北京邮电大学电子电路综合实验扩音机实验报告

北京邮电大学通信工程大二电子电路综合实验扩音机实验报告

北京邮电大学 实验报告

实验名称：扩音机电路设计

姓名：

班级：

学号：

院系：信息与通信工程学院

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摘要：为了了解扩音机电路的形式和用途，掌握音频放大电路的实现方法，理解电子电路综合设计、安装和调试的基本方法。借助计算机的仿真功能，设计好电路。利用模拟电路的基本调试方法，将输入的小信号通过前置放大级进行放大，再经音调控制级，最后由功率放大级输出。实现了对中高低频三种音频小信号的功率放大及音调控制功能。

关键词：电子电路综合实验、扩音机、小信号放大、音调控制、功率放大

一、设计任务要求：

1、 最大输出功率大于等于2W 2、 负载阻抗为8Ω 3、 具有音调控制功能，即用两个电位器分别调节高音和低音。当输入信号为1kHz时，

输出为0dB；当输入信号为100Hz正弦波时，调节低音电位器可以使输出功率变化±12dB；当输入信号为10kHz时，调节高音电位器也可以使输出功率变化±12dB。 4、 输出功率的大小连续可调，即用电位器可调节音量的大小。

二、设计思路、总体结构框图：

扩音机电路主要由运算放大器和集成音频功率放大器构成，其原理框图如图1-1所示。 前置放大器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，噪声小；音调控制器主要实现对输入信号高、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。

由于指标要求最大输出功率 =2 ，负载为8Ω，所以最大输出电压 = =4 。对于驻极体话筒，其输出信号为mV级，要使话筒输出为5mV的信号放大到扩音机4V的输出，所需的总放大倍数为800。扩音机中各级增益的分配为：前置放大器的电压放大倍数约为100，音调控制器的中频电压放大倍数为1，功率放大器的电压放大倍数约为8。

三、分块电路和总体电路的设计：

1、前置放大器

（1） 设计思路：

由于话筒提供的信号非常弱，一般在音调控制器前面加一个前置放大器。 考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大级由LF353组成两级放大电路每级放大十一倍。

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由公式

=1+ 6

5

不妨使 6= 9=100 Ω， 5= 8=10 Ω，可满足放大倍数的要求、 其他参数通常按经验给出，电路图如图3-1

图3-1 前置放大电路

2、音调控制器

音调控制器的功能是根据需要按一定的规律控制、调节音响放大器的频率相应，以更好地满足人耳的听觉特性。一般的音调控制器只对低音和高音的增益进行提升或衰减，而中音信号的增益不变。音调控制器频率响应曲线如图3-2

图3-2 音调控制器频率响应曲线

音调控制器电路如图3-3 。音调控制器的关键是电阻电容网络的选频作用。其输入信号是分成两个支路送到放大器的输入端：一条是经 9、 6、 1、 8

到输入端，并经过

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7、 10到输出端形成负反馈；另一条是经过 8、 11、 2到输入端。这两条支路的电容容量相差很大， 6、 7容量大，对低频信号影响大； 8容量小，对高频信号起作用。

图3-3 音调控制电路

图3-5所示。由于中频段信号的增益不变，此时的放大倍数为 =

12 11

= 1

图3-5 中频段等效电路

音调控制电路工作在低频时， 8可视为开路， 1调节时，在两种极限情况下的等效

电路如图3-6与图3-7所示。

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图3-6 低频提升电路

图3-7 低频衰减电路

音调控制电路工作在高频时， 6、 7可视为短路，调节 2可使高音的放大倍数得到

提升和衰减。 3、功率放大器

本实验选用TDA2030A型单片集成功率放大电路。电路图如图3-8所示

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图3-8 TDA2030A型单片集成功率放大电路

其中电容 10、 12、 11、 13实现稳定直流电源的功能，防止电路中的信号对电源的干扰，二极管防止电流倒流，起到了保护电路的作用， 17、 15起到了防止自激的作用。

5、 电路原理图

扩音机电路如图3-9所示

图3-9 扩音机电路

四、所实现功能说明：

1.第一级前置放大器的放大功能

指标要求：输入信号 =5 ， =1 1=120 左右

用函数发生器产生 =5 ， =1 的输入信号，直流稳压电源提供直流电源，用示波器检测输出信号的波形及相关参数，实测情况如图4-1至4-3所示。

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图4-1 函数发生器的输出设置

图4-2 电路的连接

图4-3 示波器的输出波形 实测数据见表4-1

输出信号峰峰值（V）

1.715

表4-1 前置放大级实测数据 2、 第二级音调控制级的音调控制功能

指标要求： =400 ， =100 ， 1放置最大， 2=10左右， =400 ， =10 ， 2放置最大， 2=6左右。

放大倍数 121.3

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用函数信号发生器产生所要求的输入信号，当低频时，调节滑动变阻器 1，用示波器观察记录数据。同理，当输入信号为高频时，调节滑动变阻器 2，用示波器观察记录数据。实测情况如图4-4和图4-5

