实验题目：多功能音响放大器的设计

1. 课程简要信息

课程名称：电子线路课程设计
课程学时：课内 24学时，课外6 学时
适用专业：通信工程、电子信息工程、电子信息科学与技术、光电科学技术
学生年级：本科二年级第二学期

2. 实验内容与任务

1. 设计一个音响放大器，实现对音频信号多种方式放大的功能；

2. 基本要求，利用 LM324、LM386芯片，输入信号为5mV 的正弦波音频信号，经过放大后，实现带宽 $5 0 \mathrm { { H z } - 2 0 \mathrm { { k H z } } }$ ，增益不小于 50dB，音量可调的基本音响放大功能。

3. 进阶要求，通过对基本放大的信号进行滤波，实现具有左右声道区分的立体声音响放大器。

4. 扩展设计，对基本放大的信号进行幅频特性的控制，实现能够控制调整音调的音响放大器。1kHz 处增益为 0Db,200Hz 和 6kHz 处有±10dB 的调节范围。

5. 组合实现完整的多功能音响放大器，将电脑中的音乐信号作为输入信号进行验证，经过放大后，实现能够进行功能选择（正常、立体声、变调）的音响放大器。

3. 实验过程及要求

1)方案的设计，要求课前完成

根据要求实现的功能，以 LM324和 LM386芯片为主体，查询资料，选择总体方案及各功能的方案。参考有关资料，画出总体框图及电路图。根据电路的性能指标，分析计算各单元电路的元器件参数。

2）电路仿真

利用仿真软件 Multisim，完成电路图的虚拟连接。测试关键点电阻电容改变后对结果功能的影响。学会仿真软件中元件封装的功能。

仿真检查通过后，方可领取器件进行实际电路的搭接。

3）搭建电路

利用面包板正确布线。根据电路图从局部到整体分区域布线。

4）电路的测试与调试

确保电路连接无误后接通电源，如各部分都达到性能指标实现了要求，可以连接起各个环节，进行全面的电路性能测试，根据实际输出结果，更精确的调试整体结果，提高音质。应边测量、边记录、边分析（测量数据是否符合设计的性能要求）。

5）总结报告

以论文的形式完成课程设计报告的书写，参考模板要求，分析所选择的设计方案优缺点，对测量数据与理论数据做误差结果分析。

4. 相关知识及背景

实验内容涵盖了模拟电子技术中的运算放大器、带阻滤波器、差分放大器、功率放大器等知识内容。利用 LM324 及周边电阻电容构成了基本的放大及滤波环节，并通过

LM386 完成功率放大功能，提高了增益。涉及到电路的系统设计、仿真软件的应用、数据的测量及分析等相关知识与技术方法。是模拟电子技术解决现实生活和工程实际问题的典型案例。

5. 教学目标与目的

通过按照性能指标要求，完成系统电路的设计与制作，对学生进行工程设计和实际电路的组装、调试及性能测试等方面的训练；在实验过程中应用所学过的模拟电路相关知识，培养学生低频电子线路系统的设计能力，加强了解决复杂工程问题时的科学思维方式与严密性。

6. 教学设计与引导

1）学习按指标要求完成设计制作的流程，了解音响放大器的工作方式，以及增益带宽积、带阻滤波器、功率放大的设计及测量。

2）对不同的设计方案简要点评，指出各自的优缺点。不同的方案选择会使得结果产生较大差异，可以通过测量数据的偏差，对所用元件参数进行校准调试，达到更理想的结果。

3）仿真软件是在理想状态下进行，导线电阻都是最理想状态。实物连接时，要注意偏差的矫正。建议在仿真时，通过改变关键元器件的参数，观察偏差对结果的影响。

4）电路连接时，可以按照分区域逐个连接进行调试，连接测试好一个区域的功能再进行下一个区域的连接。最终整体调试，布线清晰，分布明确。

5）根据性能指标要求，设计测试方法，利用函数波形发生器代替音频信号输入，对不同的输入频率进行平均分布测试，观察输出波形失真度，并记录测试结果，计算输出功率进行数据分析。

6）设计电路图时，每个元器件应写明文字符号和主要参数，电路图中的信号流向，一般应从输入端或信号源画起，由左到右、由上到下，按信号的流向依次画出各单元电路，而且尽量画在同一张图上。

