模擬電子技術課程設計擴音機new

1、課程名稱課程名稱課程設計報告課程設計報告 學學 院：院： 信息科學與技術學院信息科學與技術學院 專專 業(yè)：業(yè)： 電子信息工程電子信息工程 班班 級：級： 2 姓姓 名：名： 王凱王凱/憨超憨超 學學 號：號： 2010508114 / 2010508141 2012 年年 1 月月 3 日日 1 目目 錄錄 1.1.課程設計目的課程設計目的.2 2 2.2.課程設計任務和要求課程設計任務和要求.2 2 3.3.設計內容設計內容.2 2 4.4.元器件清單元器件清單.9 9 5.5.設計總結設計總結.1010 6 6參考書目參考書目.1010 2 1.課課程程設設計計目目的的 1) 結合所學的電

2、子電路的理論知識完成 擴音機電路設計 課程設計； 2）通過該設計學會并掌握常用電子元器件的選擇和使用方法； 3）提高自己綜合分析問題和解決問題的能力。 2.課課程程設設計計任任務務和和要要求求 2 2. .1 1 課課程程設設計計任任務務 擴音機不僅僅是音響設備，還廣泛用于控制系統和測量系統中。本設計將 介紹一種具有收音、拾音、話筒等輸入的功率擴音機的設計。通過此次設計 訓練，需要對音響電路的前置級、音調級以及功放級的設計和主要性能參數 的測試有一個全面深入的了解，并能初步掌握小型電子電路的裝調技術。 2 2. .2 2 課課程程設設計計要要求求 1、最大輸出功率為 8W； 2、負載阻抗 RL

3、=8 歐姆； 3、在同頻帶內、滿功率下非線性失真系數 3%； 4、具有音調控制功能，即用兩只電位器分別調高音和低音。 3. 課課程程設設計計報報告告內內容容 3.1 課程設計方案選擇及說明 實際上是一個典型的多級放大器，其原理如圖 1 所示。前置放大器主要完 成對小信號的放大，一般要求其輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶寬，噪音?。?音調控制電路主要實現對輸入信號高，低音的提升和衰減；功率放大器決定 了整機的輸出功率，非線性失真系數等指標，要求效率盡量高，失真盡可能 小，輸出功率足夠大。設計首先根據技術指標要求，對整機電路做出適當安 排，確定各級的增益分配，然后對各級電路進行具體的設計。 3 原原理

4、理圖圖 1 3.2 各單元電路的工作原理 1.前置放大器的設計 由于受話器提供的信號非常微弱，一般在音調控制器前面應加一個前 置放大器。該前置放大器的下限頻率要低于音調控制器的低音轉折頻率，上 限頻率要高于音調控制器的高音轉折頻率。考慮到設計電路對于頻率響應及 零輸入（即輸入端短路）時的噪音、電流、電壓的要求，前置放大器用集成 運算放大器 LF353。LF353 是一種雙路運算放大器，屬于高輸入阻抗低噪音 集成器件。其輸入阻抗到 10000M 歐姆，輸入偏置電流僅為 50*10 的-12 次 方安培，單位增益頻率為 4MHz，轉換速率為 13V Vu us s ，用做音頻前置放大 器十分理想。

5、 前置放大電路由如圖 2 示的 LF353 組成的兩級放大電路。第一級放大電路 的 Au1= R2R3，Au2=R6R5；電阻 R1=R4=100K 歐。耦合電容 C1 與 C2 取 10uF，C4 與 C11 取 100uF，以保證擴聲電路的低頻響應良好。 其他元件的參數選擇是： C3=100pF，R7=22K 歐，電路直流電源為 12V。 4 圖 2.前置放大電路 2.音調控制器的功能主要是根據設計需要按一定的規(guī)律控制和調節(jié)音頻放 大器的頻率響應，以更好地滿足人耳的聽覺特性。一般音調控制器只對低音 和高音信號的增益進行提升或衰減，而中音信號增益不變。音調控制器的電 路結構有多種形式，常用的

6、典型電路結構如圖 3 所示。 圖 3 音調控制器 該電路的音調控制曲線（即頻率響應）如圖 4 所示。音調控制曲線中給出 了相應的轉折頻率： f（L1）表示低音轉折頻率， f（L2）表示中音下線頻率， f0 表示中音頻率（即中心頻率）。要求電路對此頻率信號沒有衰減和提升作 5 用；f（H1）表示中音上限頻率， f(H2)表示高音轉折頻率。音調控制器的設 計主要是根據轉折頻率的不同選擇電位器、電阻器及電容器的參數。 圖圖 4 4 音音調調控控制制曲曲線線 低頻工作時元件參數的計算 音調控制器工作在地音頻時（即 f 小于 f（L），由于電容 C5C6=C7， 故在低頻時 C5 可看成開路，音調控制電

