對講機(jī)放大電路設(shè)計實(shí)驗(yàn)報告

對講機(jī)放大電路設(shè)計實(shí)驗(yàn)報告前言在本學(xué)期第十七周的時候，我們進(jìn)行了為期一周的模電課程設(shè)計。我們總共有三個課題，分別是：對講機(jī)放大電路設(shè)計，直流穩(wěn)壓電源和充電電路，函數(shù)信號發(fā)生器；我們小組選擇了第一個課題。進(jìn)行了元件挑選，元件排布，元件焊接，電路板調(diào)試和最終檢測。從中我們學(xué)習(xí)到了許多，也理解了許多，對于自己的專業(yè)有了更加一步的了解。以下是我們組的實(shí)習(xí)報告。目標(biāo)電路圖一設(shè)計任務(wù)及其指標(biāo)1．前置放大級技術(shù)指標(biāo)：電壓放大倍數(shù)：Av=100；最大輸出電壓：Vo=1V；頻率響應(yīng)：30Hz~30KHz；輸入電阻：Ri>15KΩ；失真度：γ<10%；負(fù)載電阻：RL=2KΩ；電源電壓：Vcc=12V；2．功率放大器〔輸出級〕技術(shù)指標(biāo)最大輸出功率：Pom≥0.25W；負(fù)載電阻：RL=8Ω；失真度：γ≤5%效率：η≥50%輸入阻抗：Ri≥100KΩ二設(shè)計內(nèi)容和原理本次試驗(yàn)的主要內(nèi)容是對講機(jī)放大電路的設(shè)計，使其對微弱的信號進(jìn)行放大的功能，而關(guān)于三極管的放大功能和功率放大時本次試驗(yàn)的主要核心內(nèi)容。其要求設(shè)計出來的電路滿足以上的技術(shù)指標(biāo)。1〕工作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。對講機(jī)放大器的電路組成方框圖如圖：如圖，放大器是核心局部。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。Y1、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Y1、Y2與防大曲連接的位置，使Y1、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那么接到輸出端為揚(yáng)聲器。此時有人對著Y2講話時，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。那么可以在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)。對講機(jī)放大器的電路組成方框圖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，故也稱為輸入級。放大器的第二級把輸入級的輸出的電壓信號進(jìn)行放大再傳給輸出級，這一級也成為中間級。由OTL功率放大器組成，把前置級的電壓信號進(jìn)行功率帶動揚(yáng)聲器。輸入輸入級中間級輸出級信號源負(fù)載-輸入級中間級輸出級前置級信號源負(fù)載-三設(shè)計步驟和方法本次試驗(yàn)的核心就是三極管的放大電路，所以首先應(yīng)該設(shè)計一個符合技術(shù)指標(biāo)的放大電路，其主要就是前置局部和功率放大局部。前置局部由三大三極管組成，第一個三極管的防止溫度漂移，所以要選擇好適宜的R1和R2的阻值，使得T1管的基極電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于流過R1和R2的電流。第二個三極管的主要功能就是放大電壓，所以必須調(diào)整好靜態(tài)工作點(diǎn)，使其正好在負(fù)載線的中點(diǎn)左右，第三個三極管的作用主要是放大和極點(diǎn)耦合，并輸出放大電壓。而功率放大的那兩個三極管主要是進(jìn)行功率放大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)，為使放大電路的性能穩(wěn)定，引入一定深度的負(fù)反應(yīng)，所以，放大倍數(shù)應(yīng)留有一定余量。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。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?。本電路級間耦合采取阻容耦合方式。前置放大原理圖如下圖：2、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OTL功放電路，T4是前置放大級，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R〔p〕，就可以使I〔rh〕、U(b5)和U〔b6〕到達(dá)所需數(shù)值，給T5、T6提供一個適宜的偏置，從而使A點(diǎn)電位U〔a〕=U〔c〕=Vcc/2。