7）连接线路时，元器件的安装要便于调试、测量和更换。电路图中相邻的元件在安装时原则上应就近安置。输入级和输出级之间不能靠近，布线时一般先布置电源线和地线，再布置信号线。根据电路图从输入到输出逐级布线。

7. 实验原理及方案

1）系统结构

音频信号以 5mV 有效值正弦波的形式作为输入信号，经过了基本的放大环节，然后分层次逐步实现基本功能、立体声、变调等功能，最后通过功率放大，输出到负载 8$\Omega$ 的喇叭。

图 1 系统结构图

2)实现方案

一般情况下，运算放大器的增益与带宽的乘积是常数，在集成电路接通电源正常工作的情况下，输入被测正弦信号，通过多级放大，实现较大带宽下的较大增益。然后，在通过带阻滤波器、差分放大器等，实现立体声的效果。还可以通过幅频调节实现音调的控制。最后，经过功率放大器，实现最终的音响放大效果。

A．基本放大环节

一般的音频信号都是 5mV有效值的电压，因此可在设计环节用 5mV有效值的正弦波信号来代替输入信号，将频率设置为常见的 1KHz。

考虑到增益带宽积，设计两级信号放大，实现较大带宽下增益的较大提高。

图2 基本放大环节流程图

整体线路调试通过后，将输入信号连接到电脑等电子设备的音频输出端，用实际音乐验证线路设计的可行性。

B. 立体声效果环节

用运放电路构成一个有源带阻滤波器，将单声道全信号中 $2 5 0 \mathrm { H z } { \sim } 6 \mathrm { k H z }$ 的信号衰减掉，剩下的作为左声道信号；将左声道信号和全声道信号通过差动放大器，得到的差模信号作为右声道。这样就可以从普通的单声道信号中得到两个相异的信号，产生舒适的立体声效果。

有源带阻滤波器的实现有多种方案，可以根据需要进行选择。如图3电路，两个平行的RC 双T选频网络，可实现有源带阻滤波器的功能。

图 3 RC双T 选频网络

C.音调控制环节

常用的音调控制电路有三种：（1）衰减式 RC音调控制电路，其调节范围较宽，但容易产生失真；（2）反馈型电路，其调节范围小一些，但失真小；（3）混合式音调控制电路，其电路教复杂，多用于高级收录机中。

考虑到电路简单，信号失真小，我们通常采用反馈型音调控制电路。

图 4 反馈型音调控制单路分解图

在图（a）中，可以得到低音的提升；在图（b）中可以得到低音衰减；在图（c）中可以得到高音的提升；图（d）中可以得到高音的衰减。音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。将这四种电路形式组合在一起就可以得到一个完整的反馈型音调控制电路。如图 5所示。

图 5 反馈型音调控制电路

音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性。图中 RP1为低音调节，RP2为高音调节，通过运放 LM324的负反馈，实现高音和低音最大正负 10dB 调节。

D.功率放大

功率放大器的作用是给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能的小，效率尽可能高。

8. 教学实施进程

1）课前准备

学生根据自己分配到的题目要求，查阅资料，对各方案进行分析，选择合适的方案。确定原理图。

2）仿真电路

进入实验室，用 multisim 仿真软件对电路进行仿真，分析各种方案的优缺点，实现目标技术指标。找出关键点的元件，会调试结果。

3）实物连接

使用面包板连接实物，对电路进行调试。注意元件的有效使用。

4）总结论述

对系统做总结分析，记录数据表格并处理，画出关系曲线图。完成论文总结。

9. 实验报告要求

实验报告主要包括以下几个方面：

1）任务要求及题目分析；
2）设计方案及论证，方案比较；
3）系统结构设计，文字说明及原理框图；
4）具体电路设计，参数选择；
5）线路的连接与调试，遇到的问题
6）测试方法、测试数据、数据分析和结论
7）总结收获、体会
8）参考资料

10.考核要求与方法（限 300 字）

11.项目特色或创新（可空缺，限 150 字）

基本的芯片使用，常规功能模块的组合，使得实验项目难度和工作量适中，并具有进阶性，满足不同层次学生的需求。通过各种功能的实现，综合考查了多种知识的工程应用，增添了实验的趣味性。使得学校中的所学所做在当今时代有所用，提升学生兴趣与学习热情。

参赛信息表