东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电路与电子线路实验2第 5 次实验实验名称：音响放大器的设计院（系）：吴健雄学院专业：姓名：学号：实验室: 实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：一、实验目的1、了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。

2、系统、综合地应用已学到的模拟电路、数字电路的知识，在单元电路设计的基础上，利用Multisim软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。

3、通过设计、调试等环节，增强独立分析与解决问题的能力。

二、实验内容设计一个音响放大器，要求实现话筒扩音、音量控制、混音功能、音调可调（选作）等功能。

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：5mV2、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。

3、发挥部分可自行设计实现一些附加功能。

三、电路设计1、项目分析1）话音放大器①话放的输入音源采用驻极体话筒；②话放增益一般为5~10倍左右，可采用同相放大器实现；③由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20k，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。

2）混合前置放大器① 混合前置放大器的作用是将放大后的话音信号与Line In （输出MP3作为背景音乐信号源）信号混合放大，起到了混音的功能；② 使用加法器实现信号的合成。

3）功率放大① 功率放大的作用是给音响放大器的负载提供一定的输出功率；② 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；③ 常用形式有OTL 电路和OCL 电路等。

4）电路结构框图5）电路增益分配（1）输出功率：W P o 5.0= （2）负载：Ω=8L R （3）对应输出电压：由公式L o o R U P /2=得：V R P U L o o 2== （4）电压增益：已知输入电压mV U i 5=，则电压增益400/==i o V U U A （5）方法倍数分配：2、电路原理图1）话音放大器话音放大器由如图所示电路组成，即由A1组成的同相放大器，具有很高的输入阻抗，能与高阻话筒配接作为话筒放大器电路。

电路满足条件：i o U R R U )/1(45+=故其放大倍数为：103/271/145=+=+=R R A V 电路中的所有电容的作用都是滤波。

2）混合前置放大器如图所示的是混合前置放大器，它的作用是将mp3输出的声音信号与话音信号混合放大。

它是一个反相加法器电路，输出电压与输入电压之间的关系为：)(4)(21236126i i i i o V V V R RV R R V +-=+-= 式中，1i V 为话音放大器的输出信号，2i V 为mp3的输出信号。

电位器4R 的作用是对输入的mp3信号进行衰减。

电路中的所有电容都用于滤除输入、输出信号中的低频段干扰信号。

3）音调控制器如图所示的是音调控制器，它的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，控制曲线如下图所示：由图可见，音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变，所以音调控制器的电路由低通滤波器与高通滤波器共同组成。

音调控制器电路图中的上面部分是低通滤波器，上面的电位器2R 是低音电位器，可用于调节低频信号的增益；下面部分是高通滤波器，下面的电位器4R 就是高音电位器，可用于调节高频信号的增益。

在音频范围的低频部分，电容相当于开路，因此有效的反馈是由1R 和2R 组成的。

运放起反相放大器的作用，它的电压增益B A 借助于低音电位器2R 在如下范围内可变：121211R R R A R R R B +≤≤+随着频率的增加，1C 逐渐旁路掉2R ，知道后者最终被短路而对响应没有影响为止。

在最大低音提升或抑制的情况下，1C 开始起作用的频率B f 近似等于：1221C R f B π=在音频的高频端，电容器相当于短路，因此增益就由高音电位器4R 控制。

如果满足)2(5314R R R R ++>>的条件，可以证明，高频增益T A 的变化范围是：3531531322R R R R A R R R R T ++≤≤++低于频率T f 以下，高音控制逐渐失去对响应的影响，这个频率近似为：2321C R f T π=根据上述四个公式，令Hz f B 125=，kHz f T 8=，4==T B A A ，可计算得到如电路图中所示的参数。

4）功放电路因为Multisim中没有LM386，所以使用Proteus进行仿真。

功放电路采用LM386的典型电路，该电路的电压放大倍数是20倍，可以通过调节输入信号后面接的电位器来改变放大倍数，当电位器接入电路的电阻为50%时，电路的电压放大倍数为10倍。

3、电路的仿真结果1）话音放大器使用示波器进行仿真分析。

如下图所示，输入信号接通道A（绿线），输出信号接通道B（黄线）。

当输入信号峰峰值为4.533mV时，输出信号峰峰值为45.176mV，增益为10，符合实验要求。

2）混合前置放大器如下图所示，输入信号1接通道A（蓝线），输入信号2接通道B（黄线），输出信号接通道C（绿线）。

当输入信号1与输入信号2的频率相同时，电路仿真图如图(a)所示。

当输入信号1的峰峰值为-48.837mV，输入信号2峰峰值为-97.639mV时，输出信号的峰峰值为586.797mV，满足输出信号峰峰值为两路输入信号峰峰值之和的4倍。

