華南師范大學(xué)信息光電子科技學(xué)院 陳 元
8Ω8W擴(kuò)音機(jī)電路的設(shè)計(jì)
華南師范大學(xué)信息光電子科技學(xué)院 陳 元
本文主要是介紹模擬電子電路中一種典型的放大電路——8Ω8W擴(kuò)音機(jī)電路的設(shè)計(jì),希望與大家一起探討,本文給出設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)參數(shù)來給有興趣設(shè)計(jì)類似電路的同學(xué)提供幫助,體會(huì)設(shè)計(jì)的基本步驟,同時(shí)也給出一些調(diào)試方法和空間以期待后續(xù)可以得到更好的優(yōu)化結(jié)果。
模擬電子電路;電子設(shè)計(jì);放大電路;擴(kuò)音機(jī);Multisim
2、揚(yáng)聲器8Ω
3、fL=20Hz;fH=20KHz
擴(kuò)音機(jī)電路的工作原理與音頻功率放大器的工作原理相似,具有放大音頻并將其還原純真聲音信號(hào)的電子裝置。擴(kuò)音機(jī)電路是一個(gè)典型的多級(jí)放大器,一般分為前置放大電路,音調(diào)控制電路和功率放大電路三部分組成。
前置級(jí)主要完成對(duì)小信號(hào)的放大。一般要求輸入阻抗要高,輸出阻抗低,頻帶寬度要寬,噪聲要小。音調(diào)控制級(jí)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)高、低音的提升和衰減。功率放大器決定了整機(jī)的輸出功率、非線性失真系數(shù)等指標(biāo),要求效率高、失真盡可能小、輸出功率大。首先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求,對(duì)整機(jī)電路作適當(dāng)安排,確定各級(jí)的增益分配,然后對(duì)各級(jí)電路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。
利用Multisim12.0可以搭建原理圖,并進(jìn)行仿真,方便調(diào)試。
1、前置放大級(jí)
由于信號(hào)源提供的信號(hào)非常微弱,因此在音調(diào)控制器前面要加一級(jí)前置放大級(jí)。由于場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)一般比晶體管小,而且他幾乎與靜態(tài)工作點(diǎn)無關(guān),在要求高輸入阻抗的的前置放大器的情況下,采用低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管組成放大器是合理的選擇。此外,前置放大器是要有足夠?qū)挼念l帶,以保證音頻信號(hào)進(jìn)行不失真的放大。該前置放大級(jí)的下限頻率要小于音調(diào)控制器的低音轉(zhuǎn)折頻率,前置放大器的上限頻率要大于音調(diào)控制器的高音轉(zhuǎn)折頻率。前置放大器采用集成運(yùn)算放大器電路,具體電路結(jié)構(gòu)如圖1所示:
圖1 前置放大電路
考慮對(duì)噪聲、頻率響應(yīng)的要求,運(yùn)算放大器選用LF353雙運(yùn)放,該運(yùn)放是場(chǎng)效應(yīng)管輸入型高速低噪聲集成器件,其輸入阻抗極高。
前置級(jí)由LF353組成兩級(jí)同向比例運(yùn)算放大器完成。第一級(jí)的Av1=11,即1+R3/R2=11,取R2=10K,R3=100K。取Av2=10,同樣R5=10K,R6=R7=100K。電阻R1R4為放大器的偏置電阻,取R1=R4=100K。耦合電容C1、C3取10uF,C5取100pF,C2、C4取100pF,以保證擴(kuò)音機(jī)的低頻響應(yīng)。
2、音調(diào)調(diào)節(jié)控制器設(shè)計(jì)
音調(diào)調(diào)節(jié)控制器的功能是根據(jù)需要來控制、調(diào)節(jié)音響放大器的頻率響應(yīng),以適應(yīng)不同風(fēng)格的音樂的需求。一般音調(diào)控制器只對(duì)低音和高音信號(hào)的增益進(jìn)行提升或衰減,而中音信號(hào)的增益不變。音頻控制器的電路結(jié)構(gòu)有多種形式,一般而言,負(fù)反饋式的噪音和失真較小,且在調(diào)節(jié)音調(diào)時(shí),其轉(zhuǎn)折頻率不變,而特性曲線的斜率卻隨之改變。下面分析負(fù)反饋型音調(diào)控制電路的工作原理,常用典型電路結(jié)構(gòu)如圖2所示:
圖2 音調(diào)控制器電路
