音响放大电路设计
本设计所采用的电路模块包括语音话筒、话筒前置放大器、音频输入、混合前置放大器、音调控制器及功率放大器。使用LM324集成运放构成话筒前置放大、混合前置放大和音调控制电路，为音响放大电路的前半部分，负责对语言信号和音频信号的处理。而后半部分功率放大电路则使用集成功放TDA2030来提升电路的输出功率，来带动扬声器工作。
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1.总体设计方案
1.1 设计思路
根据任务要求，所设计的音响放大电路需实现话筒放大，电子混响、混合前置放大、音调控制、功率放大等功能。为了简化电路设计和方便调试，可以将电路分别封装成各个模块，每个模块实现一种功能，最后将其组合成音响放大电路。
1.2音响模块流程
根据所设计的框图，音响放大电路共有两个输入端。一个是通过话筒输入语音信号，一个是通过音频接口输入音频信号。语音信号通过话筒前置放大电路和电子混响电路，放大人声信号并对其产生回声处理。混合前置放大电路可以将语音信号与音频信号加在一起进行放大。音调控制电路可以通过调节电路的上限截止频率和下限截止频率来达到调节声音信号的高频与低频响应的目的。功率放大电路可以把声音信号进行功率放大，带动扬声器工作，发出声音。
1.3 基本电路的选择与论证
1.3.1 信号放大电路
方法一使用分立式元件，搭建一个基本的信号放大电路。例如下图所示，使用一个NPN型三极管2N5551搭建一个基极分压射极偏置放大电路。电路通过输入回路与输出回路以三极管的发射极为公共端。输入信号 通过电容C1加到三极管的基极，引起基极电流 的变化，基极电流 的变化又使集电极电流 发生变化且 的变化量是 变化量的β倍。由于有集电极电压， = - R3， 中的变化量经耦合电容C2传送到输出端，从而得到输出电压 。当电路中的参数选择恰当时，便可得到比输入信号大得多的输出电压，以达到放大的目的。
方法二使用集成运放构建同相放大电路或反相放大电路来实现对信号的放大。例如，使用LM324通用式集成运放构建一个基本的同相放大电路或反相放大电路，通过调节电阻R2与R1的比例关系，来调节电压增益大小。
方案选取：由分立元件组成的放大电路，如果，元件的参数选择恰当，各个元件的性能优良，电路性能就好。但只要其中有一个元件出现问题，则电路性能就会大大下降。且分立元件受外界环境影响较大，如温度将会改变三极管的放大系数。而集成运放电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全。故选择集成运放所构成的放大电路作信号的基本放大电路。
2 单元电路的设计与仿真
2.1 话筒前置放大电路
2.1.1 电路原理
话筒使用的是驻极体咪头，能够将声信号转化为电信号。但是它输出的电压信号很小，一般只有5-10mV，故需要设计一个话筒前置放大电路来信息。因为一般咪头的输出阻抗大小为2kΩ,故所设计的放大电路的输入阻抗应远远大于该阻值，故选择输入阻抗较大的同相放大电路。
话筒前置放大电路中的电阻R2是为了给咪头提供一定的偏置电压，确保其能正常工作。电阻R1、R3引入了深度负反馈，可以稳定电路的电压增益倍数，改善电路性能。电容C1为耦合电容，目的是隔断直流信号的噪音和传递交流信号。
电压增益 计算公式:
2.1.2 Multisim仿真
采用信号源模仿话筒输入10mV信号，使用示波器与波特图示仪仿真结果如下：
当信号频率为1kHz时，输出信号峰峰值为78mV，放大倍数大致为8倍，与理论推导值一致。信号在20-20kHz未产生频率失真，其电压增益稳定在18.058dB，约为8倍。
2.2 混合前置放大电路
2.2.1 电路原理
音响放大电路有两个输入信号，一个为话筒输入的人声信号，一个为音乐信号。故需要一个混合前置放大电路将这两个信号整合在一起，变成混合的音频信号。所以使用加法器电路作为混合前置放大电路的基本电路。因为同相加法器电路的输入阻抗高，可能会导致一个输入端口的输入信号会流向另一个输入信号。而反相加法器电路输入阻抗小，不存在这个问题。所以选择使用反相加法器电路。