图4-4 高频信号输入情况

图4-5 高频输入的输出情况 实测数据如表4-1所示： 输入信号频率（Hz） 100

输出信号峰峰值（v） 9.1

放大倍数 8 5.6

10k 6.3

表4-1音调控制级测试结果

3、 功率输出级的功率放大功能

指标要求： =400 ， =1 ，逐渐增大输入信号，并调 3，使 >2 以上。

用函数发生器产生输入信号，直流稳压电源提供电源，增大输入信号并同时调节滑动变阻器 3，使输出电压在不失真的情况下尽可能大，用示波器观察输出信号，得到最大功率。

实测情况如图4-6和4-7所示

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图4-6 电路插接情况

图4-7 输出信号波形

实测数据见表4-3 最大输入信号 400mV

4、整机的扩音功能

指标要求： =5 ， =1 ，逐渐增大输入信号，并调 3，使 >2 以上。

用函数发生器产生输入信号，直流稳压电源提供电源，增大输入信号并同时调节滑动变阻器 3，使输出电压在不失真的情况下尽可能大，用示波器观察输出信号，得到最大功率。

实测情况如图4-8和图4-9所示

输出信号峰峰值

19.1V

放大功率 5.7W

表4-3 功率输出级实测数据

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图4-8 电路插接情况

图4-9 输出信号波形

实测数据如表4-4所示 最大输入信号 120mV

输出信号峰峰值

17.3V

放大功率 4.68W

表4-4 整机电路实测数据

五、故障及问题分析： 1、器材问题 （1）电阻阻值错误：在进行音调控制级的测试时，指标与仿真出来的结果不一样，

经过对每个元件进行检测，发现标为51KΩ的电阻实际阻值只有20KΩ，通过更换电阻，得到了正确的结果。

（2）电解电容老化：在第一次整机测试通过后，之后几次测试发现波形出现一些毛刺，分析可能是掺入了一些高频分量，电解电容使用时间过长，

其滤波性能下降，更换新

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的电解电容后，输出波形得到改善。 2、仪器、设备问题 直流电压源故障：在进行整机调测时，发现一接上电源，电压源就发出奇怪的声音，经过对电路的检查，初步判断不是电路的问题，再尝试更换一台电压源，更换后，便不再出现此类问题。

3、 电路搭建问题

未将第二级负反馈电阻连入电路：在整机测试过程中，始终得不到正确的波形，重新分级调试，发现第二级的输出错误，重新检查电路，发现之前在重新给电源线布局时，为将负反馈电阻连到输出，导致错误。 4、 调试问题

第二级中频增益过大：整机测试过程中，输出波形出现严重失真，不管如何调节电位器都无法解决失真问题。寻求老师帮助后，可能原因是前级增益过大，重新分级调测后，发现第二级的中频增益远大于1，突然明白，在分级调试时，只关注了高频与低频的增益是否达到指标，并未考虑中频增益是否约等于1，重新更换电容电阻值，使第二级的中频增益近似1，最后得到了正确的输出波形。

六、仿真原理图和波形图

仿真原理图见设计思路部分。 仿真波形图：

图6-1 输出波形图

图6-2 输出波形的相关参数

PCB板图：

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图6-3 PCB板图

七、总结和结论：

本次实验虽过程曲折，但最终也完成了既定的指标，实现了音频小信号放大的功能。我从中获益颇多。

1、 加深了对理论知识的理解：扩音机电路的三个模块都是十分经典的功能电路，涵盖

了放大、滤波、反馈等经典的功能，通过本次实验，对这些理论知识有了更近一步的了解。

2、 锻炼了模拟电路的调试能力：扩音机实验一向以调试难度大著称，调试过程也很反

复，由于功放模块的存在，增大了元件损坏的可能性。因此在实验过程中不断的逐点调试，测电压电流，提高了我的查错能力。碰到了模拟电路中常出现的问题，也积累了一定的解决经验。

3、 增强了我的团队合作意识：在一个六人的扩音机小组中，大家互帮互助，有问题出

现后，大家一起讨论解决方法，也能逐步摸索到方法。从中感受到了合作的力量。 4、 提醒了我耐心与细致的重要性：在实验过程中，有许多犯的错误都是由于自己的不

细致和不耐心，如电路板的搭接错误，电位器没有耐心调，导致迟迟无法得到结果。从此更进一步明白耐心与细致这两个品质对一件事的成功的重要性。

5、 提高了我对电路的兴趣：虽说实验过程曲折，但最终做成功的成就感也不小。在这

三周的实验过程中，我逐渐体会到调试电路也是个有意思的问题，不断发现问题，解决问题，感受到了其中思考与实践给我带来的乐趣。

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参考文献： [1] 任维政，高英，高惠平，陈凌霄.电子测量与电子电路实践，第一版. 北京：科学出版社,2013 [2] 刘宝玲等.电子电路基础，第二版.北京：高等教育出版社，2008

[3] 俎云霄，李巍海，吕云琴.电路分析基础.北京：电子工业出版社，2009 [4] 郑君里等.信号与系统.北京：高等教育出版社，2009