实验2.4 音频功率放大电路系统.doc

实验2.4 音放大 实验目的 了解音响放大器的构成，并组成一个简单的音响放大器。 理解音调控制器、集成功率放大器的工作原理和应用方法。 理解和掌握音响放大器的主要技术指标和测试方法。 根据给出的技术条件和指标，设计音响放大器。 能够独立搭接电路、掌握调试技术。 实验思路 这是模拟电子技术最后一个实验。前面已经做了晶体管单级放大器，含有负反馈的多级放大电路，集成运放构成的三角波—方波发生器。这是一个从简单到复杂，由理性到感性步步深入地掌握电子电路实质的过程。 实验本身告诉同学们，只学会书本理论知识，还不能说已经掌握了电子技术，只有在科学实验中应用所学到的理论知识，不断地提高分析问题和解决问题的能力，才能逐步掌握电子技术，这是一个既要用脑又要动手，实实在在地积累过程。 一个简单的模拟电路系统，应当包括信号源、输入级、中间级、输出级和执行机构。信号源的作用是提供待放大的电信号，如果信号是非电量，还须把非电量转换为电信号，然后进入输入级，中间级进行电流或电压放大，再进入输出级进行功率放大，最后去推动执行机构做某项工作。为了帮助同学们建立起电子电路系统的概念，在最后做一个音响放大器设计性实验。 音响放大器的框图如图2.4.1所示。由图可见，这是一个小型的模拟电路系统，集装成箱就是一个小型的电子设备。该实验从一个侧面使同学们了解到电子电路在人们日常生活中和生产实践中的作用。提高了同学们学习电子技术的兴趣和自觉性。 实验原理 音响放大器的基本组成 音响放大器的基本组成框图如图2.4.1所示。 框图所示各部分的作用如下： （1）话筒放大器 话筒又称传声器，其作用是把声音信号转换为电信号，通常将输出阻抗低于600Ω的称之为低阻话筒，而将输出阻抗高于600Ω的称之为高阻话筒。此外，选用话筒时还应考虑频率响应，固有噪声等要求。 话筒放大器的作用是高保真的放大较微弱的声音信号。用作话筒放大器的运放组件除了要求输入失调电压小、低噪声外，还要求其输入阻抗远大于话筒的输出阻抗，一般而言，双极性运算放大器适合于低阻抗话筒。FET型运算放大器适合于高阻抗话筒。 （2）混和前置放大器 混和前置放大器的作用是把CD唱片或磁带录音机的音乐信号与声音信号进行混和放大，通常可用如图2.4.2所示反相加法器电路构成。图中U1和U2分别为上述的音乐信号和声音信号。 （3）音调控制器 音调控制器的功能是根据需要按一定的规律调节音响放大器输出信号的频率响应，从而达到补偿声学特性，美化音色等目的。它能对音频范围内的若干个频段点分别进行提升和衰减。某一频段点的理想频率特性控制曲线如图2.4.3所示，而虚线为实际频率特性控制曲线。 图中 fo＝1kHz 中音频率（亦称中心频率），要求增益Aum=0dB； fL1 低音转折频率，一般为几十赫兹； fL2＝10fL1 中音转折频率； fH1 中音转折频率； fH2＝10fH1 高音转折频率，一般为几十千赫兹。 由图可见，音调控制器只对低音或高音的增益进行提升或衰减，而保持中音的增益不变。因此，音调控制器电路可由低通滤波器和高通滤波器共同组成。 音调控制器可由运算放大器构成，但目前更多的是由集成电路构成。为了解和掌握音调控制电路的基本原理和分析方法，下面将图2.4.4所示简单实用的音调控制器作比较详尽的分析。 ① 中频区频率特性分析 通常使C1＝C2 C3；R1＝R2；并使在中频区C3可视为开路，在中、高音频区C1、C2可视为短路。这样，可绘出中音频区的音调控制器等效电路如图2.4.5所示，显然，其电压增益Aum＝0dB。 ② 低频区频率特性分析 在低频区，音调控制器的等效电路如图2.4.6所示。其中（a）为Rw1的滑臂在左端，对应于低频提升最大的情况，（b）为Rw2的滑臂在右端，对应于低频衰减最大的情况。 分析表明，图2.4.6（a）所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其传输函数表达式 （2.4.1） 式中： （或） （2.4.2） （或） （2.4.3） 当f＜fL1时，C2可视为开路，同时，R4的影响通常可以忽略，即认为R4支路短路，于是从图（a）可得电压增益为 （2.4.4） 当，考虑到，由（2.4.1）可得 其模为 （2.4.5） 可见电压增益Au1相对于AuL下降了3dB。当时，由式（2.4.1）可得 其模为 此时电压增益相对于AuL下降了17dB。 由图2.4.3的实线可以看出，在的范围内，电压增益的衰减速率为－20dB/10