CN204537577U - 基于扩音机的电子技术实验平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一款基于扩音机的电子技术实验平台。该实验平台以扩音机电路为载体，以信号流为线索，将电子电路分为若干可以灵活更换的模块，安装于敞开式金属支架上，电源电路和信号处理电路分列为支架的两个区域，便于单独调整和测量；音频信号处理电路又分为功率大电路、前置放大电路、单量音调控制电路、声源选择电路、MIC放大电路、稳压电路等模块，各类电路模块可以连接在以功放为基础的电路母板插座上，选用与更换灵活。本实用新型的突出优点在于：改传统电子技术实验箱对单一功能电路的验证为应用目标明确的电子系统学习，从系统应用中了解各类电子电路的工作要求与性能；它既是一个实验平台，又是一款实用性的电子设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电子技术基础实验设备，属于电子技术基础教学与电子技术应用领域。
背景技术
学习电子技术知识必须经历其实验环境，从实验过程中理解和巩固理论知识，进一步展现问题、解决问题，积累经验、拓展处理问题的方法。目前的电子技术是以半导体器件为基础，根据电子器件的功能和应用目标构建电路，如采用运算放大器构建线性放大电路、有源滤波电路、定时电路、微积分电路等，采用功率放大器构建功率放大电路，采用压控集成芯片设计音量音调平衡控制电路，采用三端稳压器为小功率电路供电等，所采用器件的功能与应用目标均相一致。
当前大多数电子技术基础实验设备是以验证单元电路功能为目标，将三极管放大电路、场效应管放大电路、差分放大电路、运算放大器电路、功率放大器电路、串联稳压电路、常用的电阻电容元件等都集中在一个实验箱中，有的还加入了数字实验电路，并且由实验箱内部提供工作电源。这类实验箱虽然电路种类比较全，但每一类电路都比较独立，重点是研究单元电路的性能指标，实验后学生还是难以了解所学电路在实际应用中的地位、作用、性能指标的侧重点等问题，不便于将知识点形成系统性。各单元电路的空间安排比较分散，全部用导线接插方式连接，不可能构成一个电子设备整体。
实际上模拟电子技术的核心是信号放大，而扩音机的主要任务就是放大音频信号，它比较全面地应用了电子技术基础的内容。因此，将扩音机电路做适当的空间展开，划分出不同功能的电子线路模块，留出音频信号连接与调整端口，就可以成为一个电子技术基础的实验平台，并且可以从一个电子系统中进入其中的一个单元电路，考察其电路结构特点、性能指标等，这样的实验更加接近于实际应用，更有利于培养学生的实践能力。
作为一种新型的以模块化电路为基础的形成电子系统的教学实验设备，其结构需要做重新布置。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有明确应用目标的电子技术实验设备。
本实用新型要解决的问题是电子技术基础实验的应用目标和系统性，体现技术的实用性特点。
基于扩音机的电子技术实验平台包含电源电路和信号处理电路两大部分，分作两个区域安装于敞开式金属支架上，敞开式金属支架由铝质散热器、铁质中间分隔板、前端面板、后端面板组成，如附图1所示；信号处理电路以音频信号流为主线索，以OCL集成功率放大芯片构成电路母板，在母板上设置2-3个音频信号输入有源接口，设置3-4个相同结构的音频信号中间处理接口，1组扬声器输出接口，设置1组直流电源输入接口，母板上的电源由后端向前端输送，音频信号由前端向后端输送；音频信号中间处理接口采用2×5P的2.54mm双排插座，两路音频信号通道分列在插座的两外边，每边的一个芯作为信号输入，另一个芯作为信号输出，插座的间中两芯定为地线，地线的两边是±12V电源线，将±12V电源输入侧的插座芯位3、7堵塞或者去除接线片；在母板外侧的铁质分隔板上固定一块面包板，可以用面包板插线与母板上2×5P的2.54mm双排插座相连接；电子技术实验平台信号流的前端设置有声源选择电路模块，包含MIC输入接口、USB接口、TF卡插槽、其他线路输入接口，安装于前端面板，用馈电线与母板连接，可以独立拆装；处理音频信号的各独立电路模块均以接插件插入式连接至电路母板；电源电路包含交流输入接口、电源变压器、整流器流滤波电路，安装于敞开式金属支架电源区域，如附图2所示，通过馈电线连接至母板的电源接入口。
敞开式金属支架的中间分隔板、前端面板、后端面板均采用0.5-1.0mm厚的铁皮制作，相互间用螺丝固定，方便拆装，能够起到良好的电磁隔离与屏蔽效果。这样的结构也很方便加装外罩壳。样机的散热器尺寸采用300×50×120mm铝质型材，包含散热器的金属支架整体尺寸为300×120×175mm，信号处理电路区间高度为65mm，电源区间高度为55mm，电路母板长与宽分别为200mm和70mm。实际实验平台也可设计成其他尺寸。
