對講機(jī)放大電路

對講機(jī)放大電路在本學(xué)期的第十八周，學(xué)院為我們安排了為期一周的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)。模擬電子技術(shù)是我們的專業(yè)基礎(chǔ)課，所以課程設(shè)計(jì)對我們來說也很重要。課程設(shè)計(jì)是把我們所學(xué)的理論知識與實(shí)踐緊密結(jié)合，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，加深電路理論認(rèn)識，初步具備簡單電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力，掌握電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程中電路的設(shè)計(jì)、器件的選擇方法、電路仿真工具及仿真方法，實(shí)際電路的安裝、調(diào)試、指標(biāo)檢測，設(shè)計(jì)書的編寫等基本實(shí)踐技能。本次實(shí)驗(yàn)共有三個(gè)課題，對講機(jī)放大電路，直流穩(wěn)壓電源和充電電路，函數(shù)信號發(fā)生器。我們選擇的是對講機(jī)放大電路，因?yàn)樗蜕盥?lián)系比較緊密，所以對它的設(shè)計(jì)和電路的連接比較感興趣。以下是實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和我們的操作過程。一、設(shè)計(jì)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)前置放大級技術(shù)指標(biāo)①.電壓放大倍數(shù)：Av=100；②.最大輸出電壓Vo=lV；③.頻率響應(yīng)：30Hz~30KHz④.輸入電阻：r>15KQ；i⑤.失真度：Y<10%;.負(fù)載電阻：R=2KQ；L. 電源電壓：Vcc=12V；功率放大器（輸出級）技術(shù)指標(biāo)①.最大輸出功率：P三0.25W；om②.負(fù)載電阻：R=80；L③.失真度：YW5%④.效率：n三50%⑤.輸入阻抗：R三100K0i二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及原理放大器由于具有對微弱信號進(jìn)行放大的功能，所以得到了廣泛的應(yīng)用，但因單級放大器的增益不高，實(shí)用的放大器一般均由多級放大器構(gòu)成。如圖為簡易對講機(jī)工作原理圖和方框圖

如圖，放大器是核心部分。它的作用是把話筒送來的微弱信號放大到足以使揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。Yl、Y2為揚(yáng)聲器，K為雙刀雙擲開關(guān)。利用開關(guān)的切換作用，可以改變Yl、Y2與防大曲連接的位置,使Yl、Y2交替作為話筒和揚(yáng)聲器使用。圖中，K處在圖中所示的位置，Y2通過K接到放大器的輸入端成為話筒，Y1則接到輸出端為揚(yáng)聲器。此時(shí)有人對著Y2講話時(shí)，Y2把聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號加到放大器的輸入端，經(jīng)放大器的放大后可帶動揚(yáng)聲器Y1發(fā)出聲音，從而可在Y1處聽到Y(jié)2處的講話。當(dāng)K撥到另一位置上時(shí)。則可以在Y1處講話,Y2處收聽。通過K的開關(guān)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向有線通話，稱為對講機(jī)。

