（3）混 合式音调控制电路，其电路较复杂，多用于高级收录机中。为了使电路简单、信号 失真小，我们采用反馈型音调控制电路。反馈型音调控制电路的原理图如图 2-5 所示。图中，乙和乙是由组成的网络。因为集成运放 A 的开环增益很大，所以：2Z2-2)当信号频率不同时,和的阻抗值也不统，所以 随频率的变化而变化。假设乙和包含的RC元件不同，可以组成四种不同形式的电路，如图 2-6 所示。丄関2-0负垃氓墨嗇J;.- .I li；在图2-6 (a)中，可以得到低音提升；在图2-6 (b)中，可以得到咼音提升；在图2-6 (c)中，可以得到高音衰减；在图2-6 (d)中，可以得到低音衰 减；如果将图 2-6 所示的四种电路形式组合在一起，得到反馈型音调控制电路 如图 2-7 所示。根据音响放大器的设计技术指标，要使，结合Av, = AVh 20dBAV|的表达式可知，P比的阻值一般取到几千欧到几百欧。现取PRe = 470KQ，有取标称值，则G 二 oxH” 尸，鸟二刃KG。由前述的假设条件可得，耳=地=A5 = = 51KQ，PR 严P& 二 470KQ凡一君尺厂普T逑。G =470/?r由于在低音时，音调控制电路输入阻抗近似为，所以级间耦合电容可取1吨4、功率放大器功率放大器（功放）是音响放大器的核心电路，它的作用是给负载（扬声 器）提供一定的输出功率。Multisim 仿真结果1、话筒放大器（1）按下图连接好电路，根据设计要求确定电路中的电阻和电容的具体数 值，便将其保存成电路文件。话筒放大器仿真电路图2）动态指标 Av 的测试在电路的输入端输入信号频率为 1Khz 的正弦波，调整输入信号的幅度，使输出电压Vo不失真，讲测试结果填入下表，并与理论值比较表 3-1 语音放大器放大倍数的测试结果结论：仿真实测值与理论值基本相符.（3）幅频特性的测量将频率特性测试仪接入电路，根据上，下限频率1;，fL的定义，当电压放大倍数的幅值20log A I下降3dB时所对应的频率即为电路的上，下限频率，将从测试结果填入下表话筒放大器的频率上下限测试话筒放大器上，下限频率的测试结果2、混合前置放大器：（1）电路设计按下图连接号电路，根据设计要求确定电路中的电阻和电容的具体数值，便将其保存成电路文件。图 3.3 混合前置放大电路仿真图2）输出电压的测试在电路的输入端输入频率为 1KZ 的正弦波，调整输入信号的幅度，使输出电 压 Vo 不失真，将测试结果填入 3-3，并与理论值比较。表 3-3 混合前置放大器输出电压的测试结果3）幅频特性的测量：特征频率特性测试仪接入电路，根据上，下限频率fh, fl的定义，当电压放 大倍数的幅值下降3dB是所对应的频率几位电路的上，下限频率，讲测试结果填入 表3-4.HonzomalirtcaiT.BD7dBFBods Plot-t ar-BBPl区IPhBEAbgLin1Gl-b1mHzCant rdf图3.4混合前置放大器的频率下限测试图3.5混合前置放大器的频率上限测试表3-4 混合前置放大器上下限频率的测试3、音调控制电路1）电路设计按下图接好电路，根据设计确定电路中电阻和电容的具体数值，并将其保存成电路文件。图3.6音调控制电路仿真电路图（2）音调控制特性的测量低音衰减与提升：将高音提升与衰减电位器PR2滑动端调到居中位置（即可变电阻器PR1的百 分比为50%），低音提升和衰减电位器PR1滑头调到最左边（低音提升最大位置， 即可变电阻器PR 1的百分比为100%）. 调节信号发生器，使输出信号f=40HZ,Vm=100mV,调节电路中音量调节电位 器PR3，使电路输出电压达到最大值，记录此时PR3的数值和输出电压的幅值。PR3= 0 KVom= 698.0mV 保持PR3的数值和输入信号幅度不变，讲频率特性测试仪接入电路，设置工作频率的范围为40HZ1KZ,测试电路的幅频响应曲线，并记录。