模電課程設(shè)計--usb電腦聲卡功放設(shè)計

1、<p>　　題目名稱:《USB電腦聲卡功放設(shè)計》</p><p>　　姓 名： </p><p>　　專 業(yè)：</p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 ：

2、 </p><p>　　信息科學(xué)與工程學(xué)院電子信息系</p><p>　　2013 年 07 月 07日</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　這次的模擬電路課程設(shè)計題目為音頻功率放大器，簡稱音頻功放，音頻功率放大器主要用于推動揚(yáng)聲器發(fā)聲，凡發(fā)聲的電子產(chǎn)品中都要用到音頻功放，比如手機(jī)、MP4

3、播放器、筆記本電腦、電視機(jī)、音響設(shè)備等給我們的生活和學(xué)習(xí)工作帶來了不可替代的方便享受。本設(shè)計主要有以下特點(diǎn)：</p><p>　　USB電腦功放內(nèi)置USB數(shù)字音頻解碼，單一USB插頭，無需外接電源，無需外接音頻線，簡潔方便，解決了一根線就能聽音樂的技術(shù)！</p><p>　　USB數(shù)字音頻解碼電路，替代電腦板載聲卡，擺脫主板高頻干擾，保證音質(zhì)純凈；</p><p>

4、　　采用高效的D類放大器，在USB接口有限的電源供應(yīng)下依然有強(qiáng)勁聲音表現(xiàn)；</p><p>　　先控制器調(diào)節(jié)，數(shù)字音量控制，另具有工作狀態(tài)指示燈，便于使用；</p><p>　　線路簡單，無需繁瑣連接，輕松享受音樂。</p><p>　　關(guān)鍵詞：USB數(shù)字解碼、電腦功放、放大器、CM102。</p><p><b>　　目錄：<

5、;/b></p><p>　　第一章 音頻功率放大器的介紹3</p><p>　　1.1 早期的晶體管功放3</p><p>　　1.2 設(shè)計功放電路的意義4</p><p>　　1.3 總體設(shè)計步驟5</p><p>　　第二章 設(shè)計內(nèi)容6</p><p>　　2.1 設(shè)計要求

6、6</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的組成及工作原理6</p><p>　　2.3 電路設(shè)計6</p><p>　　2.4 CM102芯片介紹7</p><p>　　第三章 設(shè)計心得體會10</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：11</b></p><p>&

7、lt;b>　　附錄：12</b></p><p>　　音頻功率放大器的介紹</p><p>　　在現(xiàn)代音響普及中，人們因生活層次、文化習(xí)俗、音樂修養(yǎng)、欣賞口味的不同，令對相同電氣指標(biāo)的音響設(shè)備得出不同的評價。所以，就高保真度功放而言，應(yīng)該達(dá)到電氣指標(biāo)與實(shí)際聽音指標(biāo)的平衡與統(tǒng)一。音頻功率放大器是一個技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無論從線路技術(shù)

8、還是元器件方面，乃至于思想認(rèn)識上都取得了長足的進(jìn)步。</p><p>　　1.1 早期的晶體管功放</p><p>　　半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步使晶體管放大器向前邁進(jìn)了一大步。自從有了晶體管，人們就開始用它制作功率放大器。</p><p>　　早期的放大器幾乎全用鍺管來制作，但由于鍺管工藝上的一些原因，使得放大器中所用的晶體管，尤其是功放管性能指標(biāo)不易做得很高，例如，共發(fā)射

9、極截止頻率fh的典型值為4kHz，大電流管的耐壓值一般在30V一40V左右。這樣，放大器的頻率響應(yīng)也就很狹窄，其3dB截止頻率通常在10kHz左右，大大影響了音樂中高頻信號的重現(xiàn)。再加上功放管的耐壓、電流和功耗三個指標(biāo)相互制約，制作較大功率的OTL或OCL放大器不易尋到三個指標(biāo)都滿足要求的管子，所以不得不采用變壓器耦合輸出。變壓器的相移又使電路中加深度負(fù)反饋?zhàn)兊煤芾щy，諧波失真得不到充分的抑制，因此這一時期的晶體管放大器音質(zhì)是很差的?！?/p>