信號源信號源對機(jī)放大器的電路組成方框圖如圖1-2，電路由輸入級、中間級、輸出級構(gòu)成。前置級由兩級放大器組成，放大器第一級輸入端與傳感器相連（作為話筒時(shí)的Y1和Y2）,故也稱為輸入級，放大器第二級的輸出的電壓信號進(jìn)行放大再傳給輸出極，這一級也稱作中間級。輸出級由OTL功率放大器組成，把前置級的電壓信號進(jìn)行功率放大，帶動揚(yáng)聲器。三、設(shè)計(jì)步驟和方法一、確定前置放大級電路方案的幾個(gè)方面1）.確定放大電路的級數(shù)根據(jù)總電壓放大倍數(shù)，確定放大電路的級數(shù)，為使放大電路性穩(wěn)定，引入一定深度的負(fù)反饋，所以，放大倍數(shù)應(yīng)留有路一定余量。2）.確定晶體管的組態(tài)根據(jù)輸入、輸出阻抗及頻率響應(yīng)等方面的要求，確定晶體管的組態(tài)（共射、共基、共集）及靜態(tài)偏置電路。本電路的電壓增益為100倍，考慮到電路的輸入電阻不很高，輸出阻抗也不太低，負(fù)載取得電流也不大，因此前置級電路采用共射極電路。由于單級放大器的電壓增益為35db左右，兩級放大器的增益為65db,考慮到要引入一定深度的負(fù)反饋，（一般為1+AF=10左右），而電路的增益要求為100倍，所以前置級用兩級共射極電路組成。靜態(tài)偏置采用典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。3）.選用適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞礁鶕?jù)三種耦合方式（阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合）的不同特點(diǎn)，選用適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞?。本電路級間耦合采用阻容耦合方式。C2Rf*7'\l本電路級間耦合采用阻容耦合方式。C2Rf*7'\lccS1-3前置放犬級原理圖二確定功率放大器的電路方法；功率放大器的電路形式很多，有雙電源的OCL互補(bǔ)對稱功放電路、單電源供電的OTL功放電路、BTL橋式推挽功放電路和變壓器耦合功放電路等。這些電路各有特點(diǎn)，可根據(jù)要求和具備的試驗(yàn)條件綜合考慮，作出選擇。本方案的輸出功率較小，可采用單電源供電的OTL功放電路，OTL功率放大器由推動級、輸出級組成。推動級采用普通的共射級發(fā)大電路，輸出級由互補(bǔ)推動輸出，工作在甲乙類狀態(tài)下，得到較大的輸出功率。圖1-4是一個(gè)OTL功放電路，T4是前置放大級，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)Rp,就可以使I（rii）、U（B5）和U（B6）達(dá)到所需數(shù)值，給T5、T6提供一個(gè)合適的偏置，從而使A點(diǎn)電位U（A）=U（C）=Vcc/2。當(dāng)U（i）=U（im）sinkt時(shí)，在信號的負(fù)半周，經(jīng)T4放大反向后加到T5、T6基極，使T6截止、T5導(dǎo)通，這時(shí)有電流通過R（1），同時(shí)電容C5被充電，形成輸出電壓Uo的正半周波形。在信號的正半周，經(jīng)T4放大反相后家道T5、T6基極，使T6截止，T5導(dǎo)通。則已充電的電容C5起著電源的作用，并通過RL,和T5放電，形成輸出電壓Uo的負(fù)半軸波形。當(dāng)U（i）周而復(fù)始變化時(shí)，T5,T6交替工作，負(fù)載RL上就可以得到完整的我正弦波。為使輸出電壓達(dá)到最大峰值Ucc/2，采用自舉電路的OTL功放電路.當(dāng)Ui=0時(shí)，UA=Vcc/2，UB=Vcc-iR11R2，電容C3兩端UC3二UB-UA二Vcc/2-iR]]R2。當(dāng)R]]C4乘積足夠大時(shí)，則可以認(rèn)為比4基本為常數(shù)，不隨Ui二變化。這樣，當(dāng)Ui為負(fù)半周是；T5導(dǎo)通，UA向Vcc/2向更正的方向變化。由于B點(diǎn)點(diǎn)位UB=UC4+UA，B點(diǎn)電位也將自動隨著A點(diǎn)電位升高。因而，即使輸出電壓Uo幅度升的很高也有足夠的電流流過T5基極，使T5充分導(dǎo)電。這種工作方式稱“自舉”，意思是電路本身Ub提高了。R11R12 VvVR11R12 VvVT5C4Vcc<R13C3RPrT6T4RLR14R15C3RPrT6T4RLR14R15Ce4圖1-4功放輸出級原理圖圖1-4功放輸出級原理圖三.計(jì)算元件參數(shù)電路方案確定以后，要根據(jù)給定的技術(shù)要求進(jìn)行元件參數(shù)的選擇。在確定元件參數(shù)時(shí)，可以先從后級開始，根據(jù)負(fù)載條件確定后級的偏置電路，然后再計(jì)算前級的偏置電路，進(jìn)一步由放大電路的頻率特性確定耦合電容和旁路電容的電量，最后由電壓放大倍數(shù)確定負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。1）.確定電源電壓：為保證輸出電壓幅度達(dá)到指標(biāo)要求，電源電壓Vcc應(yīng)滿足如下要求：Vcc〉2Vom+V+VECESVom為最大輸出幅度,Vomr2v。=1.4V,V為三極管發(fā)射極電壓，E一般取1~3V,V為晶體管飽和壓降，一般取IV。CES2）．前置放大級參數(shù)確定1）確定T級的參數(shù)2a.確定T級發(fā)射極、集電極電阻參數(shù)及靜態(tài)工作點(diǎn)：2因?yàn)門級是放大電路的輸出級，輸出電壓比較大，為使負(fù)載得2到最大的輸出幅度，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)在負(fù)載線的中點(diǎn)，如圖所示。滿足條件：Vcc-V=IR+V{CEQ2CQ28E2V=IR8?RLCEQ2CQ2R十R8 LV>Vom+VCEQ2 CESR=VR=E29ICQ2指標(biāo)中,R=2KQ，取V=3V,V=1V；確定R=3.5KQ,R=1.5KQ,L E2 CES 8 9取標(biāo)稱值，R=3.3KQ,R=1.5KQ，則靜態(tài)值I=2mA,V=2.4V。8 9 CQ CEQ2

