音响放大器的设计.doc
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1、娄底职业技术学院毕业设计 湖南省娄底职业技术学院 2013届学生毕业设计(论文)题 目: 音响放大器的设计 姓 名: 欧贤科 学 号: 201002010109 系 部: 电子信息工程系 专 业: 应用电子技术 班 级: 10电子大1班 指导老师: 赵爱良 开题时间: 2012-11-15 完成时间: 2012-12-25 摘 要本文介绍了音响的构成、功能、及工作原理,它由TDA2822M芯片所组成的功放电路,本身具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点。而TDA2822M是一款输出功率适中,最大功率到达3W左右, 静态电流小,负载能力强,动态电流大既可带动4-8的扬声器,
2、电路简洁,制作方便、性能可靠的功放。本设计的功能是将输入音频信号进行放大,是一种可普遍用于家庭音响系统、立体声唱机等电子系统中,便于携带,适用性强。关键词:TDA2822M BTL 功率放大 双声道AbstractThis article describes the sound of the composition, function, and principle, it is formed by the TDA2822M chip power amplifier circuit, the static power consumption can be a single power use a
3、nd low cost advantages. The TDA2822M a high output power, maximum power reaches 3W or so, the static current, load capacity, dynamic current can drive large 4-8 speaker, circuit simplicity, making convenient and reliable high-fidelity power amplifier, and an internal protection circuit. This design
4、feature is the input audio signal amplification,Is generally available for home audio systems, stereo player and other electronic system, portable applicability.Key words : TDA2822M BTL Power amplification Dual channel目 录第1章 .绪论.3第2章.设计方案选择.6 2.1方案讨论与选取.62.2主要芯片介绍.6第3章.设计原理说明.103.1 音响放大器的整体框图.103.2
5、音响放大器功率放大的原理说明.10 3.3 音响放大器电压跟随器的原理说明.11 3.4 音响放大器功率放大部分的原理说明.123.5 电路原理图.153.6电路仿真波形.16第4章.制作与安装.17 4.1 PCB制作.174.1.1 PCB制作的操作说明.174.1.2 利用DXP2004软件绘制的PCB图.174.1.3 利用DXP2004软件显示PCB板3D三维图.184.1.4 绘图打印的操作步骤.184.2 安装工艺.184.2.1 焊接技术.194.2.2 印制电路板安装与焊接.194.2.3 印制板和元器件检查.20第5章.调试与安装.21第6章.心得体会.23致谢.24参考文
6、献.25附录1.26附录2.27第1章.绪论1.1引言 伴随着科学技术的迅速发展,人们生活水平的不断提高,对音响功率放大器的要求越来越高。音响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 60Hz-20kHz 其中语音大约分布在300Hz-4kHz之内,而音乐和其他自然声响是全范围分布的。 经过改革开放30年来的高速发展,我国电子音响行业取得了长足的发展,从单一的收音机到现在CD、VCD、DVD、多媒体音响、GPS、车载多媒体终端等百花齐放。即便是在经历了自然灾害、人民币升值、原材料大幅涨价等不利因素,我们仍有一大批企业以加强自主创新、优化产品结构、开拓新市场、加强经营管理为
7、手段,面对困难,保持了较高的发展速度。本文基于所学知识模拟制作音响功率放大器,践实所学知识掌握程度,并通过对所学知识来制造和改进相关产品,实际动手的过程中遇见了很多问题,但是在老师的指导和帮助下解决相应的问题。同时在与同组人的讨论学习过程中加强可团队意识的培养,加强了相互间协调合作的能力,从而高质、高效的完成本项任务。1.2 音频功率放大器概述 音响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年美国的德福雷斯特发明了真空三极管,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
