毕业设计(论文)-音响放大器.doc
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1、 届本科生毕业论文(设计)档案 存档编号: 学 院音响放大器系 别: 哥们的一个论文拿来晒晒 专 业: 年 级: 学 号: 姓 名: 指导教师: 武汉大学珞珈学院教务处印制年 月 日19摘要本毕业设计以D类功放为核心,通过设计、制作具有语音放大、电子混响、音调控制以及卡拉OK伴唱的音响放大器,了解了电子混响延时器M65831的工作原理以及相关应用,同时也通过对D类功放的设计,认识到PWM型开关功率放大器的工作原理,掌握其电路设计与主要参数的测试方法,并掌握音响放大器的设计方法与中小型电子线路系统的组装与调试技术。该系统通过对话筒输出信号进行放大,进入电子混响器延时,再与磁带放音机输出信号共同进
2、入混合前置放大器进行混合,然后通过反馈式音调控制器对混合后的信号进行高音和低音的提升或是压缩制造回声效果,最后通过D类功放以获得更大的声音输出。关键词:电子混响延时器 混合前置放大器 反馈式音调控制器 PWM型开关功率放大器AbstractThe graduation design of power amplifier as the core in D, through design, production with voice amplification, electronic reverberation, tone control and karaoke BanChang audio am
3、plifier, learned about the electronic reverberation time delay is the working principle and M65831 relevant application, but also through such power amplifier for D design, realize PWM switch power amplifier, to master the working principle of the main parameters of circuit design and testing method
4、, which master audio amplifier design method and small and medium-sized electronic circuit system assembly and debug technology. The system through the receiver output signal into electronic amplification, delay, again with reverb units output signal cassette tape together preamplifier mixed into th
5、e mix, then through feedback type to the mixture of tones controller for soprano and bass signal of ascension or compression manufacturing echo effect, finally through D class power amplifier to achieve even greater sound output.Keywords:Electronic reverberation time delay device The mixed preamplif
6、ier Feedback type tones controller PWM switch power amplifier前言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。于是乎,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类功放发展到如今的T
7、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。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。目录摘要前言第一章 绪论.1.1 选题的目的和意义1.2 国内外关于该论题的发展现状及意义1.3 本课题的研究内容1.3.1 主要内容1.3.2 研究方法以及技术路线第二章 音响放大器的基本组成简介2.1
8、音响放放大器的基本组成框图2.2 语音放大器2.3 电子混响延时器2.4 混合前置放大器2.5 音调控制器2.6 功率放大器第三章 设计方案选择.3.1 设计方案探讨3.2 以PWM型开关功率放大器为主的设计方案与工作原理3.2.1 各类功率放大器的简介以及简单比较3.2.2 D类功率放大器的优势以及应用前景.第四章 音响放大器单元电路的设计与分析4.1 语音信号提取电路原理及设计4.2 语音放大电路应用电路设计4.3 电子混响延时器应用电路设计4.4 音调控制电路与音色处理电路4.4.1 反馈型音调控制器电路的特点4.4.2 反馈型音调控制器第五章 系统制作5.1 制作PCB的流程图.5.2
9、 原理图的制作5.3 PCB的制作5.4 制作指导第六章 调试、仿真6.1 各部分电路仿真现象及结果6.1.1 语音放大信号处理部分6.1.2 音调控制电路信号处理部分6.15.3 功率放大器信号处理部分第七章 总结第八章 致谢第九章 附录第十章 参考文献第一章 绪论1.1 选题的目的和意义伴随着科学技术的发展,人们生活水平的不断提高,对音频功率放大器的要求越来越高。音频是多媒体中的一种重要媒体,人能够听见的音频信号的频率范围大约是60Hz20KHz,其中语音大约分布在300Hz3400Hz之内,而音乐和其他自然声响是全范围分布的。如何利用分析仪器让音频功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒
10、的课题,声音通过模拟设备记录或再生,成为模拟音频,再经数字化成数字音频,音频分析就是以数字音频信号为分析对象以数字信号处理的各种理论为分析手段,提取信号在时域、频域内一系列特性的过程。音响放大器是日常生活中常用的设备,其作用是将语音等经过电声转换装置得到的微弱音频信号放大后推动喇叭发声。本文所设计的一个集成化的利用直流电源供电的音响放大器可有效增强各种电子设备的轻巧性、便携性,同时其设计所依据的原理及方法对今后的数字音响的研究也有重要的指导意义。1.2 国内外关于该论题的发展现状及意义音频放大器技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。1906年美国的德福雷斯发明了真空
11、三极管,开创了揉电声技术的先河;1927年贝尔实验室发明了负反馈NFB(Negative feedback)技术后,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,而1947年威廉逊在一篇设计Hi-Fi(High Fidelity)放大器的文章中介绍了一种成功运用反馈技术,成为Hi-Fi史上的一个重要里程碑。60年代由于晶体管的出现,使功率放大器步入了一个更为广阔的天地。基于晶体管放大器细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点,各种电路也相应产生,如“OTL(Output transformer less)”无输出放大器、“OCL(Output capac