匚二'：■/-<?1-5匚二'：■/-<?1-5交直流員載線b?確定T級三極管參數(shù)：2晶體管的選取主要依據(jù)晶體管的三個(gè)極限參數(shù)：BV＞三極管CEOc-e間最大電壓V,I〉三極管工作時(shí)的最大電流I；P＞三極CEmaxCMCmaxCM管工作時(shí)的最大功耗P。Cmax由圖1-5可知，I的最大值為I=21，C2C2maxCQ2V最大值為V 二Vcc,CECE2max根據(jù)甲類電路的特點(diǎn)，T2的最大功耗為：P=V?ICmaxCEQ2CQ2；PCM〉因此T2的參數(shù)應(yīng)滿足：BV>12V ,I>2I ；PCM〉CEOCMCQ2V?I二4.8mW。CEQ2CQ2選用3DG系列小功率三極管可以滿足要求，0=80。2c.確定T級基極電阻參數(shù)：2在工作點(diǎn)穩(wěn)定的電路中，基極電壓V越穩(wěn)定，則電路的穩(wěn)定性B2越好。因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡量使流過基極電阻的電流大些，以滿足I》I的條件，保證V不受I變化的影響。但是I并不是越RBB2BR大越好，因?yàn)镮大，則R、R的值必然要小，這時(shí)將產(chǎn)生兩個(gè)問題：R 6 7第一增加電源的消耗；第二是第二級的輸入電阻降低，而第二級的輸入電阻是第一級的負(fù)載，所以I太大時(shí)，將使第一級的放大倍數(shù)R降低。為了使V穩(wěn)定同時(shí)第二級的輸入電阻又不致太小，一般的計(jì)B2算時(shí)，按下式選取I的值：RI=（5?10）I硅管R BQI=（10?15）I鍺管R BQ本電路選用硅管，取I=5IR BQ貝U R= VBQ2 二VE2+VBE2 二3+"6 二28.8曲，TOC\o"1-5"\h\z7 I I 5IR R BQ2I 2mAI二CQ2二二0.025mABQ2 P802RVcc一-R二67.8K06I 7R取標(biāo)稱值，R=30KQ，R=68KQ。762）確定T級的參數(shù)a.確定T級發(fā)射極、集電極電阻參數(shù)及靜態(tài)工作點(diǎn)：1因?yàn)門1級是放大器的輸入級，其輸入信號比較小，放大后的輸出電壓也不大，所以對于第一級失真度和輸出幅度的要求比較容易實(shí)現(xiàn)，主要考慮如何減小噪聲，因輸入級的噪聲將隨信號一起被逐級放大，對整機(jī)噪聲指標(biāo)影響極大。三極管的噪聲大小與工作點(diǎn)的選取有很大關(guān)系，減小靜態(tài)電流對降低噪聲是有利的，但對提高放大倍數(shù)不利，所以靜態(tài)電流不能太小。在工程計(jì)算中，一般對小信號的輸入級都不詳細(xì)計(jì)算，而是憑經(jīng)驗(yàn)直接選?。篒=0.1?1mA硅管CQ1I=0.1?2mA鍺管CQ1如果輸入信號較大或輸出幅度較大時(shí)不能用此方法，而應(yīng)該具