电子技术实验平台的主电源电压除了集成功率放大芯片所需要的电压之外，采用±12V双电压，由设置在母板上的LM7812和LM7912线性稳压所得，其他电路模块所需的电压再从±12V中转换获得。
电子技术实验平台电路母板上的音频信号中间处理接口用于连接音量音调控制电路模块、信号放大电路模块、信号滤波电路模块等。在音频信号中间处理接口设置中，将±12V电源输入侧的插座芯位3、7堵塞或者去除接线片，是防止模块电路反方向插入造成电压极性反接而损坏器件。当某个插座不需连接模块电路时，用导线短接信号输入输出插座芯，如采用尾部短路的排插连接。
主要的一组MIC信号放大电路、声音文件解码模块、其他线路输入接口等均集中在声源选择电路模块上，依赖模拟开关通过选择按钮以循环方式选择其中一个声源送至电路母板。为了使得各声源传输到接口处的电平尽量一致，MIC信号放大电路的电压增益控制在80-100倍，并适合柱极体话筒的使用要求；声音文件解码模块输出的信号电压衰减10倍。另外还可以单独设置其他MIC信号放大模块，独立安装，单独通过导线与母板上的音频信号输入有源接口相连接。
电子技术实验平台电路母板上还设置有压控音量衰减电路，以实现利用MIC输入信号自动关闭其他声音信号输出的功能，省去音乐播放过程中MIC手动接入环节。由不经过声源选择电路模块的MIC放大电路输入信号至衰减电路，场效应管Q1、Q2就是音量衰减元件，衰减电路结构如附图5所示。
本实用新型的优点：与现有电子技术实验设备相比，基于扩音机的电子技术实验平台将音频信号源选择、音频信号处理、小信号放大、音频功率放大、电源技术、保护技术、电子工艺等构建成一个系统，还可以加入各种数字控制模块，既能独立测试调整各功能模块，又有明显的应用目标，便于学生理解不同电路模块的性能要求，有助于真正掌握电子技术。配全各功能部件，就是一台性能优异、功能完整的扩音机产品，可以播放MIC、LINE信号和WAV、MP3音乐文件，应该具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本实用新型基于扩音机的电子技术实验平台的信号处理区域立体示图；
图中：1、铝质散热器；2、集成功率放大芯片；3、信号输入插座；4、扬声器接线柱；5、音效调节旋钮；6、功率放大母板；7、功能模块插座；8、线路板；9、后端面板；10、电源变压器；11、铁质中间分隔板；12、前端面板；13、面包板。
图2是本实用新型基于扩音机的电子技术实验平台的电源区域立体示图；
图中：1、铝质散热器；4、扬声器接线柱；5、音效调节旋钮；8、线路板；9、后端面板；10、电源变压器；11、铁质中间分隔板；12、前端面板；14、直流电源板；15、交流电输入插座及开关；16、直流电源板交流电输入接线排；17、滤波电容；18、扩音机开启按钮。
图3是本实用新型基于扩音机的电子技术实验平台的音频信号中间处理接口；
图中数字1-10是插座芯位的编号。
图4是本实用新型基于扩音机的电子技术实验平台的前面板孔位的定位尺寸；
图5是本实用新型基于扩音机的电子技术实验平台的MIC信号压控音量衰减电路图；
图中：P1是独立MIC放大模块的接口；P2是自控清除接口；P3是声源选择模块的接口；场效应管Q1、Q2是音量衰减元件；P4是音频信号中间处理接口。
图6是本实用新型基于扩音机的电子技术实验平台的电路母板电源与功率放大电路图。
图中：TDA7293V是集成功率放大芯片；VLi、VRi分别是左通道、右通道音频信号；IC5B及周围元件构成开机延迟输出电路；P4-P7是音频信号中间处理接口。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本实用新型作进一步的说明。
电子技术实验平台供电电源的配置要求：本实用新型样机的电源电路是采用传统功率放大器工频变压器降压整流滤波的方式，变压器最好选用环型结构。这一类变压器的短时间输出可以大于其标称功率，而扩音机的额定输出功率是指音频信号最大不失真输出功率，实际使用过程中只可能短时间出现，所配置的电源变压器视在功率可以小于扩音机的额定功率，如200W额定功率的扩音机配置100-150VA的环形变压器。由于整流滤波后的电源电压直接为功率放大电路供电，需要滤波后的纹波电压尽量小，因此电源的滤波电容容量以大为好，对于200W额定功率的双声道扩音机，8Ω功率负载，最大输出电流约为3.5A，电源滤波电容容量应该在7000μF以上。对于TDA7293V功放芯片，工作电压约为50V，变压器选用双32-36V输出加双15V输出的环形变压器，输出±45-±50V、±20V四路电压。但通常的变压器产品只有双绕组输出，±20V低直流电压只能采用半波整流RC或LC滤波实现。
