電子設(shè)計課程設(shè)計論文功率放大器

1、目錄第一章 緒論1第二章 功率放大器原理2第三章 元器件介紹33.1 lm38633.2 9013晶體管43.3電容43.4 揚聲器5第四章 焊接技術(shù)9第五章 總結(jié)與心得10第六章 致謝12第七章 附錄13附錄一：參考文獻13附錄二：原理圖14第一章 緒論功率放大器是機電一體化產(chǎn)品中不可缺少的部分，也是其最基本的部分。功率放大器發(fā)展至今，有許多種類和應(yīng)用，在工業(yè)方面，有數(shù)控機床的電機驅(qū)動，有應(yīng)用于新型磁軸承開關(guān)，也有在電力電子控制技術(shù)種的應(yīng)用。在通訊方面，有幾百毫瓦的蜂窩電話發(fā)射機、有基站幾十瓦的功率放大器、也有上千瓦的電視信號發(fā)射機。但所有的功率放大器，其設(shè)計所遵循的基本規(guī)律幾乎是相同的。而

2、它的設(shè)計包含了電子電路技術(shù)、模擬控制理論、測試技術(shù)以及實現(xiàn)智能化的單片機控制技術(shù)等。因此以電子管音頻功率放大器設(shè)計制作作為載體。實現(xiàn)興趣與理論實踐相結(jié)合，使整個設(shè)計過程不枯燥無味，從而既實現(xiàn)了對功率放大器的理論學習，又進行一次高性能智能型產(chǎn)品設(shè)計。同時，通過實際設(shè)計與制作，進一步發(fā)揮和鞏固四年來所學的知識，在實踐中鍛煉自己，在鍛煉中提高自己專業(yè)水平。音響技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場效應(yīng)管四個階段。1906年美國的德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開創(chuàng)了揉電聲技術(shù)的先河。1927年貝爾實驗室發(fā)明了負反饋nfb（negative feedback）技術(shù)后，使音響技術(shù)的發(fā)展進入了一個

3、嶄新的時代，比較有代表性的如“威廉遜”放大器，而1947年威廉遜先生在一篇設(shè)計hi-fi（high fidelity）放大器的文章中介紹了一種成功運用負反饋技術(shù)，成為了hi-fi史上一個重要的里程碑。 60年代由于晶體管的出現(xiàn)，使功率放大器步入了一個更為廣闊的天地。晶體管放大器細膩動人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動態(tài)范圍等特點，各種電路也相應(yīng)產(chǎn)生，如：“otl （output transformer less）” 無輸出放大器、“ocl（output capacitor less）”放大器等。直至70年代，晶體管放大技術(shù)的應(yīng)用已相當成熟，各種新型電路不斷出現(xiàn)，如：較成功地解決了負反饋電路的

4、瞬態(tài)失真和高頻相位反轉(zhuǎn)問題的無負反饋放大電路；成功地將甲、乙放大器的優(yōu)點結(jié)合在一起的超甲類放大電路；具有輸出功率大、失真小的電流傾注式放大電路等等。從而使晶體管放大器成為音響技術(shù)發(fā)展中的主流。在60年代初，美國首先推出音響技術(shù)中的新成員集成電路，到了70年代初，集成電路以其質(zhì)優(yōu)價廉、體積小、功能多等特點，逐步被音響界所認識。發(fā)展至今，厚膜音響集成電路、運算放大集成電路被廣泛用于音響電路。第二章 功率放大器原理在模擬電子線路中，電信號經(jīng)過放大之后，往往要去推動執(zhí)行機構(gòu)完成人們所預(yù)期的功能，例如推動喇叭發(fā)聲，推動繼電器實現(xiàn)控制等。執(zhí)行機構(gòu)要正常工作都需要從電路中獲取較大的電能。因此，放大電路的末級

5、均由功率放大器組成。功放(功率放大器)的原理就是利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號變化的電流。 因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠是基極電流的倍，是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流(或電壓)是原先的倍的大信號，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。 而場效應(yīng)管則是用柵極電壓來控制源極與漏極的電流，其控制作用用跨導表示，即柵極變化一毫伏，源極電流變化一安，就稱跨導為1，功率放大