體計(jì)算，計(jì)算方法與計(jì)算第二級的方法相同。取：V=3V，V=3V；E1CEQ1I=0.5mACQ1R—V-V+V) 12-6R—_CC E1CEQ1二 二12KQTOC\o"1-5"\h\z3 I 0?5mACQ1R+R-乂二-二6K045I 0.5mACQ1取標(biāo)稱值，R-12KQ,R=56Q,R—5.6KQ。3 4 5b?確定T級三極管參數(shù)：1T2的參數(shù)應(yīng)滿足：BV>12V；I>0.5mAP〉1.5mW；選CEO CM CM用3DG—三極管可以滿足要求。確定T級基極電阻參數(shù):1取I=10IBQ1，V3VE1R=BQ1E1BE13+0.6取I=10IBQ1，V3VE1R=BQ1E1BE13+0.610I二57.6K0CQ10.5mABQ1BQ1800.00625mAVR二*-R二134.4K01I2R取R=130K，R=56K123） 耦合電容和旁路電容的選取各級耦合電容及旁路電容應(yīng)根據(jù)放大器的下限頻率fl決定。這些電容的容量越大則放大器的低頻相響應(yīng)越好。但容量越大電容漏電也越大，這將造成電路工作不穩(wěn)定，因此要適當(dāng)?shù)倪x擇電容的容量，以保證收到滿意的效果。工程計(jì)算中，常憑經(jīng)驗(yàn)選?。厚詈想娙荩??10pF發(fā)射極旁路電容：150?200pF選取耦合電容10pF,發(fā)射極旁路電容100pF,電容的耐壓值只要大于可能出現(xiàn)在電容兩端的最大電壓即可。4） 反饋網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算100

R=100R-R=5.5Kf44取R=5.6K,C=10“F

ff根據(jù)上述的計(jì)算結(jié)果,得到電路圖1-6,可將電路仿真,如不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,修改電路使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。然后將仿真后的電路實(shí)際安裝調(diào)試。Ce2100uF 4?Ce2100uF 4? ° f ——O>R8>R6S3.3kOhmCe1100uF圖1-6前置放大級電路圖3）．功放級參數(shù)確定1）確定電源電壓：

為了保證電路安全可靠地工作,通常使電路的最大輸出功率Pom比額定輸出功率P要大些，一般取：OPom二（1.5?2）PO所以最大輸出電壓應(yīng)根據(jù)Pom來計(jì)算，為：Vom二J2PomRL=-0.5-8二2.8電源電壓必須大于Vom,因?yàn)檩敵鲭妷簽樽畲笾禃r(shí)，輸出管已經(jīng)接近飽和，考慮到管子的飽和壓降，以及發(fā)射極電阻的降壓作用，我們用下式表示電源電壓和輸出電壓最大值的關(guān)系：Vom=nVcc/2即：Vcc=2即：Vcc=2丄V耳om其中n稱為電源利用效率，一般?。簄=0.6?0.8要根據(jù)管子的材料、發(fā)射極電阻值和揚(yáng)聲器阻抗來選定n值。如果上述因素使輸出電壓降低很多時(shí),n可選低些;反之可選高些。此設(shè)計(jì)中Pom=0.25W,R=80，效率n三50%,L所以，Vcc=2^V所以，Vcc=2^Vnom=2-;2PR耳'omL=2右疋F=印由此可確定12V的電源可滿足放大電路和OTL功率放大電路的要求。2）確定輸出級功放管參數(shù)：選擇合適的功率管，并使兩管0=0，參數(shù)盡量對稱，大功

