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双声道音频电路设计.docx

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.69M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    1 一 课程设计任务 1.1 设计题目............................................................................................................................2 1.2 功能要求............................................................................................................................2 1.3 总体方案............................................................................................................................2 1.31 芯片介绍...................................................................................................................2 二 硬件系统的设计 2.1 电路原理图.........................................................................................................................3 2.1.1 电路分析.................................................................................................................4 2.2 注意事项.............................................................................................................................5 三 PCB 设计 3.1 整体布局............................................................................................................................5 3.2 Rule 设置..........................................................................................................................7 四 电路调试与测试 4.1 成品效果............................................................................................................................7 4.2 调试结果............................................................................................................................7 五 实物制作过程 5.1 电路图打印.......................................................................................................................7 5.2 热转印...............................................................................................................................8 5.3 钻孔...................................................................................................................................8 5.4 电路板腐蚀.......................................................................................................................9 六 总结体会.........................................................................................................................9 附录.......................................................................................................................................10 1
    2 1 3D 图....................................................................................................................................10 2 实物图.................................................................................................................................11 3 元件清单.............................................................................................................................11 4 参考文献.............................................................................................................................11 1.1 设计题目：音调可调小功率放大器 1.2 功能要求： 1、（RP1、RP4）、（RP3、RP6）、（RP2、RP5）为 同轴双联电位器，分别用于低音、 高音及音量调节。 2、最大输出功率 1.25W。 3、注意合理分布去耦电容。 1.3 总体方案: 本课程设计采用 TDA2822M 作为本设计的功放芯片，并在前端增加两路运放，采用 LM324N 放大信号并且增加控制音量和高低音的电路。双路输出，采用 8 欧姆喇叭作为负载输出音频 信号。 1.3.1 芯片介绍: TDA2822M 是一款常见的小功放芯片，其最低工作电压为 1.8V。 在电路的核心是集成电路 TDA2822M。实际上，这个 IC 是在单片式 8 无铅微型 DIP(双列 直插式封装)。它被设计为双电池供电的声音播放器的音频功率放大器使用。TDA2822M 的特 点是非常低的静态电流，低交越失真，直流电源电压下降到 1.8 伏，最小输出功率约 450 毫瓦/通道，5V 直流电源输入 4 欧姆扬声器。 2