6、器就是利用這些作用來實現(xiàn)小信號控制大信號，從而使多級放大器實現(xiàn)了大功率的輸出，并非真的將功率放大了！第三章 元器件介紹設(shè)計內(nèi)容:由btj9013和集成功率放大電路lm386組成功率放大器.輸入:由駐極體話筒產(chǎn)生輸入信號.輸出:驅(qū)動揚聲器發(fā)聲.能夠設(shè)計功率放大電路，掌握電路的工作原理，參數(shù)的計算，元器件的選擇。掌握lm386管腳的功能，各個元器件的作用。對于參數(shù)選擇不合理造成的不能正常工作，能找出原因及時修正。下面給出該電路圖所用的器件清單：器件清單lm386一塊9013一個揚聲器 10一個駐極體話筒一個電阻：10k 1/2w 二個；51k 1/2w 一個；1k 1/2w 一個；100 1/2w

7、 二個；電位器 單圈藍色方形一個22k電容：16v 220uf一個；16v 10uf一個；16v 0.1uf一個3.1 lm386lm386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。電路特性： · 靜態(tài)功耗低，約為4ma,可用于電池供電。 · 工作電壓范圍寬，4-12v or 5-18v。 · 外圍元件少。 · 電壓增益可調(diào)，20-200。 · 低失真度。 3.2 9013晶體管9013晶體管是一種npn型硅小功率的三極管它是非常常見的晶體三極管，在收音機以

8、及各種放大電路中經(jīng)常看到它，應(yīng)用范圍很廣,它是npn型小功率三極管。 參數(shù)： 集電極電流ic：max 500ma 工作溫度：-55 to +150 集電極-基極電壓vcbo：40v 主要用途： 放大電路3.3電容電容的作用: 1）旁路 旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負載需求。 就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。 為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。 這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲。地電位是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。 2）去藕 去藕，又稱解藕。 從電路來說， 總是可以區(qū)

9、分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負載。如果負載電容比較大， 驅(qū)動電路要把電容充電、放電， 才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候， 電流比較大， 這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合”。 去藕電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。 將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般

10、取0.1f、0.01f 等；而去耦合電容的容量一般較大，可能是10f 或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。 3）濾波 從理論上（即假設(shè)電容為純電容）說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實際上超過1f 的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容，這時大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過。具體用在濾波中,大電容（1000

11、f）濾低頻，小電容（20pf）濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變，由此可知，信號頻率越高則衰減越大，可很形象的說電容像個水塘，不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過程。 4）儲能 儲能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。 電壓額定值為40450vdc、電容值在220150 000f 之間的鋁電解電容器（如epcos 公司的 b43504 或b43505）是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合

12、的形式， 對于功率級超過10kw 的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。3.4 揚聲器揚聲器的種類很多，按其換能原理可分為電動式（即動圈式）、靜電式（即電容式）、電磁式（即舌簧式）、壓電式（即晶體式）等幾種，后兩種多用于農(nóng)村有線廣播網(wǎng)中；按頻率范圍可分為低頻揚聲器、中頻揚聲器、高頻揚聲器，這些常在音箱中作為組合揚聲器使用。 1）低頻揚聲器 對于各種不同的音箱，對低頻揚聲器的品質(zhì)因素q0值的要求是不同。對閉箱和倒相箱來說，q0值一般在0.30.6之間最好。一般來說，低頻揚聲器的口徑、磁體和音圈直徑越大，低頻重放性能、瞬態(tài)特性就越好，靈敏度也就越高。 低音單元的結(jié)構(gòu)形式多為錐盆式，也 &#

13、160;  揚聲器有少量的為平板式。低音單元的振膜種類繁多，有鋁合金振膜、鋁鎂合金振膜、陶瓷振膜、碳纖維振膜、防彈布振膜、玻璃纖維振膜、丙烯振膜、紙振膜等等。采用鋁合金振膜、玻璃纖維振膜的低音單元一般口徑比較小，承受功率比較大，而采用強化紙盆、玻璃纖維振膜的低音單元重播音樂時的音色較準確，整體平衡度不錯。 q0： 揚聲器單元的品質(zhì)因數(shù)是設(shè)計和和制作音箱前必須了解的一個很重要的參數(shù)。在揚聲器單元的阻抗特性曲線上它表示，阻抗曲線在諧振頻率處阻抗峰的尖銳程度，它在一定的程度上反映了揚聲器振動系統(tǒng)的阻尼狀態(tài)，簡稱q0值，揚聲器單元的品質(zhì)因數(shù)越高，諧振頻率就越難控控制。揚聲器的低頻特性通常由揚