8、的时代,)比较有代表性的如“威廉逊”放大器,而1947年威廉逊先生在一篇设计Hi-Fi(High Fidelity)放大器的文章中介绍了一种成功运用负反馈技术,成为了Hi-Fi史上一个重要的里程碑。 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。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 Capacitor Less)”放大器等。直至70年代,晶体管放大技术的应用已相当成熟,各种新型电路不断出现,如:较成功地解决了负反馈电路的瞬
9、态失真和高频相位反转问题的无负反馈放大电路;成功地将甲、乙放大器的优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。从而使晶体管放大器成为音响技术发展中的主流。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用于音响电路。1.3 名词解释音响系统整体技术指标性能的优劣,取决于每一个单元自身性能的好坏,如果系统中的每一个单元的技术指标都较高,那么系统整体的技术指标则很好。其技术指标主要有六项:频率响应、信噪比、动态范围、失真度、瞬态
10、响应、立体声分离度、立体声平衡度。1.3.1 频率响应:所谓频率响应是指音响设备重放时的频率范围以及声波的幅度随频率的变化关系。一般检测此项指标以1000Hz的频率幅度为参考,并用对数以分贝(dB)为单位表示频率的幅度。音响系统的总体频率响应理论上要求为2020000Hz。在实际使用中由于电路结构、元件的质量等原因,往往不能够达到该要求,但一般至少要达到3218000Hz。 1.3.2 信噪比:所谓信噪比是指音响系统对音源软件的重放声与整个系统产生的新的噪声的比值,其噪声主要有热噪声、交流噪声、机械噪声等等。一般检测此项指标以重放信号的额定输出功率与无信号输入时系统噪声输出功率的对数比值分贝(
11、dB)来表示。一般音响系统的信噪比需在85dB以上。1.3.3 动态范围:动态范围是指音响系统重放时最大不失真输出功率与静态时系统噪声输出功率之比的对数值,单位为分贝(dB)。一般性能较好的音响系统的动态范围在100(dB)以上。1.3.4 失真:失真是指音响系统对音源信号进行重放后,使原音源信号的某些部分(波形、频率等等)发生了变化。音响系统的失真主要有以下几种: a谐波失真:所谓谐波失真是指音响系统重放后的声音比原有信号源多出许多额外的谐波成分。此额外的谐波成分信号是信号源频率的倍频或分频,它是由负反馈网络或放大器的非线性特性引起的。高保真音响系统的谐波失真应小于1%。 b互调失真:互调失
12、真也是一种非线性失真,它是两个以上的频率分量按一定比例混合,各个频率信号之间互相调制,通过放音设备后产生新增加的非线性信号,该信号包括各个信号之间的和及差的信号。 c瞬态失真:瞬态失真又称瞬态响应,它的产生主要是当较大的瞬态信号突然加到放大器时由于放大器的反映较慢,从而使信号产生失真。一般以输入方波信号通过放音设备后,观察放大器输出信号的包络波形是否输入的方波波形相似来表达放大器对瞬态信号的跟随能力。 d. 立体声分离度:立体声分离度表示立体声音响系统中左、右两个声道之间的隔离度,它实际上反映了左、右两个声道相互串扰的程度。如果两个声道之间串扰较大,那么重放声音的立体感将减弱。 e. 立体声平
13、衡度:立体声平衡度表示立体放音系统中左、右声道增益的差别,如果不平衡度过大,重放的立体声的声像定位将产生偏移。一般高品质音响系统的立体声平衡度应小于1dB。1.4.设计的任务及要求一.初始条件:音频功放集成芯片TDA2822M,电阻若干, 电容若干,导线若干,喇叭2个等等 . 二.要求完成主要任务:利用分立元件或集成电路制作一个音响放大器,要求具有音量调节、功率放大等功能。三.技术指标如下: a额定输出功率Po3W;b.负载阻抗8,失真度3%;频率响应:40Hz-10KHz;c.输入灵敏度 5mV,阻抗5 K;e.音调控制特性:1KHz处增益为0dB,100Hz和10KHz处有12dB的调节范
14、围, AVL=AVH20dB第2章.设计方案选择2.1方案的选择1.放大电路的设计 方案一:采用UA741运算放大器设计电路,UA741通用高增益运算通用放大器, 早些年最常用的运放之一。应用非常广泛,双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压22V,差分电压30V,输入电压18V,允许功耗500mW。 方案二:采用TDA2822M功放集成电路构成BTL方式,双列直插8脚封装,它的工作电压从3V到15V均可以工作,如果买不到TDA2822M,那么可以用TDA2822代替,它们的区别在于工作电压不同,TDA2822的电压最高只有8V,而TDA2822M工作最高电压可以达15V。 方案选取:UA741是