當(dāng)U〔i〕=U〔im〕sinkt時，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，這時有電流通過R〔l〕，同時電容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。那么已充電的電容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，T5，T6交替工作，負(fù)載RL上就可以得到完整的我正弦波。為使輸出電壓到達(dá)最大峰值Ucc/2，采用自舉電路的OTL功放電路.當(dāng)Ui=0時，UA=Vcc/2，Ub=Vcc-iR11R2，電容C3兩端Uc3=Ub-Ua=Vcc/2-iR11R2。當(dāng)R11C4乘積足夠大時，那么可以認(rèn)為Uc4根本為常數(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。3、計算元件參數(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，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)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。確定電源電壓：為保證輸出電壓幅度到達(dá)指標(biāo)要求，電源電壓Vcc應(yīng)滿足如下要求：Vcc〉2Vom+VE+VCESVom為最大輸出幅度，Vom=1.4V，VE一般去1~3V，VCES一般取1V。2〕前置放大級參數(shù)確定1)確定T2級的參數(shù)a．確定T2級發(fā)射極、集電極電阻參數(shù)及靜態(tài)工作點(diǎn)：因?yàn)門2管級是放大電路的輸出級，輸出電壓比擬大，為使負(fù)載得到最大的輸出幅度，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)在負(fù)載線的中點(diǎn)，如下圖，滿足條件：Vcc-VCEQ2=ICQ2R8+VE2VCEQ2=ICQ2VCEQ2>Vom+VCESR9=指標(biāo)中，Rl=2K，取Ve2=3V，Vces=1V，確定R8=3.5K，R9=1.5k，取標(biāo)稱值，R8=3.3k，R9=1.5k，取靜態(tài)值Icq=2mA，Vces2=2.4V。VomVomVomVomQ〔VCEQ，ICQ〕2VCEQVccVCEVCEQICQ2ICQIC0VCESb．晶體管的三極管參數(shù)；晶體管的選取主要是依靠晶體管的三個極限參數(shù)，BVceq>三極管，ce間最大電壓Vcemax，Icm>三極管工作時的最大電流Icmax；Pcm>三極管工作時的最大功率Pmax。由圖可知，Ic2的最大值為Ic2max=2Icq2Vce最大值為Vce2max=Vcc根據(jù)甲類電路的特點(diǎn)，T2的最大功耗為：Pcmax>Vceq2*Icq2因此T2的參數(shù)應(yīng)滿足：BVCEO>12VICM>2ICQ2=4mAPCM>VCEQ2·ICQ2=4.8mW選用3DG系列小功率三極管，β2=80。c.確定T2級基級電阻參數(shù)在工作點(diǎn)穩(wěn)定的情況下，基級電壓Vb2越穩(wěn)定，那么電路的穩(wěn)定性越好，因此，在設(shè)計電路的時候應(yīng)盡量使流過基級電阻的電流大些，以滿足Ir>Ibd條件，保證Vb2不受Ib變化的影響，但是Ir并不是越大越好，因?yàn)镮r大,那么R6，R7的值必然要小，這將產(chǎn)生兩個問題，第一增加電源的小號，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Ir太大時候，將是第一級，的放大倍率降低，為了使VB2穩(wěn)定同時第二級的輸入電阻有不小，一般計算時候，按下式選取IR的值IR=〔5~10〕IBQ硅管IR=〔10~15〕IBQ鍺管本電路選用硅管，取IR=5IBQR6=R6==取標(biāo)稱值，R7=30KΩ，R9=68KΩ。2〕確定T1級的參數(shù)a.T1級發(fā)射極、集電極電阻及靜態(tài)工作點(diǎn)：因?yàn)門1級是放大器的輸入級，其輸入信號比擬小，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擬容易實(shí)現(xiàn)，主要考慮如何減小噪聲，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。在工程計算中，一般對小信號的輸入級都不詳細(xì)計算，而是憑經(jīng)驗(yàn)直接選?。