14、聲器單元的品質(zhì)因數(shù)值和諧振頻率決定，其中品質(zhì)因數(shù)的大小與揚聲器單元在諧振頻率處輸出的聲壓有關(guān)。q0值過低時揚聲器的輸出聲壓還沒有到f0處時就迅速的下降，揚聲器處于過阻尼狀態(tài)，造成低頻衰減過大。q0值過高時揚聲器處于欠阻尼狀態(tài)，低頻得到過份的加強。q0值越大峰值越陡。因此我們說揚聲器的品質(zhì)因數(shù)即不能過高也不能過低，通常我們?nèi)∷呐R界阻尼值q0等于0。50。7作為最佳的取值范圍。 （2）中頻揚聲器 一般來說，中頻揚聲器只要頻率響應(yīng)曲線平坦，有效頻響范圍大于它在系統(tǒng)中擔負的放聲頻帶的寬度，阻抗與靈敏度和低頻單元一致即可。有時中音的功率容量不夠，也可選擇靈敏度較高，而阻抗高于低音單元的中音，從而減少中

15、音單元的實際輸入功率。中音單元一般有錐盆和球頂兩種。只不過它的尺寸和承受功率都比高音單元大而適合于播放中音頻而已。中音單元的振膜以紙盆和絹膜等軟性物質(zhì)為主，偶爾也有少量的合金球頂振膜。 （3）高頻揚聲器 高音單元顧名思義是為了回放高頻聲音的揚聲器單元。其結(jié)構(gòu)形式主要有號解式、錐盆式、球頂式和鋁帶式等幾大類。揚聲器的主要性能指標揚聲器的主要性能指標有：靈敏度、頻率響應(yīng)、額定功率、額定阻抗、指向性以及失真度等參數(shù)。 1、額定功率 揚聲器的功率有標稱功率和最大功率之分。標稱功率稱額定功率、不失真功率。它是指揚聲器在額定不失真范圍內(nèi)容許的最大輸入功率，在揚聲器的商標、技術(shù)說明書上標注的功率即為該功率值

16、。最大功率是指揚聲器在某一瞬間所能承受的峰值功率。為保證揚揚器工作的可靠性，要求揚聲器的最大功率為標稱功率的23倍。 2、額定阻抗 揚聲器的阻抗一般和頻率有關(guān)。額定阻抗是指音頻為400hz時，從揚聲器輸入端測得的阻抗。它一般是音圈直流電阻的1.21.5倍。一般動圈式揚聲器常見的阻抗有4、8、16、32等。 3、頻率響應(yīng) 給一只揚聲器加上相同電壓而不同頻率的音頻信號時，其產(chǎn)生的聲壓將會產(chǎn)生變化。一般中音頻時產(chǎn)生的聲壓較大，而低音頻和高音頻時產(chǎn)生的聲壓較小。當聲壓下降為中音頻的某一數(shù)值時的高、低音頻率范圍，叫該揚聲器的頻率響應(yīng)特性。 理想的揚聲器頻率特性應(yīng)為2020khz，這樣就能把全部音頻均勻地

17、重放出來，然而 揚聲器這是做不到的。每一只揚聲器只能較好地重放音頻的某一部分。 4、失真 揚聲器不能把原來的聲音逼真地重放出來的現(xiàn)象叫失真。失真有兩種：頻率失真和非線性失真。頻率失真是由于對某些頻率的信號放音較強，而對另一些頻率的信號放音較弱造成的，失真破壞了原來高低音響度的比例，改變了原聲音色。而非線性失真是由于揚聲器振動系統(tǒng)的振動和信號的波動不夠完全一致造成的，在輸出的聲波中增加一新的頻率成分。 5、指向特性 用來表征揚聲器在空間各方向輻射的聲壓分布特性，頻率越高指向性越狹，紙盆越大指向性越強。第四章 焊接技術(shù)焊接電路板焊電路板的操作步驟（1）從烙鐵架上拿出電烙鐵，以45度靠緊焊接面進行預(yù)