15、通用的放大器,性能不是很好,满足一般要求,而TDA2822M功放集成电路接成BTL方式,具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉,外围元件少,不用装散热器,放音效果也令人满意等优点。 本设计放大倍数不高,TDA2822M能达到f=10KHz的频响要求,故选用TDA2822M功放集成电路。 2.音量控制器的设计 由于音频信号可以相应的进行大小调节即在输入的时候就可调节电位器,因此就不再设计音量调节部分。 2.2.主要芯片介绍 1.TDA2822MTDA2822M是意法半导体(ST)早期专门为便携式录放音设备开发的双通道单片功率放大集成电路,具有低交越失真(lowcrossoverd
16、istorsion)和低静态电流的特点,适用于立体声(stereo)和桥式放大(BTL)方式。TDA2822M还有一个独特之处就是工作电压范围很宽,在1.8V-15V范围内都可以正常工作,不过除非是用于耳机放大器,最好还是让TDA2822M工作于3V以上电压。 TDA2822M是一片非常经典的优秀音频功率放大集成电路,20世纪90年代初曾经被国内外家电厂商广泛用于便携式收录机中,在一些功率稍大的,尤其是带有机身扬声器的随身听中也可以经常看到TDA2822M的身影。 TDA2822M的标称输出功率(1KHz,8,9V,10%总失真)立体声方式时可以达到1W,桥接方式时可以达到2W。 图2-1 T
17、DA2822M参数.其它技术指标如下:最大峰值电流:1A;静态电流:9mAVcc=3V);总谐波失真(1kHz,832,典型值):0.2%;闭环增益(典型值):39dB;声道不平衡度(立体声状态,最大值):1dB!声道分离度(1kHz,立体声状态,典型值):50dB;输入阻抗(1kHz,最小值):100k;负载范围:4。.TDA2822M的特点:1.具有静态电流小;2.交叉失真小;3.电压范围宽;4.可构成BTL电路;5.音质良好,令人满意;6.价格低廉,性能好;.极限参数:如下表2-2所示. TDA2822M极限参数参数名称极限值单位电源电压(Vs)15V输入电压(Vin)15V差分输入电压
18、(Vdi)15V峰值输出电流(Io)1A耗散功率(Ptot)(Vdi)9V工作结温(Tj)-40-+150存储结温(Tstg)-40-+150表2-2 极限参数表.TDA2822M主要电参数:如下表 2-3所示. TDA2822M主要电参数引脚主要功能电压(V)在路电阻(K)开路电阻(K)红笔测量黑笔接地红笔测量黑笔接地红笔测量黑笔接地红笔测量黑笔接地功放电路1信号输出端2.61.156.5285.2电源电压输入端3.411.6575功放电路2信号输出端2.31.156.5285.2接地线00000功放电路2负反馈端0.451.45801206.2功放电路2信号输入端01.9196.5功放电路
19、1信号输入端01.9196.5功放电路1负反馈端0.451.45801206.2表2-3 主要电参数表第3章 设计原理3.1 整体框图如3-1所示:音频 输入音量调节功率放大扬声器S扬声器L图3-1设计整体框图3.2功率放大的设计原理1.功率放大器 音响功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大,然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种,如传声器(话筒)、电唱机、录音机(放音磁头)、CD唱机及线路传输等,这些声音源的输出信号的电压差别很大,从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的,这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话,对于输入过低的信号,功率放大器输出功率不足,
20、不能充分发挥功放的作用;假如输入信号的幅值过大,功率放大器的输出信号将严重过载失真,这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器,以便使放大器适应不同的的输入信号,或放大,或衰减,或进行阻抗变换,使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中,除了信号的幅度差别外,它们的频率特性有的也不同,如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形,即低音被衰减,高音被提升。对于这样的输入信号,在进行功率放大器之前,需要进行频率补偿,使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态,即加入频率均衡网络放大器。对于话筒和线路输入信号,一般只需将输入信号进行放大和衰减,不
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