变调音频放大器,方波三角波发生器

1、百度文库课程设、计报告课程名称：电子技术课程设计设计题目：变调音频放大器，方波、三角波发生器系另上电气工程系专业：电气工程及其自动化 变调音频功率放大器设计一、设计任务及要求/1、任务：设计一个可以改变输入音频音调的音频放大电路。2、实验要求：本实验要求实现从语音输入、放大、变调到功率放大并通过喇叭进行输出的具有完整功能的电路设计和实现。 话筒采用驻极体话筒，喇叭采用8 Q纸杯喇叭，其他电路根据具体设计确定。要百度文库求，电路简洁，输出音量较大，噪音小，变调明显且可调。另外，电源可采用实验箱提供的直流电源，无需另行设计。二、设计方案分析根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由如图所示框图实现。

2、 下面主要介绍各部分电路的特点及要求。图1音频功率放大器组成框图前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低， 频带宽，噪声要小。音调控制主要是实现对输入信号高、低音的提升 和衰减，功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标， 要求效率高、失真尽可能小，输出功率大，设计时首先根据技术指标 的要求，确定各级增益的分配，然后对各级电路进行具体的设计。如 果采用集成运算放大器构成前置放大器，一定要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。对于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频 带，以保证音频信号进行不失真的放大。因为喇叭要求的最大功率为 所以最后输出的最大电压为：uO Jpo

3、ma八反 公。1、前置放大电路：/百度文库如图所示：运算放大器uA741、Rp1、R2、R3和C2为电路的驱动级，目的在于提高电路的电压放大倍数。Rp1+R3为反馈电阻，R2交流接地（C2的作用）。显然，驱动级是一个同相输入交流反馈的电压放大器。在Uin=0时，由于反相段经R2和C2交流接地，Uc=0, Uo （交 流零点）一定为零。为保证功率放大器的输出功率，驱动级应保证足够的电压放大倍数。前置放大电路的电压增益为：，Au 1 R3 Rp1 ,一般情况下/R1的R2值应远大于电位器的值，这里选择 R1=47K。前置级放大电路的仿真 结果如下：百度文库由图可知：幅度大的波为输出电压的波形，幅度

4、小的波为输入电压的 波形，当输入电压为：Vi=时，输出电压为：Vi=,显然前置级放大器 电路起到了电压放大的作用，有仿真数据可以计算出放大倍数约为 35倍。这与理论算出的电压放大倍数相接近，因此该级放大电路设 置合理。前置放大电路中所用的运算放大器 uA741的有关参数如下：，/#运算放大器属于使用反馈电路进行运算的高放大倍率型放大器，其 放大倍率完全由外界组件所控制，透过外接电路或电阻的搭配，即可 决定增益（即放大倍率）大小。通常放大器的理想增益为无穷大，实 际使用时亦往往相当高（可放大至105或106倍），故差动输入跟增益 后输出比较起来几乎等于零。百度文库# , 741放大器为运算放大器

5、中最常被使用的一种，拥有反相与非反 相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出。放大器工作时的最大特点为需要一对同样大小的正负电 源，具值由土 12Vde至± 18Vdc不等，而一般使用土 15Vde的电压。741运算放大器的外型与接脚配置分别如图所示。UA7411 - Qffselnul 1g2 - Inverting input3 - f,cn-irverNngi input75 -null 26 * Output67 一r“a-M.c,5# uA741M uA741I, uA741C芯片和工作说明：1和5为偏置（调零端），2为正向输入端，3为反向输入

6、端，4接地,6为输出，7接电源，8空脚。2、音调控制电路：音调控制电路的主要功能是通过对放音频带内放大器的频率响应曲线的形状进行控制，从而达到控制放音音色的目的，以适应不同听众对音色的不同爱好。此外还能补偿信号中所欠缺的频率分量， 使音质 得到改善，从而提高放音系统的放音效果。在高保真放音电路中，一百度文库般采用的是高、低音分别可调的音调控制电路。一个良好的音调控制 电路，要求有足够的高、低音调节范围，同时有要求在高、低音从最 强调到最弱的整个过程中，中音信号（一般指1kHz）不发生明显的幅值变化，以保证音量在音调控制过程中不至于有太大的变化。音调控制电路大多由RC元件组成，利用RC电路的传输