12、iror less)”放大器等。直到70年代晶体管放大技术的应用已相当成熟,各种新型电路不断产生,如较成功地解决了了负反馈电路的瞬态失真和高频相位反转问题的无反馈放大电路,成功的将甲乙类放大器的特点结合在一起的超甲类放大电路,具有输出功率大、失真小的电流倾注式放大电路等等。从而使晶体管放大电路成为音响发展技术中的主流。在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应用于音响电路。近几十年来在音频领域中,A类、B类、AB类音频功率放大器(额定输出功率)一直占据
13、统治位置,以至于发展到如今普遍采用的D类音频功率放大器。D类音频功率放大器是PWM型功率放大器,其工作于开关状态以及高效、节能、数字化特点渐渐进入全球音频功放研究人员的眼球。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要,在大功率的电子设备中也需要。因为,功率越大,效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善,高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中,往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时,低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。随着社会的发展,人们居住条件的改善,高保真音响设备和更高档的家庭影院逐渐开始兴起。在这些设备中,往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时,低
14、失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。进入21世纪以后,各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机,到作为娱乐设备的MP3播放器等,各种便携式电子设备已经和人们的生活密不可分。陆续将要普及的还有便携式电视机,便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点,就是都有音频输出,也就是都需要有一个音频放大器;另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下,D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。1.3 本课题的研究内容1.3.1 主要内容主攻方向及主要内容:设计一个额定
15、输出功率为3w,负载阻抗8,失真度3%,频率响应范围在40Hz10KHz,同时要求采用DC:12v电源,满足输入灵敏度:5mV、阻抗20的音响放大器。1.3.2 研究方法以及技术路线研究方法及技术路线:本设计定于设计制作D类音响放大器,故打算采用PWM型开关功率放大器。拟定本系统由语音放大器、电子混响器、混合前置放大器、音调控制器和功率放大器等五部分组成(如图2.1);其工作原理大致如下:当语音信号经话筒输出后,进入语音放大器放大并传入电子混响器产生混响效果,混响后的信号连同磁带放音机产生的信号一同进入混合前置放大器,并进行放大。放大后的信号进入音调放大器,然后进入功率放大器进行功率放大,再由
16、扬声器输出。具体的技术路线将基于D类功放的PWM模式进行语音信号放大器的设计与制作来完成第二章 音响放大器的基本组成简介2.1 音响放放大器的基本组成框图图2.1.1 音响放大器系统框图图2.1.2 音响放大器内部组成框图2.2 语音放大器由于话筒输出信号一般只有5mV左右,而输出阻抗达到20,所以话音放大器的作用是不失真的放大声音信号,其输入阻抗应该远大于话筒输出阻抗。2.3 电子混响延时器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。在卡拉OK伴唱机中都带有电子混响器,其组成框图如图2.3.1所示。其中,集成电路BBD称为模拟延时器,其内部有由场效应管构
17、成的多级电子开关和高精度存储器。在外加时钟脉冲作用下,这些电子开关不断地接通和断开,对输入信号进行取样、保持并向后级传递,从而使BBD的级数越多,时钟脉冲的平率越高,延时时间越长。电子混响器的实验电路如图2.3.2所示,其中两级二阶低通滤波器(MFB)A1、A2滤去4KHz以上的高频成分,反相器A3用于隔离混响器的输出与输入级间的相互影响。RP1调节混响器的输入电压,RP2调节MN3207的平衡输出以减小失真。RP3调节始终频率,RP4控制混响器的输出电压。图中MN3207和MN3102个引脚的电压如下:引脚 1 2 3 4 5 6 7 8MN3207的电压/V 0.0 3.2 0.0 5.6
18、 6.0 3.2 2.6 2.6MN3102的电压/V 6.0 3.2 0.0 3.2 3.2 3.2 2.8 5.6注:实际在本设计中所运用到的是电子混响延时器集成芯片,这是因为本设计的重点放在了D类功率放大器的设计与应用上,此处对于BBD延时器知识略作叙述,不纳入实际实践中。图2.3.1 电子混响器组成框图图2.3.2 BBD延时器的实验电路图2.4 混合前置放大器混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混响器混向后的声音信号混合放大。其电路如图2.4所示。这是一个反相加法器电路,输出与输入电压间的关系为:,式中为话筒放大器的输出电压;为磁带放音机的输出电压。音响放大器的性能
19、主要由音调控制器与功率放大器决定,后面将陆续介绍这两种电路的工作原理及其设计方法。2.5 音调控制器音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性,理想的控制曲线如图2.5中折线所示。图2.5中表示中音频率,要求增益=0dB;表示低音频转折频率,一般为几十赫兹;(等于10)表示低音频区域的中音频转折点频率;表示高音频区的中音转折频率;(等于10)表示高音频转折频率,一般为几十千赫兹。图2.5 音调控制曲线2.6 功率放大器功率放大器的作用是给音响放大器的负载(扬声器)提供一定的输出功率,裆负载一定时,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,功率尽可能高。功率放大器的常见电路形式
20、有OTL(Output transformer less)电路和OCL(Output capaciror less)电路。有集成运算放大器(简称运放)和晶体管组成的功率放大器,也有专用集成电路功率放大器第三章 设计方案选择3.1 设计方案探讨在开始进行实践时,首先先确定整机电路的级数分配,再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益,然后分别计算各级电路的参数,通常从功放级开始向前逐级计算。由于本设计要求在输入信号为5mV负载为8 时得到的输出功率为3W,根据公式 得到输出电压约为=5V,以及公式得整个系统的电压放大倍数=1000,各级增益如图3.1所示:图3.1 整机增益分配3.2 以PWM型
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