1、1开关型混音器一、系统设计任务与要求1.1 设计任务设计并制作一个开关混音器1.2 设计要求混音器是指在音响电路中，将几路来源不同的音频信号经过适当电路混合后，共同进入放大器的一种电路。1.3 设计思路本次采用的设计方案由 3 路前置电路，振荡电路，开关电路，混音输出电路组成。三路音频信号经三路前置电路的放大，输入到开关电路，开关电路主要由 CD4066 和 CD4017 构成，CD4017 是十进制计数芯片，在此只用其中三路输出，其中 CD4066 是 4 路模拟开关，由 CD4017 输出的脉冲控制开关的导通从而控制三路音频信号的轮流传输到混音输出模块，当开关的频率达到 Khz 以上，人耳
2、分辨不出来，就相当于三路信号同时输出，这就是混音器的原理。振荡电路由 CD4017 构成，CD4017 是多路非门芯片，CD4017、振荡电阻和电容构成振荡电路，为 CD4066 提供计数脉冲。混音输出电路主要由 OP07 构成，其作用主要是对音频进行功率进行放大，从而达到输出的要求。系统框图如图 1 所示：开关混音器系统框图图一二、方案设计与论证1、前置电路前置电路1前置电路2前置电路3开关电路 1开关电路 2振荡电路混音输出2方案一：主要由三极管 9013 和运放 UA741 构成，其中 9013 采用射极输出。方案二：采用三极管 9013，共发射极输出，9013 的放大倍数能达到 601
3、00，满足要求。9013 封装如图二（a ） ,UA741 封装如图二（b） 。a b图二方案选择:三极管用于放大时易受温度影响，小信号放大要求输入电阻足够大，输出电阻足够小。但三极管输入电阻不够大,负载能力不够强。而方案一，用射极输出器电路，输入电阻高，输出电阻低，射极输出器的输入电阻高达几十千欧到几百千欧，意味着射极输出器可减小信号源索取的信号电流，输入电压越接近信号源电压 ；输出电阻低。意味着射极输出器带负载能力强，即可减小负载变动对电压放大倍数的影响。UA741 稳定性好，不易受干扰，理想输出电阻为零。用 9013 和 UA741 组合，能达到电路要求。2、开关电路方案一： 开关电路主
4、要由 CD4067 和 CD4017 构成，CD4017 是十进制计数芯片，CD4067 是数字控制模拟开关，具有低导通阻抗，低截至漏电流和内部地址译码的特征。另外，在整个输入信号范围里导通电阻保持相对稳定。CD4067 是 16 通道开关。有四个二进制输入端 A0A3 和控制端 C，输入的任意一个组合可选择一路开关。C=1 时，关闭所有通道。CD6067 封装图和逻辑图如图三。3a 封装图 b 逻辑图图三方案二：开关电路主要由 CD4066 和 CD4017 构成，CD4017 是十进制计数芯片， CD4066 是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输，具有比较低的导通阻抗。另外，
5、导通阻抗在整个输入信号范围里基本不变。CD4066 由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号，开关中的 p 和 n 器件在控制信号作用下同时开关。这种结构消除了开关晶体管与阈值电压随输入信号的变化，因此在整个工作信号范围里导通阻抗比较低。与单通道开关相比具有输入信号峰值电压范围等于电源电压以及在输入信号范围里导通阻抗比较稳定等优点。CD4066 封装如图三（a） 、CD4017 封装如图四（ b）：a b图四方案比较与选择：由于本次设计要求三路输入，且双向模拟开关容易控制，电路简单，因此采用方案二。3 振荡电路方案一：NE555 是 555 系列的计时 IC 中的一种型号，它的计时
6、精确度高，价格低4廉，温度稳定度佳 。只需简单的电阻器、电容就可构成单稳电路。方案二：用两个 CMOS 与非门电路及一个电阻和一个电容组成一个双稳态型多谢振荡器，产生矩形脉冲，用作时基电路。方案比较与选择：在这里选用方案二，CMOS 与非门电路可用 CD4017 代替。4、混音输出实际上是将混合后的音频进行功率放大，UA741 频带宽，采用 UA741 就可满足要求。三、单元电路设计与参数计算1 前置电路图五正常工作时，信号经过 T1 和 U的放大输出。T1 采用射极输出，射极输出主要的特点是：电压放大倍数 01A，输出电压与输入电压同相，输入电阻高，输出电阻低，射极输出器的输入电阻高达几十千