7、特性，提升或衰减 某一频段的音频信音调控制电路一般可分为衰减式和负反馈式两大 类，衰减式音调控制电路的调节范围可以做得较宽，但由于中音电平也要作很大的衰减，并且在调节过程中整个电路的阻抗也在变化，、所 以噪声和失真较大。负反馈式音调控制电路的噪音和失真较小， 并且 在调节音调时，其转折频率保持固定不变，而特性曲线的斜率却随之 改变。下面分析负反馈型音调控制电路的工作原理。音调控制电路具有音调控制功能：低音 100Hz处有正负12dB的 调节范围，高音10KHz处有正负12dB的调节范围。由于集成运算放 大器具有电压增益高、输入阻抗高等优点，用它制作的音调控制电路 具有电路结构简单、工作稳定等优

8、点，典型的电路结构如下图所示： 其中电位器Rp1是高音调节电位器，Rp2是低音调节电位器，电容C5 是音频信号输入耦合电容，电容 C& C4是低音提升和衰减电容，一 般选择C3=C4电容C6起到高音提升和衰减作用，要求/C6的值远远 小于C3电路中各元件一般要满足的关系为：Rp1=Rp2R=R=R,G=O, Rp1=9R。其中uA741的用法如上所述。/百度文库-12VRp1 200kQ 50% Kev=A音调控制电路计算低音调节转折频率和高音调节转折频率。根据Rp1=Rp2=9R的条件，该音调控制电路的最大提升和衰减量为:20lg Rp2 R6 20dB, 20lg 丁 20dBR4

9、Rp2 R6°音调控制电路的幅频响应波特图根据图可知，f S, f L2、f H1、f H2为转折频率，且幅频特性是按正负百度文库6dB/倍频程的斜率变化的。已知要求在低音100Hz处的提升或衰减士12dB,所以低音调节转折频率：20 12/、12 0fLi 100/2 39.68 (Hz), fL2 100 2k 400 (Hz)。同理，根据高音10kHz处的提升或衰减士 12dB,可得高音调节转 折频率：. 12 020 12fH1 (10 103)/2丁 2.5 (kHz), fH2 10 103 2k 25.2 (kHz)。，(1)音调调节电位器选择因为uA741集成运算放大

10、器的输入阻抗很高，电位器RP1、RP2的阻值可适当高一些。现选 RP1=RP2=200kQo(2)低、高音调整电容及电阻的选择1 fH2R4225.2 103 7.5 1033 0.02 (pD,可采用两个 口 239.68 200 10电容并联。电阻 R4 R5 R6 RP2/9 200/9 22.22 (kQ),选标称值 22kQ。当f=fH2=时，高音提升20dBR7 3R4/9 3 22/9 7.3 (kQ),取标称值Qo840 (pF),取标称值 C6=1000pF音调控制电路的仿真结果如下：当用函数信号发生器给该级电路直接输入频率为10kHz的方波时，其虑波效果明显，显然达到了滤波

11、 的目的。百度文库3、功率放大器电路功率放大器的作用是给音响放大器的负载 （一般是扬声器）提供所需 要的输出功率。功率放大器的主要性能指标有最大输出不失真功率、 失真度、信噪比、 频率响应和效率。目前常见的电路结构有 OTL型、OCL型、DC型和 CL型。有全部采用分立元件晶体管组成的功率放大器；也有采用集/ 成运算放大器和大功率晶体管构成的功率放大器；随着集成电路的发展，全集成功率放大器应用越来越多。 由于集成功率放大器使用和调 试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利 用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消 噪等功能，所以使用非常广泛。百度文库采用

12、集成功放设计功率放大器不仅设计简单，工作稳定，而且组装、调试方便，成本低廉，所以本设计选用集成功放实现。目前常用 的集成功放型号非常多，本设计选取 SGS司生产的TDA2030/2030A 集成功放，该器件具有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护， 外围电路简单，可以作 OTL使用，也可作OCL用。TDA2030/2030A的外引线如下图所示。1脚为同相输入端，2脚 为反相输入端，4脚为输出端，3脚接负电源，5脚接正电源。电路 特点是引脚和外接元件少。其主要特点为：电源电压范围为6V 18V,静态电流小于60 A,频响为10Hz 140kHz,谐波失真小于 ，在VC广14V, R=4时，输

13、出功率为14W在8负载上的输出功率为9WI心 Conneckd to pin 3TDA2030管脚图10百度文库由集成功率放大器组成的功放电路如下图R9-68QfrnVEE ;：孑心口n U-lil!il4H-i ldl!l IIGI-iH » »«! VI4ll!l iai liai!i ldi!l lliisf I二 4 a l!'1 n i , v i , n i 9 r i n kiiHriiani'iara HaniiiiHr !)ariiariiHRJ) -.TDA2030组成的OCL功率放大器电路TDA2030/2030A构成的 OC