率管還應(yīng)考慮其工作環(huán)境的溫度以及散熱片的問題，為了滿足電路性能要求，并便于設(shè)計(jì)計(jì)算，本課題功率管選擇硅管，其極限參數(shù)應(yīng)滿足：BV>V,/' CEOCEmaxI>I；CMCmax<P>P。| CMCmaxBV>V= 2?Vcc/2=12V{ CEOCEmaxVccI>I =Vom一Vces6一1_625mA_2CM CmaxRR8LLP>P =CM Cmax0.2Pom=0.2?0.25W=50mW。因此選用一般大功率管三極管可以滿足要求。3）計(jì)算推動級電路：確定T4的工作電流：為保證信號不失真，T4工作在甲類放大狀態(tài)，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)在負(fù)載線的中點(diǎn)要求：I三3ICQ4 B6maxI三3ICQ4 B6maxIc6max般取I二2?10mACQ4此設(shè)計(jì)中取值I=10mA。CQ4靜態(tài)時(shí)，OTL電路的A點(diǎn)電位V二2V=6V，所以，V取2?A CC CES43V。=6—V=5.5VC4 BE6=V+IRC4CES4 CQ415確定R=2500。15廠I=(5RP10)IBQ410)ICQ4P4V=V+VR4E4RE4ICQ4R+15V=3.1VBE4R14VB4IRP3.10.625mA4.96K0R=P-V B4V-A

IRP6-3.16-3.1I5CQ4

P4-0.625mA4.64K0取80,選取電阻標(biāo)稱值R為4 152700、R為5.1K0、R為14 P10K電位器。4）確定輸出級靜態(tài)工作點(diǎn)及電阻參數(shù)：靜態(tài)時(shí)，OTL電路的A點(diǎn)電位V=A2VCC二6V,則V=6.5V,RQ5V=5.5V。則:BQ6廣R13VRQ5-VRQ66.5-5.5R11R12ICQ410mA二1000VCC-VRQ5ICQ412-6.5二550Q10mAR<11R12確定電阻為標(biāo)稱值R11為1200，R為4300。12根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可以得到功放輸出級電路圖1-7。C310uFBR11120OhmC410uF—V\A/R12430Ohm-VWR13100Ohm/T5mBD243C ——Vcc1C￡ ——12V470uFARP[R]/10kOhm2N2222T6BD244Cm

Lh

Ro8

sssR14.1kOhmR15-270OhmCe4100uF圖1-7功放輸出級電路圖電壓為9V的仿真電路圖和波形圖。6T-AVQ匸￡cL1J0.0000三1.1902IJ11.9649m'JT2 0.00007氾vB2T2-T1 0.0000vBJ-'vBITIitihbaseil匚1弓「門和di'-..'InXposition0.27盼A/B|TriggerEdge旦-Level|-0,10￥.?TChannelAChannelB500mV/DiuYposition0.00

￡J2￡1ACIn5mV/DiuYposition|Qfjfj0DCInReduceReverseSavePh血［軸g■4l3IR.ir耳iidi□.叱h*wfrJMn劇Ka0A,00詢ej計(jì)=ae四、安裝與調(diào)試安裝前檢查元件，確保無損，然后用電烙鐵進(jìn)行焊接，焊接時(shí)注意合理布局三極管、電容和放大器的極性，極性焊接錯(cuò)誤，很容易造成電路的短路。所以焊接時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，還要避免虛焊造成兩個(gè)極的連接。安裝后進(jìn)行調(diào)試。1．仿真調(diào)試步驟：通過仿真測試，如不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)修改電路，使其滿足要求。1）使用仿真軟件畫出電路原理圖，標(biāo)出節(jié)點(diǎn)。2）對電路進(jìn)行直流分析，判斷放大電路及功放級的電路狀態(tài)。3）對電路進(jìn)行交流分析，通過對不同節(jié)點(diǎn)的分析觀察其幅頻特性和相頻特性是否滿足設(shè)計(jì)要求。4）對電路進(jìn)行瞬態(tài)分析（示波器），觀察放大級輸出的波形，波形不失真，輸出電壓、失真度、帶寬等指標(biāo)達(dá)到要求。2．實(shí)際電路調(diào)試在仿真的基礎(chǔ)上，焊好電路并檢查無誤后，即可進(jìn)行調(diào)試。如果設(shè)計(jì)正確，前置放大級一般不必調(diào)整就可以正常工作。3．OTL輸出級的簡單調(diào)整方法：1） 調(diào)解R使A點(diǎn)電位為Vcc/2=6Vp2） 調(diào)解R使I二（5?10）mA13 CQ4、5其中1）、2）兩步要反復(fù)調(diào)解，直到達(dá)到要求為止。經(jīng)上述調(diào)試后，放大器就能正常工作了。五、電路的指標(biāo)結(jié)果①.電壓放大倍數(shù)：Av=101；