结合输入输出波形，可以看出：输出信号是两路输入信号叠加后再放大四倍得到的。

图(a)当输入信号1与输入信号2的频率不同时，电路仿真图如图(b)所示。

当输入信号1的峰峰值为-49.987mV，输入信号2峰峰值为-99.343mV时，输出信号的峰峰值为598.688mV，满足输出信号峰峰值为两路输入信号峰峰值之和的4倍。

结合输入输出波形，可以看出：输出信号是两路输入信号叠加后再放大四倍得到的。

图(b)3）音调控制器使用波特图仪进行仿真分析。

如下图(a)、图(b)所示，调节低音电位器，得到当频率为125Hz时，增益可调范围是-12.382~12.378dB，且此时调节高音电位器，对低频和中频信号的增益几乎不产生影响。

曲线中点：1kHz, 0dB图(a)图(b)如下图(c)、图(d)所示，调节高音电位器，得到当频率为8kHz时，增益可调范围是-11.291~11.496dB，且此时调节低音电位器，对高频和中频信号的增益几乎不产生影响。

图(c)图(d)此外，由图(a)、图(b)、图(c)、图(d)可以看出，无论是调节高音电位器还是低音电位器，1kHz的信号的增益始终约等于0dB。

综上所述，音调控制器的设计基本符合实验要求。

4）功放电路由于功放电路的设计是直接采用LM386的典型电路，比较有保障，所以省略了仿真过程。

四、硬件电路功能与指标，测试数据与误差分析1、硬件实物图（照片形式）：2、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。

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：L R V P 200=式中，L R 为额定负载阻抗；0V (有效值)为L R 两端的最大不失真电压。

0V 常用来选定电源电压VCC, 测量0P 的条件为：信号发生器的输出信号(音响放大器的输入信号)的频率kHz f i 1=，电压mV V i 5=，音调控制器的两个电位器置于中间位置，音量控制电位器置于最大值，用示波器观测i V 及o V 的波形。

实际搭建电路，用示波器观察输入输出信号如下图所示：话音放大器混合前置放大器音调控制器功放电路由上图可以看出，最大不失真电压V V 56.620=，因此电压有效值为：V V 64.40=，根据公式计算得：W R V P L 69.2864.42200===，这显然大于要求的W 5.0，因此设计是合理的。

2）频率响应：测量方法：① 音响放大器的输入端接i V (等于5mV)，两个电位器都置于最左端，使信号发生器的输出频率i f 从20Hz 至50kHz 变化(保持vi=5mV 不变)，测出负载电阻L R 上对应的输出电压o V ，用半对数坐标纸绘出频率响应曲线，并在曲线上标注L f 与H f 的值。

② 直接用扫频仪进行测量。

3）输入阻抗：在电源输出端串联一个Ωk 50的电阻作为s R ，测得mV U s 5.7=，mV U i 5=，则输入阻抗为100k Ω，远远大于要求的20k Ω，因此设计合理。

4）输入灵敏度：测量方法：将音调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，使i V 从零开始逐渐增大，直到o V 达到额定功率值时所对应的输入电压值即为输入灵敏度。

由图可知，输入灵敏度峰峰值为4.40mV ，小于题目要求的5mV ，故满足实验要求。

5）噪声电压：音响放大器的输入为零时，输出负载L R 上的电压称为噪声电压。

测量方法：将音调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L R 端的电压波形，用交流毫伏表测量其有效值。

6）整机效率：整机效率的计算公式为：%100/C o ⨯=P P η式中，o P 为输出的额定功率；C P 为输出额定功率时所消耗的电源功率。

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=0.5A ，又有Vcc=7.5V ，代入公式计算得：%6.58)5.7*5.0/(2.2%100/C o ==⨯=P P η7）音调控制特性（扩展）：所有的音调控制器的输入信号峰峰值均为100mV:① 当kHz f 1=时，调节两个电位器，输出信号的峰峰值不会产生太大变化。

由图可知，mV V o 104=，电压增益04.1=V A ，略大于实验要求的0dB （1倍），基本达到实验要求。

② 当kHz f 8=时，下图(a)所示是最大增益情况，图(b)所示是最小增益情况。

图(a)图(b)由图(a)可知，放大时，最大输出电压mV V o 360=，最大电压增益6.3=V A ，略小于实验要求的12dB （4倍），基本达到实验要求。

由图(b)可知，缩小时，最小输出电压mV V o 0.52=，最小电压增益52.0=V A ，大于实验要求的-12dB （0.25倍），有一定误差。

当Hz f 125 时，下图(c)所示是最大增益情况，图(d)所示是最小增益情况。

图(c)图(d)由图(c)可知，放大时，最大输出电压mV V o 344=，最大电压增益44.3=V A ，略小于实验要求的12dB （4倍），基本达到实验要求。