在电路中，可调电阻R4、R5的作用是控制输入信号的大小，电阻R1、R2、R3引入深度负反馈，稳定电压放大倍数。电容C1，C2为耦合电容，过滤掉输入信号中的直流分量。
电压计算公式：
2.2.2 Multisim仿真
当输入两个同频率、不同幅值的信号时，其输入输出波形如图2.5所示。
当输入两个不同频率、不同幅值的信号时，其输入输出波形如图2.6所示。
根据电路仿真结果，混合前置放大电路的工作正常。
2.3音调控制电路图
2.3.1电路原理
音调控制的作用是通过控制电路的高频增益倍数和低频增益倍数来调节输出信号的低频、中频、高频成分的电压大小，本质上为一个可调截止频率的带通电路。音调控制电路有很多种，例如衰减式音调控制电路和反馈式音调控制电路。因为反馈式音调控制电路只会改变电路频率响应特性曲线的截止频率，而不改变其斜率。且反馈式音调控制电路可以很好地补偿音响系统的频率失真，而且适应于人耳的听觉特性。所以选择使用反反馈式 音调控制电路。
如图2.7所示为反馈式音调控制电路，电路中的电阻R1、R2、R3和电容C3、C4组成了音调控制电路里的低音反馈电路，用来控制电路的低频增益大小。电阻R5、R6和电容C5组成了高音反馈电路，用来控制电路的高频增益大小。
当输入低频信号时，因为电路中的电容的容值大小都很小，故可以将C3、C4、C5当做开路处理，此时控制电路的下半部分断开，信号只能从上半部分流入。所以无论怎么调节滑动变阻器R6，都对信号无影响。当滑动变阻器R2的滑臂滑到最左端时，C1 被短路，C2开路；低音信号经过R1、R4 进入运放，输入量最大；而低音输出负反馈则经过R2、R3、R4进入运放，负反馈量最小，此时低音增益最大；当滑动变阻器R2的滑臂到右端时，低音信号经过R1、R2、R4 进入运放，输入量最小，则刚好与上述情形相反，此时低音衰减最大。
当输入高频信号时，因为电路中的电容的容值大小都很小，因此可以将电路中C3、C4、C5当做短路处理，导致滑动变阻器R2被短路。此时无论怎么调节R2，都对信号的增益无影响。当滑动变阻器R6的滑臂滑到最左端时，高音信号经过R5进入运放，输入量最大；而低音输出负反馈则经过R3、R4、R5进入运放，负反馈量最小，此时高音增益最大；当滑动变阻器R6的滑臂滑到右端时，则刚好与上述情形相反，此时高音衰减最大。
2.3.2 Multisim仿真
调节滑动变阻器R2、R6，使音频控制电路对低频信号和高频信号的衰减倍数达到最大，使用波特图示仪仿真。发现电路在低频和高频时的电压增益为-9dB左右，而中频增益约为0。
调节滑动变阻器R2、R6，使音频控制电路对低频信号和高频信号的增益倍数达到最大，使用波特图示仪仿真。发现电路在低频和高频时的电压增益为10dB左右，而中频增益约为0。
根据仿真结果，音调控制电路满足设计要求。
2.4功率放大电路
2.4.1电路原理
功率放大电路的目的是给负载提供一定的输出功率。当负载一定的时候，希望输出的功率尽可能大，输出的信号失真系数尽可能小，效率尽可能的高。功率放大电路的常见电路形式有OTC,OCL电路。有用集成运算放大器和三极管组成的功率放大器，也有专用过的集成电路功率放大器。为了提高功放电路的稳定性和制作上的简便，故采用了以集成功放TDA2030为核心的功率放大电路。
在电路中，电阻R1、R2构成了电路的负反馈网络，用于设定电路增益大小。电容C1、C3为低频退耦电容，电容C2、C4为高频退耦电容，作用是防止前后电路网络电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流冲击对网络的正常工作产生影响。电容C6、C7为耦合电容，隔绝直流信号。电容C5与电阻R5组成的支路有稳定电路的频率的作用。
输出功率为：
2.4.2 Multisim仿真
当输入一个幅值大小为1V，频率为1kHz的信号时，输出的电压信号最大值为4.45V，负载电流大小为401mA。
根据计算，得到功率放大电路的输出电压 =1.23W满足输出功率为1W的要求。