    3 LM324N: 针脚数:14 工作温度范围:-40°C to +85°C 最大电源电压:32V 最小电源电压:3V 额定电源电压:+5V 引脚图： 二 音频功率放大器的设计 2.1 硬件原理图 3
    4 2.1.1 电路分析 电路的操作非常简单。从电脑音频端口或耳机端口输入信号，VR1、RP4 作为低音控制 器，而 VR3、RP6 作为低音控制器。VR2、RP5 作为音量控制器。元件 R6 和 C7，R8 和 C9 组 成的经典 Zobel 网络。 输入端： 1.输入端还有落地的偏压电阻，此电阻数值可用来调整输出端的直流电压，使之接近 1/2 电源电压，以得到最佳之功率输出。由于 IC 的工作范围很宽，因此中点电压的差异很 大，在实用电路上需搭配电源电压选取数值。 2.由于输入端还有落地的偏压电阻，因此实际的输入阻抗为两者的并联数值。此外信号 输入端与前级电路连接，还需隔直流的电容器，须注意电容器的数值与输入阻抗形成高通回 路，必须选取容值够大能让最低音频通过，但若数值太大会在开关机充放电时产生延迟噪音。 3.另外在输入端为可调电阻时，一般会错误的将输入端直接连上可调电阻的动点上，应 该中间串接电阻，以免动点接地时，可能造成 IC 损坏或音频失真。也有些错误是输入端仅 连接通路电容，却没有落地的偏压电阻。 4.本 IC 虽然没有内藏 Mute 控制电路，可以在输入端作外部电路处理，不过会有 Pop 噪音的产生。（只要输入正端拉到地电位，或负端拉到高电位，可以 Mute） 4
    5 输出端： 1.输出端的电容器与喇叭负载形成高通回路，因此数值必须使最低音频能通过。公式如 下： 2.最低音频 F6db-low = 1 / 2π(输出连接电容 Co * 喇叭阻抗 Ro) 3.也就是 Co = 1/2π(F6db * Ro)，若喇叭 8 Ohm, 低频 50 Hz, 则 Co 数值需大于 400 uF。如果是以 3dB 为参考点，则为 1.4 倍 560 uF。 4.输出端另外有 0.1 uF 串接 4.7 Ohm 接地，一般规格书很少说明用途，因而有些设计 人员会把它省掉或是只装电容器，这是不正确的，即使测试时一切正常，但是在动态音乐信 号下，仍然可能产生间歇性的高频震荡。那是高频相位转移电路，在输出的大电容器的引脚 与喇叭引线，在高音频段可能因电感效应激发正回授震荡时，将正回授震荡移转相位后消除。 现代的大电容器制造上，已经基本上降低了引脚电感的产生，问题较少发生。 5.很多工程人员会忽略到一些输出端的细部问题，由于阻抗很低甚至到 4 Ohm 的负载， 却使用很细的喇叭线或是很细的 PCB 铜箔，造成输出功率的损失。举例来说，以 0.1 Ohm 的 喇叭线，就会造成输出功率 10%的损失。（两条为 0.2 Ohm, 电压少 5 %，功率已少 10%）尤 其在仪器测试时，更须注意所有外部的负载接线及电源接线，以免影响测试数据。 2.1 注意事项 1.为减少电源噪声，需要在电源端对地加滤波电容，本设计中采用 0.1uf 和 10uf 的钽 电容与瓷片电容并联，降低交流电源对地的阻抗。在各个芯片的电源端同样需要加滤波电容。 并切在 PCB 连线的时候，电路尽可能靠近地线，地点应短而粗，路径尽可能小以降低 EMI， 提高产品性能。 2.LM324N 芯片有多个输入端，闲置的端口应连接成电压跟随器或接地，不能悬空，以 避免不稳定电位带来影响。 3.2822 通常 5 脚对地设计用 0.01u 的电容，实验证明太小。将其加大至 100u 后，噪音 有所改善。 4.PCB 连线时，采用单点接地，地线线宽采用 1mm，连线不能采用 Z 字形，以此降低 EMI。 3.1 整体布局 本次 PCB 制板所用软件为 AltiumDesigner，该软件主要用于印刷电路板设计系统。简 单制板操作流程如下： （1）简单原理图设计 5
    6 （2）绘制电路原理图 （3）生成电路原理图网络表文件 （4）创建 PCB 文件，设计相关文件参数 （5）在 PCB 文件中导入原理图网络表 （6）元件布局布线，生成 PCB 板在原理图设计中，根据设计的电路，我们首先需要放 置所有需要的元件，大部分元件我们可以在元件库中找到，少数元件有可能找不到，这时我 们可以利用软件自己制作元件，根据原件外形和管脚情况，绘制出自己所需要的元件，然后 加载到元件库中调用。原理图中每一个元件最为关键的部分便是准确填写他们的封装形式， 既要符合元件管脚情况，又要考虑该元件与其它元件的连接情况，更为重要的是所填写的封 装要与与 PCB 文件中的封装库里面的相统一，这样才保证生成真确的 PCB 板图。元件的封装 情况和管脚网络连接情况我们可以从生成的网络表文件中一目了然。在向 PCB 文件中导入网 络表以后，首先要对电路板进行自动布局，然后进行手工调整，得到自己满意的排列形式， 再次确定禁止布线层，进行自动布线，由于本次设计元件较多，连线复杂，因此布线时我们 选用双层布线，做成的 PCB 板也相应是双层板。 本设计采用了双面板，大小为 7mm*10mm，双面布线，单面焊元件，如果采用两面焊件， 电路板的大小可以进一步减少。电路中电容电阻均采用了贴片封装，电解电容、芯片采用了 直插，音频接口与双联电位器根据封装引脚参数自己绘制。 以下是本次设计生成的原理图和 PCB 板效果图： 6
    7 3.2 Rule 设置 线宽设置 地线线宽 1mm,电源线线宽 0.8mm，信号线线宽 0.6mm。 安全间距设置 除了元件间的安全间距之外，增加了铺铜铜间距的安全间距为 50mil。 四 电路调试与测试 4.1 成品效果 元件焊完之后，用手机通过音频线输入信号，8 欧 10W 喇叭输出信号，输出音频有较大 噪声产生，当靠近电子产品时会受到干扰，调节音量电位器，发现输出音频信号声音过小， 可能运放出问题了，有可能芯片问题。 4.2 电路调试与结果 更改滤波电容，采用更大容值电容，降低噪声；更换 LM324N 芯片，输出信号声音变大， 得到解决，电源地与信号地之间串联 0 欧姆电阻，降低阻抗，防止信号互扰。 五 实物制作过程 5.1 电路图打印 7
    5.2 热转印 5.3 钻孔 8 8
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