音响放大器设计
音响放大器设计
实验时数： 6学时
教 材： 《电子线路实践(第2版)》Page 55～59
实验检查： 班级指导教师验收
学习目标：
1、 了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法；
2、 掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术。
设计提示：
1、 音响放大器原理框图：
2、 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20Ω、200Ω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10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。
3、 混合前置放大器：
混合前置放大器的作用是将放大后的话音信号与Line In信号混合放大，起到了混音的功能。
4、 功率放大：
器件选用LM386，请参看相关数据手册，设计电路
1) 自激：由于功放级输出信号较大，对前级容易产生影响，引起自激。因此功率放大器的安装调试对布局和布线的要求很高，安装前要根据集成功放的内部电路对整机线路进行合理布局，级和级之间要分开，每一级的地线要接在一起，同时要尽量短，否则很容易产生自激。自激分高频自激和低频自激
① 高频自激：集成块内部电路多极点引起的正反馈易产生高频自激，常见高频自激现象如下图所示。可以加强外部电路的负反馈予以抵消，如功放级1脚与5脚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
② 低频自激：常见的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。产生的主要
原因是输出信号通过电源及地线产生了正反馈，可以通过接入RC去耦滤波电路消除。
预习思考：
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 fL≤50Hz fH≥20kHz
输入阻抗 ≥20kΩ
话放输入灵敏度 ≤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
必做实验：
1、 搭试完成预习要求中音响放大器。
2、 测量并记录相关性能指标参数：
① 额定功率：音响放大器输出失真度小于某一数值时的最大功率称为额定功率，其表达式为：
PO=VO2/RL，式中，RL为额定负载阻抗，VO为RL两端的最大不失真电压有效值。测量时函数发生器输出fi=1kHz正弦波作为音响放大器的输入信号，功率放大器的输出端接额定负载电阻，如有音调控制器，控制器的两个电位器调节到中间位置，音量控制电位器调到最大值，用双踪示波器观察Vi及Vo的波形，失真度测量仪监测Vo的波形失真（无失真度仪可用肉眼观察无明显失真）。逐渐增大输入电压Vi，直到输出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，同时可算出额定功率值。
② 频率响应：调节音量旋钮使输出电压约为最大输出电压的50%， Vi=5mV，测量方法和其他实验
中幅频特性曲线的测量方法相同。
③ 输入阻抗：从音响放大器输入端(话音放大器输人端)看进去的阻抗称为输入阻抗，测量方法和放
大器的输人阻抗测量方法相同。
④ 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。测量时函数
发生器输出fi=1kHz正弦波作为音响放大器的输入信号，功率放大器的输出端接额定负载电阻，如有音调控制器，控制器的两个电位器调节到中间位置，音量控制电位器调到最大值，测量方法是，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输入电压值即为输入灵敏度。 ⑤ 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，测量时功率放大器
的输出端接额定负载电阻，如有音调控制器，控制器的两个电位器调节到中间位置，音量控制电位器调到最大值，输入端对地短路，用示波器观测输出负载RL端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。
⑥ 整机效率：在输出额定功率的情况下，将电流表串入VCC支路中，测得总电流I，则效率为
Po VCCI
⑦ 音调控制特性（扩展）：音调控制级输入端接入100mV、1kHz正弦波，测量音调控制级的输出信
号，计算增益；再将低音音调控制电位器分别旋至最左端和最右端，频率从10Hz至1kHz变化，记下对应的电压增益。同样，测高频特性时是将低音音调控制电位器分别旋至最左端和最右端，频率从1kHz至50kHz变化，记下对应的电压增益.最后定量绘制音调控制特性曲线。
3、 整机信号试听，用8Ω、4W的扬声器代替负载电阻RL，进行以下功能试听：
① 话音扩音：将低阻话筒接话音放大器的输人端，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人后，会产生自激啸叫。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。
② Mp3音乐试听：将MP3输出的音乐信号，接入混合前置放大器，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。
③ 混音功能：MP3音乐信号和话筒声音同时输出，扬声器传出的声音应清晰，适当控制话音放大器
与Line In输出的音量电位器，可以控制话音音量与音乐音量之间的比例。
④ 音调控制（扩展）：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。
实验注意事项：
1、 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一级一级
地布线，功放级应远离输人级，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。 安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。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。
2、 搭试电路时要用分立元件在面包板上完成，电路的元件布局按照集成电路内部电路结构安排，器件之
间的连接也尽量用器件管脚连接，尽量不要用实验箱上的元件和长连接线，否则很容易产生自激振荡。
3、 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。
4、 分级调试又分为静态调试与动态调试。静态调试时，将输入端对地短路，用万用表测量该级输出端对
地的直流电压。动态调试是指输入端接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，并测量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元器件数值是否合乎要求。
5、 单级电路调试时的技术指标较容易达到，但进行级联时，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0.1μF小电容相并联。
6、 在最大输出电压测量完成后应迅速减小输入电压，否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。