开关电源相比线性电源，瞬时响应能力更强，功率体积比更高，电压稳定性更好，输出端口数设置比较灵活，但要正确处理好开关电源特有的电磁噪声问题。电子技术实验平台的供电电源也可以采用低骚扰开关电源，开关电源的输出功率应该达到200W以上，输出±50V、±16V四路电压。若采用开关电源，安装结构设计上特别要注意用电的安全性。
功率放大电路的更换与调整：本实用新型的样机电路是基于TDA7293V集成功率放大器的电路母板完成音频信号功率放大，输出功率较大，在空间布局方面将TDA7293V集成芯片紧贴于散热器，电源滤波电容设置在功放芯之间，电源输入地线与音频信号输出地线分开走线，并汇聚于电源滤波电容处，电原理图如附图6所示，属于OCL功率放大类型，其电压增益控制在30-40倍为妥。如果电子技术实验中要采用其他功率放大电路，可以设计成另外的功率模块连接在最后一个音频信号中间处理接口P7上，接口P7的输出信号端悬空，并从功率模块上输出功率信号。
前置放大电路由音响运算放大器构成双通道同相放大电路，可以做成电路模块，也可以以面包板上搭建电路后，再连接至音频信号中间处理接口上。前置放大电路结构参考教材，前置放大电路的电压增益不宜过大，一般以10-20倍为宜，电压增益过高会造成整机的自激振荡。另外，前置放大电路自身应该配置电源退耦滤波网络。
单调音量控制可以选取用LM1036集成芯片，其应用电路结构简单，性能可靠，采用压控方式调整，能有效地消除电位器调节的接触噪声。其应用电路请参考LM1036芯片的官方资料。当然也可采用其他芯片实现，如LM4610、TA7630芯片等，甚至采用无源、有源一阶滤波电路等。可以做成模块电路，也可以面包板上构建电路。
声音文件解码模块的电路比较复杂，可以采用成品模块，要求至少能够解码WAV和MP3两类最基本的音乐文件，并且有标准USB连接口。
根据实际应用的需要，可以在该电子技术实验平台上加入其他功能模块，如加入输出功率测量模块，显示送至扬声器的电功率大小及电平高低等；加入带通带阻等高阶滤波模块，用以分频或者限制音频信号带宽；加入音乐电平指示电路，以增加修饰效果等。
Claims (4)
1.一款基于扩音机的电子技术实验平台，其特征是：实验平台包含电源电路和信号处理电路两大部分，分作两个区域安装于敞开式金属支架上，敞开式金属支架由铝质散热器、铁质中间分隔板、前端面板、后端面板组成；信号处理电路以音频信号流为主线索，以OCL集成功率放大芯片构成电路母板，在母板上设置2-3个音频信号输入有源接口，设置3-4个相同结构的音频信号中间处理接口，1组扬声器输出接口，设置1组直流电源输入接口，母板上的电源由后端向前端输送，音频信号由前端向后端输送；在母板外侧的铁质分隔板上固定一块面包板，可以用面包板插线与母板上2×5P的2.54mm双排插座相连接；电源电路包含交流输入接口、电源变压器、整流器流滤波电路，安装于敞开式金属支架电源区域，通过馈电线连接至母板的电源接入口。
2.根据权利要求1所述的基于扩音机的电子技术实验平台，音频信号中间处理接口采用2×5P的2.54mm双排插座，两路音频信号通道分列在插座的两外边，每边的一个芯作为信号输入，另一个芯作为信号输出，插座的间中两芯定为地线，地线的两边是±12V电源线，将±12V电源输入侧的插座芯位3、7堵塞或者去除接线片。
3.根据权利要求1所述的基于扩音机的电子技术实验平台，信号流的前端设置有声源选择电路模块，包含MIC输入接口、USB接口、TF卡插槽，安装于前端面板，用馈电线与母板连接，可以独立拆装。
4.根据权利要求1所述的基于扩音机的电子技术实验平台，处理音频信号的各独立电路模块均以接插件插入式连接至电路母板。
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| CN109782852A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-05-21 | 哈尔滨学院 | 一种新型信号处理平台 |
| CN111836181A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-27 | 方博科技(深圳)有限公司 | 一种高精度前后级一体式音频测试功放 |
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