（由于此时Cl被短路，当F增大是，Vo将减小。）观察所记录的幅频响应曲线，从图中独处 低音部分的最大提升量并做记录，判断其是否符合理论设计的指标。F=40HZ时，低音的最大提升量=17.004dB 将低音提升和衰减电位器PR1滑动端调到最右边（低音衰减最大位置，即 可变电阻器PR 1的百分比为0%），重复（3）的步骤。（由于此时C2被短路，当f 增大时，Vo将增大。）F=40HZ时，低音的最大衰减量=-16.933dB50MadeBode Ploti: ar-XBPlHonzomalirtcaiCant rd;ce.ofie MzID.QffidB图3.7音调控制器 （低音提升最大位置）频率响应曲线图3.8音调控制器 （低音衰减最大位置）频率响应曲线高音提升和衰减将低音提升与衰减电位器PR1滑动端调到居中位置（即可变电阻器PR1的百 分比为50%），高音提升和衰减电位器PR2滑头调到最左边（低音提升最大位置， 即可变电阻器PR2的百分比为100%）. 调节信号发生器，使输出信号f=10KHZ,Vm=100mV,调节电路中音量调节电 位器PR3，使电路输出电压达到最大值，记录此时PR3的数值和输出电压的幅值。PR3= 0 KVom= 463mV 保持PR3的数值和输入信号幅度不变，讲频率特性测试仪介入电路，设置 工作频率的范围为10KHZ1KZ，测试电路的幅频响应曲线，并记录。（由于此时 C2被短路，当F减少时，Vo将减小。）观察所记录的幅频响应曲线，从图中独处 高音部分的最大提升量并做记录，判断其是否符合理论设计的指标。F=10KHZ时，高音的最大提升量=13.274dB 将高音提升和衰减电位器PR2滑动端调到最右边（高音衰减最大位置，既 可变电阻器PR2的百分比为0%），重复（3）的步骤。（由于此时C2被短路当f 减少时，Vo将增大。）F=10KHZ时，高音的最大衰减量二-12.78dB图3.9 音调控制器 （高音提升最大位置）频率响应曲线图 3.10 音调控制器 （高音衰减最大位置）频率响应曲线4、功率放大电路由于设计中采用集成功放实现功率放大，但 Multism8 的元器件库中没有功放 集成块，所以需利用分立元器件构成功放电路进行电路仿真。由于集成功放芯片 LM386 的世纪内部电路较为复杂，只能采用其电路原理图来仿真，我们采用与 LM386 工作原理相同的 OTL 功放，其电路如下图所示。图 3.11 功率放大器仿真电路图（1）按上图连接电路，并将其保存为电路文件2）调试电路，是静态时 Vk=1/2Vcc在没有交流信号输入的情况下，调节可调电位器R2的大小，同时利用虚拟万 用表测试功放电路点K对敌直流电压，使其等于l/2Vcc，记录此时所对应的R2的 大小。R2= 14kQ3）交越失真的观察在电路中将二极管D1,D2端接，从输入Vi加入1KHZ的交流正弦信号，用示波器观察输出电压Vo的波形，可以看到明显的交越失真。记录输出波形。图 3.12 交越失真波形（4）最大不失真输出电压和输入灵敏度的测量在输入端Vi加入lKhz的交流信号，用示波器观察输出电压Vo的波形，如输 出波形出现交越失真，调节电位器R3逐渐增大输入信号，测量最大不失真输出电 压Vom的大小，结果填入表35。图 3.13 最大不失真输出波形音响放大器输出额定功率所需的输入电压（有效值）称为输出灵敏度Vs。在 输入端Vi加入lKhz的交流正弦信号，用示波器观察输出电压Vo的波形。逐渐增 大输入信号，当输入电压达到最大不失真值Vom时，此时所对应的输入电压的大小 （有效值），即为电路的输入灵敏度，将结果填入表 35.表 3-5功放电路的输入灵敏度Vom （V）输入灵敏度Vs （mV）测量值4.33616