18、熱；（2） 然后將焊錫絲同時伸向被焊的組件腳及焊盤，一起接觸被焊處；（3） 焊錫絲熔化，向焊接處推入焊錫絲，使焊錫潤濕焊盤與組件腳，當焊點上的焊錫成圓錐形時即抽離焊錫絲（應(yīng)控制焊錫絲的熔化量不能過多，以免造成浪費；（4） 在焊錫完全熔化后，移去烙鐵頭。如焊錫過多，可把烙鐵頭上的焊錫甩干凈，然后不用焊錫絲或極少量的焊錫絲重焊一遍，移去時正好吸去多余的焊錫；（5） 如果焊點有連焊，也應(yīng)將焊錫線（其中有助焊劑）與烙鐵頭一起接觸在連焊的焊點之間，待焊錫絲與助焊劑一起熔化后，移去焊錫絲，再將烙鐵頭側(cè)放著向下移走，吸去多余的焊錫；（6） 如果要用電烙鐵去除焊盤孔中的錫（ 即挑孔），應(yīng)該將印制板拿高，把烙鐵

19、頭置于比印制板低的位置，將烙鐵頭在焊盤孔上擦幾下，可以將焊盤孔中的焊錫吸流到烙鐵頭上去。如果印制板較小，可以用烙鐵將焊盤上的錫熔化， 然后迅速開烙鐵，將印制板在工作臺上輕敲一下，使焊盤上的熔錫振落；（7） 將烙鐵頭上的多余焊錫甩在廢錫盒中，再將電烙鐵插入烙鐵筒中。（8） 正常焊接時，電烙鐵與平面應(yīng)保持角度是45度。（9） 手拿錫線時，錫線頭長度應(yīng)留出3- 5cm。（10）焊點的標準是：焊點呈錐形，焊錫要適量，表面有光澤，光滑，清潔等。（11）常見的不良焊點有：虛焊，假焊，漏焊，錫球，錫尖等。（12） 烙鐵尖上有錫渣時在焊錫棉上擦掉，焊錫棉要清洗干凈，使用時要保持濕潤。（13） 烙鐵使用后必須放

20、在烙鐵架上，不充許傳遞，防止意外燙傷。（14） 組件腳突出線路板太短會導致錫球脫焊。（15） 排焊時，要把握用錫量，速度要快，拖到最后點應(yīng)還有助焊劑。第五章 總結(jié)與心得這次模擬電子基礎(chǔ)課程設(shè)計的學習，學到了很多關(guān)于模電理論方面和實踐方面的知識，受益匪淺。我對這門課程設(shè)計非常感興趣。不僅鍛煉了自己的動手能力，也加深了對模電功率放大器方面知識的理解。我們最先要做的是繪制一份合理的高保真音頻功率放大器的電路原理圖，在這過程中我們根據(jù)各種元件的用途、型號及實際應(yīng)用效果，查找了許多有關(guān)方面的資料，也觀察分析了許多功率放大器的電路圖，學會了如何繪制一張實際的功率放大器電路原理圖。 期間我發(fā)現(xiàn)了很多問題，經(jīng)

21、過反復(fù)思考與分析，發(fā)現(xiàn)原來許多理論的功率放大器原理圖都與實踐有很大的區(qū)別，我耐心的一個個對原理圖進行分析，最后我們確定了自己的合理的原理圖，進行了分析和元件參數(shù)的一定程度的修改。最后確定了實際功率放大器的元件參數(shù)，即確定了實際功率放大器的焊接原理圖。緊接著開始了我們的實物焊接階段。因為之前的電工實習讓我簡單的接觸到了焊接實物，以為會比較輕松，但實際焊接起來才發(fā)現(xiàn)此次與電工實習中的焊接實物有很大的不同，要自己對焊板上元件進行布置和焊接電路元件連線，增加了很大的難度。在此期間，除了對元件較好的焊接外，還要考慮電路元件間的影響（即元件之間信號的干擾等問題），還要考慮元件連線的不相交以及焊板面積的大小、元件擺放和連線的美觀性等，所以想要焊出一塊實用又美觀的板子，還要經(jīng)過一番考慮和布置。通過這短暫幾天的學習，讓我體會到想要創(chuàng)造一個實用的電子設(shè)備要經(jīng)過很長時間的設(shè)計與改造，因為實際與理論又很大的區(qū)別。在我們學習的過程中不僅考驗了我們對知識的吸收和掌握，而且也考驗了我們的細心和耐心。提到細心和耐心，我深有體會。作為一個電信專業(yè)的學生，我深知課程設(shè)計的重要性。這次實習我從剛開始的什么