7、欧到几百千欧，意味着射极输出器可减小信号源索取的信号电流，输入电压越接近信号源电压 ；输出电阻低。意味着射极输出器带负载能力强，即可减小负载变动对电压放大倍数的影响。图中运放采用 UA741，其放大倍数 13747(*)*)/t eURUR，由于 1t最大输出电压为 1max2tUV，将 U3=6V、R7=10K、 1max2tV带入上式得460/eR,又因为 R4 最大值为 47K，所以 Ue 最大值 4.e，如果输入电压大于最大输入电压，输出信号便会失真。但考虑到后极功率放大，实际5输入电压不可能有这么大。图五中，C2、C3 是耦合电容，由于电容有隔直作用，因此两级放大电路的直流通路互不导
8、通。另外，为保证低频响应，要求其容抗远小于放大器的输入电阻。在此 C2=C3=10u 可满足条件。C1、C7 是滤波电容，作用是滤除电源中的交流部分。2 振荡电路振荡电路主要 CD4069、电阻、电容构成环形振荡器。参数计算如下：1/.4*fRC 式中 R 为可调电容，C=10uf。注：但 R 不能取太小，如果取太小，振荡器将不能振荡。3 开关电路图六开关电路主要由 CD4066 和 CD4017 构成，CD4017 是十进制计数芯片，6CD4066 由四个相互独立的双向开关。由 CD4017 输出的脉冲控制开关的导通从而控制三路音频信号的轮流传输到混音输出模块，当开关的频率达到 Khz 以上
9、，人耳分辨不出来，就相当于三路信号同时输出，这就是混音器的原理。所以只需将计数脉冲接 CD4017 的时钟输入端，CD4017 为十进制计数/时序分配器，用于产生 CD4066 模拟开关切换的控制信号。CD4017 具有自动启动功能，即在电路进入无效状态时，在计数脉冲作用下，最多经过两个时钟周期就能回到正常循环中，因此本控制信号的 CD4017 未设置复位电路。 C0 为进位端，当计数满 10 个脉冲时输出一个正脉冲。CD4017 有 CL 和 EN 两个计数输入端，CL 端为脉冲上升沿触发端，若计数脉冲从 EN 端输入，则 CL 端应接高电平，否则禁止输入计数脉冲。在此只有三路信号，只需要
10、001，010，100 三个状态。可将 CL 端接到 7 引脚，可满足要求。R22、 R26、 R28 为隔离电阻取 10K 即可。4 混音输出图七上图中 C5、C6 为耦合电容，C8 为滤波电容，可以滤除电源中的交流成分。图中运放采用 UA741，其放大倍数 3868(*)*)/out oURUR ，由于 out最大输出电压为 max12tV，将 U3=6V、R8=10K、取 R8=47K，带入上式得输入电压 Uo 最大值 4.7o。四、总原理图及元器件清单1 总原理图7图八2 元件清单元件 数量CD4069 1CD4017 1CD4066 1OP07 4电阻100k 144.7k 410k
11、 1222k 1精密可调电阻 4瓷片电容4700u 10.01u 1电解电容10u 1247u 4100u 40.1u 40.01u 3三极管9013 3IC 座8脚 4814脚 216脚 1排针 1排松香 1盒转印纸 1张5、安装与调试六、性能测试与分析七、结论与心得通过这次课程设计，我学到了不少东西，让所学知识得到了融合，让自己的设计水平有了一定的提高。其中这次课程设计对我触动最深的，也就是让我最为忧虑的，那就是工程实践经验，这应该是一种长期培养的工程素质，还有对器件参数值的敏感度，迅速查阅资料的能力等，这一切需要付出许多心血和时间来锻炼。另外，这次设计让我意识到数值计算的重要性，必须坚持做大量的习题才能提高计算能力，并善于总结习题，然后提出应用的可行性。参考文献：1、童诗白 华成英模拟电子技术基础 （第四版）高等教育出版社2、阎石数字电子计数基础高等教育出版社3、付家才电子实验与实践高等教育出版社4、张友汉电子爱好者电子线路应用手册 福建科学技术 出版社