14、L功率放大器电路如图所示。该电路由TDA2030组成的负反馈电路，具交流电压放大倍数 R 22Avf 1 -10 1 - 33 (倍)，满足设计要求。Ri、G组成输出相移 Rg、0.68校正网络，使负载接近纯电阻。电容C是输入耦合电容/其大小决定功率放大器的下限频率”为了达到一定的仿真效果，这里用电阻R16暂时代替喇叭，其阻值与喇叭的阻值相同，/电位器R是音量调节电位 器。ii百度文库功率放大电路的仿真结果由图可知A通道为输入电压的大小，对应的波为幅度小的正弦波， B 通道为输出电压的大小，对应的波为幅度大的正弦波，放大倍数约为 8倍，与理论值存在一定的差异，不过起到了一定的电压放大作用， /

15、 能够满足设计要求。综上所述为电路的前置放大电路，音调控制电路，功率放大电路，下 面为整体的电路图：12百度文库47koKey=A即50%AR147k。13C2=T10uFRJ 10kO30R2IkQ281Q0kQKeyAHpl 200kQ 5MRp354%变调音频功率放大器总体电路图总体电路图的仿真结果如下:1: 1百度文库当输入频率为1KHz正弦波时，输入电压为 5=时，输出电压大小为Uo=，显然电压放大了，放大倍数约为 256倍，功率为。当输入频率为10KHz的方波时，其仿真结果如下:14百度文库方波、三角波发生器设计15百度文库一、设计任务及要求1、设计一个可以改变输出频率的方波、,三

16、角波产生电路。2、任务：本实验要求设计实现方波、三角波波形的产生电路，其频 率可以调整，可通过数字输入量选择输出波形的类型， 可通过数字输 入量选择输出频率进行2倍频、4倍频等，可显示倍频系数。波形产 生可使用555定时器，也可使用集成运算放大器或比较器， 显示电路 使用八段LED数码管（带74LS48译码器），其他电路根据具体设计确 定。要求，电路简洁，输出波形稳定，噪声小，显示倍频系数即可。另外，电源可采用实验箱提供的直流电源，无需另行设计。二、设计方案分析根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由如下图所示框图实现。F面主要介绍各部分电路的特点及要求本实验的方波产生电路采用555定时器，倍

17、频电路用74LS161计数器,三角波形变换电路用 RC积分电路，显示控制电路使用八段 LED数码16百度文库管(带74LS48译码器)，输出选择电路用CD405秋现。用555定时器组成的多谐振荡器如图所示。 接通电源后，电容G被充 电，当电容。上端电压Vc升至U 2Vcc/3时使555第3脚V。为低电平， 同时555内放电三极管T导通，此时电容C通过R、Rp放电，Vc下 降。当Vc下降到Vcc/3时，V。翻转为高电平。电容器 G放电所需的 时间为 t%= ( R 2+Rp)Cln2 。/当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2、Rp向电容器C1充电， Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需

18、的时间为,/tpH= (R i+F2+ Rp) Ciln2=(R i+R+Rp)C当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是,17百度文库在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。 电路的工作波形如下图 所示，其振荡频率为：f=1/ (t%+tpH)=(Ri+2R+2Rp)C当Rp=100千欧时，频率f为最小，f=,当Rp=0时，频率f为最大,何示渡罪AK?反向保存 |日t.T4殖 触发,ii?s nr壬 4 日i外部 电平oP-类理正弦I标准I自动|反"f=。时回 通道/ 通追270.010 ms500.000 mV226.730 mV270.010 ms50

19、0.000 mV225.730 mV0.00&S0.000V0X00 V喝同轴通道4通酒q比例 pFms/Diu比例 | 100 rrrV/&iv比例 |100 inV/Ov乂位置 0T位置所H立量臼所那戴 I 眠 I 例 I Ac| 0 用 Ac| 0 pc- - I »由555定时器组成的多谐振荡器工作波形2、显示控制电路:18百度文库XFG14VCC5h11U6,CUL-LflMI74LS161Dm kc mmc11R16，礼B】一二IM 二74LS48D2X8DIP200 UCC U23d-1L_ 65显示控制电路如图所示：74LS161防计数器，其输出端 Q