10、還是膽機(jī)規(guī)聲”，這種看法的確事出有因[1]。</p><p>　　1.2 設(shè)計功放電路的意義</p><p>　　最好的功率放大器還沒有出現(xiàn)人們對功率放大器的研究一刻也沒有停止過，新的元器件、新的電路形式、新的理論不斷出現(xiàn)，放大器的研究也針對這三個方面全面地鋪開。不器件上，</p><p>　　VMOS管的使用是八十年代以來的一個新動向。VMOS管頻響寬、線性好、無

11、二次擊穿以及電壓推動等一系列優(yōu)點(diǎn)吸引了越來越多的使用者，它的音色也與電子管很接近，投合了膽機(jī)迷的口味。現(xiàn)在主要是缺乏品種眾多的P溝道互補(bǔ)管，這個問題相信很快就能解決。IGBT</p><p>　　也是值得注意的一種新器件，它由MOS管與雙極晶體管復(fù)合構(gòu)成，兼有VMOS管的電壓激勵和雙極晶體管壓降低的優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā)展前途。電路的研究以日本的各家公司最為活躍，近年來，一些公司從全新的角度提出了一系列電路，如YAMAHA

12、的 ALA，SONY的電流傳輸，Technics的CLASS AA，DENON的雙超線性，還有英國Quad的電流傾注，都試圖消除失真的產(chǎn)生，可是人們更欣賞的卻是以精良元件和精湛工藝制作的不帶這些附加措施的放大器。此外，對電路的客觀技術(shù)指標(biāo)與主觀音質(zhì)之間的精確關(guān)系還有待弄清，這需要有新</p><p>　　的理論作為指導(dǎo)。國內(nèi)外的學(xué)者們從不同的角度提出了全新的理論，有的認(rèn)為人耳的動態(tài)聽覺上限超過了20kHz，有的提

13、出了計權(quán)失真度的概念，認(rèn)為人耳對不同頻率的失真具有不同的感知閡值，從10％到0．01％，并給出了實(shí)驗(yàn)得出的閡值曲線。在上述的觀點(diǎn)指導(dǎo)下，必然要制作頻帶更寬，全頻帶失真都極低的功率放大器，而且節(jié)目源也有待改進(jìn)，當(dāng)然這些理論的正確性需要通過實(shí)踐的檢驗(yàn)。</p><p>　　新的技術(shù)飛躍往往是新材料、新理論、新方法的出現(xiàn)之后產(chǎn)生的，音頻放大器同樣也不會例外。在科技日新月異的時代，我們有理由期待更完美的功率放大器的出現(xiàn)。

14、</p><p>　　1.3 總體設(shè)計步驟</p><p><b>　　圖1.3 設(shè)計流程</b></p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計要求</b></p><p>　　采用運(yùn)算放大集成電路和功率放大集成

15、電路設(shè)計音頻功率放大器，其要求如下：</p><p>　　輸入信號為vi=10mV, 頻率f＝1KHz;</p><p>　　額定輸出功率Po≥2W； </p><p>　　負(fù)載阻抗RL=4Ω。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的組成及工作原理</p><p>　　音頻功率放大器實(shí)際上就是對比較小的音頻信號進(jìn)行放大，使

16、其功率增加，然后輸出。其原理如圖(一)所示，前置放大主要完成對小信號的放大，使用一個同向放大電路對輸入的音頻小信號的電壓進(jìn)行放大，得到后一級所需要的輸入。后一級的主要對音頻進(jìn)行功率放大，使其能夠驅(qū)動電阻而得到需要的音頻。設(shè)計時首先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，對整機(jī)電路做出適當(dāng)安排，確定各級的增益分配，然后對各級電路進(jìn)行具體的設(shè)計。 =8W,輸出電壓U =  =8V，要使輸入為10mv的信號放大到輸出的8V，所需的總放大倍數(shù)為800

