四、信号的产生、分解与合成验收表 方波 日板学姓频幅记录基波基波记录谐波 3次谐3次谐记录频合成 概念幅记录理解 操作熟练期 号 号 名 率 度 波形 频率 幅度 波形 波频率 波幅度 波形 率 度 波形 程度 程度 九、 注意事项
1. 用Filterpro辅助设计时，要注意增益带宽积，优先考虑带宽，其次是增益，效果会
更好一些。
2. 在使用Filterpro软件的时候，一定要注意将set order之前的复选框打勾，否则设计
出来的滤波电路为多阶的。
3. 调相位偏移是一个比较细的过程，分为超前和滞后两种调相，当一种调相电路不能
满足的时候，不妨尝试另外一种电路。 4. 电位器存在温漂和不稳定性，所以不能为了调节省事而将电路中的电阻全部用电位
器代替，这样不但不利于电路的调试，也很难保证电路的稳定。
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实验五 音响放大器设计
一、 基本信息
实验时数： 实验检查：
6学时+课外开放
预习、预搭检查，实验验收，提交实验报告
二、 实验目的
1. 掌握音响放大器的设计方法和调试方法； 2. 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。
三、 实验内容
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 8Ω 频率响应 fL≤50Hz fH≥20kHz 输入阻抗 ≥20kΩ 话音输入灵敏度 ≤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
1. 基本要求
功能要求 话筒扩音、音量控制、混音功能 额定功率 ≥0.5W(失真度THD≤10%) 负载阻抗 8Ω 频率响应 fL≤50Hz fH≥20kHz 输入阻抗 ≥20kΩ 话音输入灵敏度 ≤5mV 2. 提高要求
音调控制特性 1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节范围。
四、 实验要求
1. 实验要求：
(1) 根据实验内容、技术指标及实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原
理，计算元件参数。
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(2) 利用EDA软件进行仿真，并优化设计。 (3) 实际搭试所设计电路，使之达到设计要求。
(4) 按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试，记录测试数据，分析电路性能指标。 (5) 撰写实验报告。 2. 说明
（1） 要求先用软件设计并仿真，然后硬件实现。
（2） 功放电路采用集成功放，也可以采用集成运放加复合管的电路结构。
五、 预习思考
1. 什么叫集成功放？查阅相关资料并记录LM386的相关性能。
六、 设计指导
1. 明确设计任务要求, 确定总体方案
对系统的设计任务进行具体分析，充分理解题目的要求、每项指标的含义。
针对系统提出的任务、要求和条件，查阅资料，广开思路，提出尽量多的不同方案，仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中选取合适的方案。
将系统分解成若干个模块，明确每个模块的功能、各模块之间的连接关系以及信号在各模块之间的流向等等。构建总体方案与框图，清晰地表示系统的工作原理、各单元电路的功能、信号的流向及各单元电路间的关系。
2. 音响放大器原理框图如下图5.1所示：
MIC话音放大器混合前置放大器Line In
音调控制器（扩展）功率放大器图5.1 音响放大器原理框图
(1) 话音放大器：
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗可能高达到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20kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。
(2) 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。（Line In信号可以用一般的MP3输出） (3) 功率放大 功率放大器（简称功放）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。
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当负载一定时，希望输出的功率尽可能的大，输出信号的线性失真尽可能的小，效率尽可能的高。功率放大器的常用形式有OTL电路和OCL电路等。有用专用集成运算放大器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。
3. 关于自激
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，安装前要根据所设计的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图5.2所示，可以加强外部电路的负反馈（如外接电容负反馈等）予以抵消。
图5.2 常见的高频自激现象
(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。 4. 音调控制部分的电路设计
音调控制器是控制和调节音响放大器的幅频特性，人为地改变信号中高、低频成分的比重，以满足听者的爱好、渲染某种气氛、达到某种效果、或补偿扬声器系统及放音场所音响的不足。音调控制电路一般应满足或尽量达到的幅频特性如图5.3所示。图中折线（实线）为理想的幅频特性，其中f0为表示中音频率，一般取1kHz，一个良好的音调控制电路，要有足够的高、低音调节范围，但又同时要求高、低音从最强到最弱的整个调节过程里，中音信号不发生明显的幅度变化，以保证音量大致不变。
图5.3 音调控制电路的幅频特性曲线
由图5.3可见，音调控制器只是对低频信号与高频信号的增益进行提升或衰减，中频信号增益保持不变，所以音调控制器是由低通滤波器与高通滤波器共同组成。
关于音调电路的实现方法，可自行查阅相关资料，尽量不采用专用处理芯片。 5. 电路性能指标及测量方法
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(1) 电路性能指标及测量方法
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=UO2/RL，式中，RL为额定负载阻抗，UO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Ui及Uo的波形，失真度测量仪监测Uo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Ui，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%， Ui=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Ui从零开始逐渐增大，直到Uo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
VCC?I7) 测量谐波失真度THD 8) 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，测高频特性时是将高音音调控制电位器分别旋至最左端和最右端，频率从1kHz至20kHz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。
(2) 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入端，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（提高）：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。
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