20、A QB QC QD勺方波分 别进行了二分频，四分频，八分频，十六分频。 74LS48D为译码驱动 器，它驱动LED显示器发光，输出不同的数字。3、输出选择电路：如下图所示。其中74LS153防多路模拟选择开关, 通过A、B输入端高低电平的控制，使输出端得到不同的波形。其中R1, C1组成积分电路，使输出的方波波形变换为三角形波形。下图 为输出选择电路。19百度文库74LS161D1DkQC1 470nFKey = AVCCVCCycQi5VS153D输出选择电路:例如其输出8分频的波形:以上分析为各部分的电路，现将各部分的电路组合到一起便得到总的20百度文库电路图。总的电路图如下:ULS16

21、1D5VlOOkQU2d BB1 LatF i fl-rL-z7X8DIP200 USl5iD I C5士 “小住波 形 的 仿真 结 果：21百度文库4 分 频 波 形的' 仿 真 结 果22百度文库23百度文库/x24百度文库输出与十六分频方波对应的三角波形三、实验中用到的有关器件的介绍:2,1 CI冲应的介绍CD4O52 g个双4选的多雌选择开关,其使用真假表如表1所示 表IINHIBFTBAQ00Qu. Oy001lx.ly0102x.2y。11双3y1XJLNon。应用附可以通过单片机对A/B的控制来选择输入哪一制例女：；要从4路输入中 选排第3输入.假设使用的是Y扎那么单片

22、机照要分别给A和B送1和0即可 it中该跖 麻进行相府的处第矗出h融他能品 时为o %才会有通殿由中鼬25百度文库Vdo7 1 X CHANNELS1 r IN/OUTCOMMON 口*内 OUTflNf) MGHANNEL& j INIOUTAB 11 1CD4052B (PDIR CDIP, SOP. TSSOPJTOP VIEWY CHANNELS f 0IN/OUT 1 2COMMOH F OUT/INY CHANNELS f 3INZOUT 1 1INHVEEVss数码显示译码器：（1） 七段发光二极管（LED）数码管LED数码管是目前最常用的数字显示器，图（一）（a）、（b

23、）为共 阴管和共阳管的电路，（C）为两种不同出线形式的引出脚功能图。一个LED数码管可用来显示一位0-9十进制数和一个小数点。小 型数码管乂了和寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为/ 红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2，每个发光二极管的点亮电流在510mA LED数码管要显示BC刑所表示的十 进制数字就需要有一个网的译码器，该译码器不但要完成译码功 能，还要有相当的驱动能公/26百度文库fo VT eoxx di! c o- - 2 1X1hi 一 一。gorT MOMTf hXX f£ a eXX B df c£CH o a（a）共阴连接（&quo

24、t;1"电平鉴动）（b）共阳连接（tt0-电平驱动）MS f Qa bIII ae d ©c h MM g i ® a b I I II（）符号及引脚功能图C-）回数码管（2）BCD码七段译码驱动器此类译码器型号有74LS47 （共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用'74LS48 BCD码锁存/七段译码/驱动器。驱动共阴极LED数码管。*2- n-而一*5 *0 GHO-一*cc T-1图（二）为74LS48弓唧排歹限其中AB、G D - BCD码输入端,a、b、c、d、e、图（二）743站引脚持列f、g译码输出端,输出“1”

25、有效，用来驱动共阴极LED数码管。LT-灯测试输入端，LT= "0”时，译码输出全为“ 1”27R，-灭零输入端，1、二="0”时，不显示多余的零。百度文库Wrbo -作为输入使用时，灭灯输入控制端;作为输出端使用时，灭零输出端。模电实验中所用器件的清单:集成运算 放大器集成功率 放大器电容电阻驻极 体话筒'8欧姆的 纸杯喇叭2 个 uA741TDA2030C1=10uFR1=47K一个一个 C2=10uFR2=1KC3=20nFR3=10KC4=20nFR4=22KC5=1uFR5=22KC6=1nFR6=22KC7=10uFR7=C8=22uFR8=22KC9=220nFR9=R10=22KR11 =Rp=47KRp1=200kRp2=200k28百度文库数电实验中所用器件清单:555定时 器74LS48译码驱 动器74LS161计数器CD4052 多路模 拟选择 开关LED 显、二皿/、布方电阻电容控 制 开 关1个1个1个1个1个R3=10K%C1=10nF2个R11 =C4=10uFR13=C5=470nFR16=C3=100nFRp=100K四心得体会：本学期我们开设