對(duì)于低音信號(hào),C10 的容抗很大,相當(dāng)于斷路,此時(shí)高音調(diào)節(jié)電位器R13在任何位置對(duì)低音都不會(huì)影響。當(dāng)?shù)鸵粽{(diào)節(jié)電位器R9滑動(dòng)到最左端時(shí),C8被短路,由于電容C9對(duì)于低音信號(hào)的容抗大,所以相對(duì)的提高了低音信號(hào)的放大倍數(shù),起到了對(duì)低音的提升作用,同樣當(dāng)R9滑到最右端時(shí),電容C9被短路,由于電容C8對(duì)輸入音頻信號(hào)的低音信號(hào)具有較小的電壓放大倍數(shù),所以該電路可實(shí)現(xiàn)低音衰減。從定性的角度來說,就是在中、高音域,增益僅取決于R8和R11的比值,類似的,對(duì)于高音信號(hào)來說,電容C8、C9近似短路,此時(shí)高音信號(hào)通過由R8、R11、R10組成的等效“T”型網(wǎng)絡(luò)和C10、R12組成的RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通過運(yùn)放進(jìn)行篩選。
上圖簡(jiǎn)單給出仿真及實(shí)物制作時(shí)選用的參數(shù),僅供參考,實(shí)際結(jié)果可能因電路的輸入輸出電阻和前后電路網(wǎng)絡(luò)等的影響而有所偏差,可自行適當(dāng)調(diào)整(通過仿真調(diào)試可知減小低頻電容C8、C9和減小低頻電阻R8、R10、R11可增大低頻的變化范圍,增大高頻電容C10和減小高頻電阻R12可增大高頻調(diào)節(jié)范圍)。
電路中,C7與C11為耦合電容,各取10uF,兩個(gè)電位器都為500K,C8、C9都為22nF,R8=R10=R11=18KΩ,C10與R12分別為1nF和8KΩ。
下表是通過Multisim12.0仿真時(shí)得到的在100HZ和10KHZ處的頻率變化范圍,由表可知其基本滿足設(shè)計(jì)需求。
最大衰減 無衰減無增益 最大增益100HZ -12.112db -0.016db 12.103db 10KHZ -11.452db -0.007db 11.509db
3、Rp2fL2功率輸出級(jí)設(shè)計(jì)
功率放大級(jí)電路有很多種形式,選分立元件組成的功率放大器或單片集成功率放大器均可(如TDA2030),這里選用晶體管特性對(duì)稱的由分立元件雙電源OCL功率放大器。功率放大的主要作用是向負(fù)載提供功率。要求輸出功率盡可能大,轉(zhuǎn)換功率盡可能高,非線性失真盡可能小。電路圖如圖3所示:
圖3 功率放大電路圖
為使功率放大器達(dá)到輸出功率8W的要求,同時(shí)保證電路安全可靠的工作,電路的最大輸出功率應(yīng)比實(shí)際設(shè)計(jì)指標(biāo)大些,電源電壓不會(huì)影響輸出功率的大小,但會(huì)限制輸出的最大不失真電壓,一般情況下電壓越大越好,但要考慮元件的耐壓值尤其是運(yùn)放IC的最大耐壓值(一般為36V)考慮到輸出功率管Q2、Q4的飽和壓降和發(fā)射極電阻R8、R9的壓降,電源電壓常取 Vcc=±16V。
通過Multisim12.0的仿真可得在雙16V電源供電的情況下最大不失真輸出功率約為8W。
電路中R15與R16、R17可調(diào)節(jié)輸出幅值,一般R15為定值電阻1KΩ,R16為15KΩ,R17為100K的電位器,D1、D2為兩個(gè)1N4148二極管防止交越失真,R18為1KΩ電位器,可調(diào)節(jié)后續(xù)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn),Q1和Q3組成互補(bǔ)對(duì)稱放大三極管,本電路選用2N3055功放管,是NPN型三極管,一般用于各種音頻放大電路。
整機(jī)調(diào)試:將三級(jí)電路連接起來,接上電源,利用信號(hào)發(fā)生器在電路話筒端輸入峰值40mv的正弦信號(hào),利用示波器可以在揚(yáng)聲器輸出端得到一放大不失真的正弦圖像,輸入端連接話筒,調(diào)節(jié)音量控制電位器R17能改變音量的大小。調(diào)節(jié)高、低音控制電位器能聽出高、低音調(diào)的變化。敲擊電路板無聲音間斷和自激現(xiàn)象。
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[4]不詳.?dāng)U音機(jī)電路的設(shè)計(jì).百度文庫.https://wenku.baidu.com/view/533569d8551810a6f5248668.html,2012-09-28.
陳元(1997—),男 ,福建泉州人,大學(xué)本科,研究方向:信息工程。