ICT081 - 정보통신실험

11주 - 오디오 증폭기

II. 실험

1. 실험회로

ㅇ 음파 입력 → 마이크로폰 증폭 회로 + 진폭변조 회로 + 포락선 검파 회로 + 오디오 증폭 회로 + 스피커 → 음파 출력

ㅇ 입력: 마이크로폰에 입사되는 음파

ㅇ 출력: 스피커에서 발생하는 음파

1) 마이크로폰 증폭 회로

ㅇ 지난 번 실험에서 수행

2) 진폭변조 회로

ㅇ 지난 번 실험에서 수행

XR2206 Lot 1

XR2206 Lot 2

3) 포락선 검파 회로

ㅇ 지난 번 실험에서 수행

4) 오디오 증폭 회로

ㅇ Texas Instruments사의 LM396N-1 (0.3 W 오디오 증폭 IC) 사용

ㅇ 금번에 최초 실험

V_CC = 12 VDC

R₁ = 10 kΩ, R₂ = 1.2 kΩ, R_L = 10 Ω or 8-Ω speaker driver

C_i =10 µF, C₁ =10 µF, C₂ =10 µF, C_o = 220 µF

R₁: LM386에 인가되는 입력전압 조정

LM386 이득 조정: R₂(pot) + C₁ 10 uF (series)

R = 0, G = 200 (maximum with LM386)

R = large, G = 20 (minimum with LM386)

Pin 1 and 8 open: G = 20

ㅇ LM386 IC의 주요규격

- Op-amp 스타일 오디오 전력 증폭기

- 모델에 따른 최대 출력: LM386N-1 = 0.3 W, LM386N-3 = 0.7 W, LM386N-4 = 1.0 W

- 출력전압: 4-12 V (Vcc = 9 V)

- 대역폭: 300 kHz

- 고조파 왜곡 (THD): 0.2%

- 입력 저항: 30 kΩ

- 출력 저항: Datasheet에 미제시

- Pinout diagram

ㅇ LM386 PSpice 해석

- 10 k 가변저항기 (potentiometer): SET = 0.9로 설정하면 위 9 k, 아래 1 k가 됨. 이 경우 LM386 3번 입력 Vin은 0.5 V × 0.1/(0.1+0.9) = 0.05 V

- 아래 그림의 결과에 의하면 Vout은 약 1.8 V. 따라서 G = Vin / Vout = 1.8/0.05 = 36

5) 스피커 드라이버

ㅇ 규격

- 모델명: CS5R3440, 0.2 W 8 Ω, KON, A0064

- 치수: 전면 직경 50 mm, 뒷면 직경 30 mm, 두께 20 mm

- 무게: 52 g

- 출력: 0.2 W.

(주의) 드라이버의 저항이 8 Ω이므로 드라이버 입력단자 전압 1.8 Vpeak 이하로 유지

f (Hz)	20	100	200	400	500	600	800	1 k	2 k	4 k	8 k
Mag (Z), ohm	7.5	7.5	7.5	7.7	7.9	9.2	8.6	7.8	8.2	9.2	11
Phase (Z), degree	0.4	1.9	3.9	8.7	13	21	-10	0.2	11	20	31

f (Hz)	10 k	12 k	15 k	20 k	50 k	100 k	200 k	400 k	600 k	800 k	1 M
Mag (Z), ohm	12	13	15	17	29	44	70	107	138	165	192
Phase (Z), degree	35	37	40	44	51	53	53	53	53	52	51

- 음파 발생 주파수 범위: 0.5 - 10 kHz

2. 실험

(실험 1) 스피커 드라이버 입력저항 측정

그림: 스피커드라이버 입력저항 측정회로

- 스피커 드라이버의 입력 임피던스가 순수한 저항이라고 가정하고 측정

- 스피커에 인가되는 최대 전압:

- Vs : 1 kHz Sinewave, Amplitude = 5 Vpp, Offset = 0 V

1) R_L 대신에 오실로스코프를 연결하고 V_L의 Amplitude (peak voltage) 측정

V_L = ( ) Vpp

R_s << R_L 이므로 V_s = V_L

2) R_L대신에 스피커 드라이버를 연결하고 V_L의 Amplitude (peak to peak voltage) 측정

(주의) 함수발생기의 정현파 전압과 Offset 전압을 확인 후 스피커 연결. 스피커 손상 주의

V_L = ( ) V pp

다음 식을 이용하여 R_L을 구한다.

R_L = ( ) ohms

(실험 2) LM386의 출력 임피던스 측정

V_CC = 12 VDC

R₁ = 10 kΩ, R₂ = 1.2 kΩ, R_L = 10 Ω or 8-Ω speaker driver

C_i =10 µF, C₁ =10 µF, C₂ =10 µF, C_o = 220 µF

C_i, R₁: 미사용

R₂, C₁: 미사용

3번 핀: 함수발생기 출력 연결

1 kHz Sinewave, Amplitude = 50 mVpp, Offset = 0 V

3) R_L대신에 오실로스코프를 연결하고 V_L의 Amplitude (peak voltage) 측정

V_L = ( ) Vpp

R_s << R_L 이므로 V_s = V_L

4) R_L대신에 스피커 드라이버를 연결하고 V_L의 Amplitude (peak voltage) 측정

V_L = ( ) Vpp

다음 식을 이용하여 R_s을 구한다. R_L의 값은 위에서 구한 값 사용.

R_s = ( ) ohms

5) 함수발생기의 주파수를 0.1 kHz, 1 kHz, 4 kHz, 10 kHz, 15 kHz, 18 kHz로 변경하면서 소리가 들리기 시작할 정도로 조심스럽게 함수발생기 Sinewave Voltage 크기 조정. 주파수별 함수 발생기 전압 기록. 스피커가 파손되지 않도록 주의

(주의) 오실로스코프로 드라이버에 걸리는 전압을 관측하면서 1.8 Vpeak 이하로 유지

f (kHz)	0.1	1	4	10	15	18
Vs (Vpeak)

(실험 3) 마이크로폰 증폭회로 구성 및 동작 확인

브레드 보드에서 다음과 같이 회로를 배치하라.

블럭 1 (2줄): 마이크로폰 증폭회로

블럭 2 (2줄): AM 변조회로

블록 3 (2줄): AM 복조회로

- 출력전압을 오실로스코프로 측정

- (예상결과) 출력전압 Offset = +2 V, 진폭 0.8 Vpp (Q_1C 베이스 입력이 10 mVpp일 경우), G = 80

6) 회로 정상동작? Yes ( ) No ( )

(실험 4) 마이크포폰 증폭회로 + 진폭변조회로 구성 및 동작확인

- 출력전압을 오실로스코프로 측정

- (예상결과) Vi가 2V offset, 1 Vpp 1-kHz sinewave일 경우 출력130 kHz carrier (5.84 Vpp, Offset = 5.86 V), 변조신호 3 Vpp

7) 회로 정상동작? Yes ( ) No ( )

(실험 5) 마이크로폰 증폭 회로 + 진폭변조 회로 + 포락선 검파 회로 + 오디오 증폭 회로 + 스피커 회로 구성 및 동작확인

V_CC = 12 VDC

R₁ = 10 kΩ, R₂ = 1.2 kΩ, R_L = 10 Ω or 8-Ω speaker driver, C_i =10 µF, C₁ =10 µF, C₂ =10 µF, C_o = 220 µF

8) 회로 정상동작? Yes ( ) No ( )