篒CQ1=0.1~1mA硅管ICQ1=0.1~2mA鍺管如果輸入信號較大或輸出幅度較大時不能用此方法，而應(yīng)該具體計算，計算方法與計算第二級方法相同，VE1=3V，VCEQ1=3V；ICQ1=0.5mAR4+R5=R4+R5=R3=b．確定T1級三極管參數(shù)T2的參數(shù)應(yīng)滿足：BVceo>12V,R2=R=取R1=130K，R2=56K3〕耦合電容和旁路電容的選取下限頻率fL決定耦合電容及旁路電容，電容的容量越大那么放大器的低頻響應(yīng)越好。工程計算中，常憑經(jīng)驗(yàn)選取。耦合電容：2～10μF發(fā)射極旁路電容：150～200μF4〕反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的計算Rf=100R4-R4=5.5K取Rf=5.6K，Cf=10μF3.功放級參數(shù)確定1〕確定電源電壓：所以最大輸出電壓應(yīng)根據(jù)Pom來計算，為：Vom=ηVcc/2即：Vcc=2其中η稱為電源利用效率，一般?。害?0.6~0.812V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)：選擇適宜的功率管，并使兩管β5=β6，參數(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問題，為了滿足電路性能要求，并便于設(shè)計計算，本課題功率管選擇硅管，其極限參數(shù)應(yīng)滿足：BVceo>VCEmax，Icm>ICmax；Pcm>PCmax。BVCEO>VCEmax=2·Vcc/2=12Icm>Icmax=PCM>PCmax=0.2Pom=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〕計算推動級電路：確定T4的工作電流：為保證信號不是真，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)載的中點(diǎn)要求：ICQ4≥3IB6max一般取ICQ4=2~10mA，此設(shè)計中取ICQ4=10mA。靜態(tài)時，OTL電路的A點(diǎn)電位VA=VCC/2=6V，所以，VCES4=2~3V。VC4=6-VBE6=5.5VVC4=VCES4+ICQ4R15確定R15=250Ω。VB4=VE4+VBE4=ICQ4R15+VBE4=3.1VR14=RP=4)確定輸出級靜態(tài)工作點(diǎn)及電阻參數(shù)：靜態(tài)時，OTL電路的A點(diǎn)電位為VA=VCC/2=6V，那么VBQ5=6.5V,VBQ6=5.5V。那么：確定電阻為標(biāo)稱值R11為120Ω，R12為430Ω。四安裝和調(diào)試安裝時需要先對給定的電阻和一些元件進(jìn)行檢查，確保無誤。依據(jù)所畫的原理圖進(jìn)行線路連接，主要是三極管的極性要考慮，以及電容的正負(fù)極不要弄反在確保電路不發(fā)生故障的前提下，可以對電路板進(jìn)行美化。1．仿真調(diào)試步驟：1〕使用仿真軟件畫出電路原理圖，標(biāo)出節(jié)點(diǎn)。2〕電路直流分析，判斷放大電路及功放級的電路狀態(tài)。2．實(shí)際電路調(diào)試在仿真的根底上，焊好電路并檢查無誤后，即可進(jìn)行調(diào)試。如果設(shè)計正確，前置放大級一般不必調(diào)整就可以正常工作。3OTL輸出級的簡單調(diào)整方法：㈠調(diào)解RP使A點(diǎn)電位為0.5Vcc㈡調(diào)解R13使Icq4、5=〔5~6〕mA其中㈠㈡要反復(fù)調(diào)解，知道到達(dá)要求為止。五電路的指標(biāo)結(jié)果輸入信號：9.7MV電壓放大倍數(shù)：Av=78頻率響應(yīng)：30Hz---29KHz輸入電阻：32.3K失真度:0%電源電壓:Vcc=12V六所使用的儀器,設(shè)備和元件1〕計算機(jī)及電路仿真軟件2〕信號發(fā)生器3〕示波器4〕穩(wěn)壓電源5〕晶體管毫伏表6〕萬用表7〕鉗子、導(dǎo)線、電烙鐵、鑷子1R1130K12R26K13R312K14R456K15R55.6K16R668K17R728K18R91.5K19R103K110R11120111R12430112R13100113R145.1K114R15270115C110UF116C210UF117C310UF118C410UF119C5470UF120Ce1100UF121Ce2100UF122T1,T2NPN223T3.T4NPN224T5NPN125T6PNP126電位器20k127電位器10K1七心得體會在這次的課程設(shè)計中，電壓增益由設(shè)計的好的兩個電阻5.6k歐姆