17、。</p><p><b>　　2.3 電路設(shè)計</b></p><p>　　圖2.3 聲卡功放電路</p><p>　　本設(shè)計主要采用內(nèi)置USB數(shù)字音頻解碼集成電路技術(shù)，替代電腦板載聲卡，擺脫主板高頻干擾；采用高效的D類放大器，在USB接口有限的電源供應(yīng)下依然有強(qiáng)勁聲音表現(xiàn)。</p><p>　　另一方面該聲卡功放線路

18、簡單，無需繁瑣連接。</p><p>　　2.4 CM102芯片介紹</p><p><b>　　2.4.1 引腳圖</b></p><p>　　圖2.4.1 引腳圖</p><p>　　2.4.2 引腳信號描述</p><p>　　說明：DI/DO/DIO-數(shù)字信號輸入/輸出/雙向發(fā)射</

19、p><p>　　AI/AO/AIO-模擬信號輸入/輸出/雙向發(fā)射</p><p><b>　　P-高電平</b></p><p><b>　　SR-高速率控制</b></p><p>　　ST-施密特觸發(fā)裝置</p><p>　　PD/PU-拉低/推高</p>&l

20、t;p>　　5VT-耐壓5V（3.3V正常）</p><p><b>　　設(shè)計心得體會</b></p><p>　　歷時一周的課程設(shè)計結(jié)束了，這給我們帶來了不可磨滅的深刻印象，尤其是對于未知的探索，對錯誤的尋找，這個過程是充滿樂趣和成就感的，在連接電路的過程中，遇到了不少問題，包括原理的理解，實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計，以及在電路連接過程中不可避免的與設(shè)計思想相違背，不能出

21、現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況，經(jīng)過對問題的分析及對線路，對實(shí)驗(yàn)器材的進(jìn)一步調(diào)試，才一步步的解決問題，并最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p>　　在這一周的課程設(shè)計中，收獲是巨大的，首先，在專業(yè)知識的理解與掌握上更進(jìn)了一步，通過對所不理解的專業(yè)知識的查找，并最終將其理解掌握，而且融入到設(shè)計理念中，這是一個不斷成長和成熟的過程。</p><p>　　第二，學(xué)會了怎么去做一個設(shè)計者，在設(shè)計的過程中，我們必須不

22、斷提高，必須通過不間斷的學(xué)習(xí)來解決一個又一個難題，更重要的是遇到難題時我們應(yīng)該抱有一個平淡的心態(tài)，以一個尋求答案的，渴望的思想去找到解決問題的方法，最終將問題解決。</p><p>　　第三，明白了怎么去做一個合作者。在一個設(shè)計中，一個人的力量是渺小的，只有在小組成員的共同努力下，才能更好的完成任務(wù)，達(dá)到設(shè)計要求，，對待不懂的問題要及時詢問，竭盡全力得到自己想要的知識。</p><p>　

23、　第四， 明白了基本的理論知識和實(shí)踐設(shè)計的差別，好多理論上可以執(zhí)行的東西有時候是調(diào)試不出來的，這時候就要去自己尋找錯誤，有時候是電路連接，有時候是實(shí)驗(yàn)設(shè)備的問題。而且把理論知識運(yùn)用到實(shí)踐中時也是一個很大的挑戰(zhàn)，需要不斷的探尋和調(diào)試才可以達(dá)到目的。</p><p>　　最后，這次課程設(shè)計讓我得到了很多在課堂上無法獲得的知識，以及解決問題的方法，對我來說，這是一次成功的課程設(shè)計，實(shí)踐，永遠(yuǎn)是熟練自己知識的最根本的方法

24、。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 楊欣、王玉鳳、劉湘黔. 電子設(shè)計從零開始. 清華大學(xué)出版社. 2005</p><p>　　[2] 華成英、童詩白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）. 高等教育出版社. 2006.5</p><p>　　[3] CM102-A+_IcpdfCom