7、路可簡化圖 5 所示電路。圖 5（a） 所示為電位器 R（p1）中間抽頭處在最左端，對應于低頻提升最大的情況。 下面分別進行討論。 + _ A 低音 高音 提升衰減 提升衰減 Rp1 Rp2 C1C2 R1R2 R3 R4 C3 C Vi Vo 圖 5 負反饋式音調控制電路圖 20lgAvfdB 0 10 20 f 2L f 1L f + _ A Rp2 C2 R1R2 R3 Vi Vo -6dB/倍頻程 6 a 低音提升等效電路圖及幅頻響應曲線 低頻提升電路：有圖（ a）可求出低頻提升電路的頻率響應函數為 A（jw）=uoui=-（R10-R（p1）（1+jww(L2)）R8(1+jww(L

8、1) 式中 w(L1)=1C7R(p1), w(L2)=( R（p1）+ R10)C7 R(p1) R10. 當頻率 ff（L1）時,C7 近似開路,此時的增益為 A=( R（p1）+ R10)R8. 當頻率升高時,C7 的容抗減小,當 ff(L2)時,C7 近似短路,此時的增益為 Ao=R10R8. 在 f1f2f3 的頻率范圍內,電壓增益減為-20dB10 倍頻,即-6dB倍 頻(40Hz 對應的增益是 20dB,則 240Hz 時所對應的增益是 14dB). 本設計要求中頻增益為 Ao=1,且在 100Hz 處有12dB 的調節(jié)范圍.故當增 益為 0dB 時,對應的轉折頻率為 400（因

9、為從到對應兩倍 頻程，所以，對應頻率是該頻率 *）最大提 升增益一般取倍，因此音調控制器的低音轉折頻率f（L1）f(L2) 電阻、 10 及 R(p1)的取值范圍一般為幾千歐姆到 數百千歐姆.若取值過大，則運算放大器漏電流的影響變大 ;若取值過小，則 流入運算放大器的電流將超過其最大輸出能力。這里取R(p1)=470K 歐。由 于 Ao=1，故 R8=R10.又因為 w(L1)w(L2)= ( R（p1）+ R10) R10=10,所 以 R8=R10=R（p1）（10-1）52K 歐，取 R9=R8=R10=51K 歐。帶入相關參 數，可求得電容 C7=12fL1 R（p1）0.0085F，

10、取 C7=0.01F. 低頻衰減電路：在低頻衰減電路中，如圖 5（b）所示，若取電容 C6=C7， 則當工作頻率 f 遠小于 f（L1）時，電容 C6 近似開路，此時電路增益為： Al=R10R8+R（p1） 當頻率 ff（L2）時，電容 C6 近似短路，此時電路增益為： Ao=R10/R8 可見，低頻端最大衰減倍數為 1/10（即-20dB）。 7 + _ A Rp2 C1 R1R2 R3 Vi Vo 20lgAvf dB 0 -10 -20 f 1L f 2L f +6dB/倍頻程 圖 5 b 低音衰減等效電路圖及幅頻響應曲線 高頻工作時元件的參數計算 音調控制器在高端工作時，電容 C6、

11、C7 近似短路，此時音調控制電路可 簡化成圖 7 所示電路。為便于分析，講星型連接的電阻 R8、R9 和 R10 轉換 成三角形連接，轉換后的電路如圖 8 所示。因為 R9=R8=R10，所以 RaRbcR8.由于跨接在電路的輸入和輸出之間，對控制電路無影響， 故可將它忽略不計。 當 R（p2）中間抽頭處于最左端時，此時高頻提升最大，等效電路如圖 6（a）所示；當 R（p2）中間抽頭處于最右端時，此時高頻段衰減最大，等 效電路如圖 6（b）所示。 20lgAvf 0 10 20 f 2H f 1H f +6dB/倍頻程 + _ A Rb Vi Vo Ra R4C3 （a） 20lgAvf 0

12、-10 -20 f -6dB/倍頻程 + _ A Rb Vi Vo Ra R4C3 1H f 2H f (b) 8 圖 6 高頻提升電路：由圖 6（a）可知，該電路是一個典型的高通濾波器，其增 益函數為： A（jw）=uoui=- Rb（1+jww(H1)）Ra(1+jww(H2) 其中，w(H1)=1（Ra+R11）C5， w(H2)=1R11C5 當 ff（H1）時，電容 C5 可近似開路，此時的電壓增益為： Ao= RbRa（中頻增益） 當 f（H）時，電容 C5 近似短路，此時的電壓增益為： A（）= Rb（Ra+R11）RaR11 當 f（H1）ff（H）時，電壓增益按 20dB10

13、 倍頻的斜率增加。 由于設計任務中要求中頻增益 Ao=1，在 10KHz 處有+12dB 的調節(jié)范圍， 所以，求得 f（）.。又因為 w(H1) w(H2)（Ra+R11） R11A（），高頻最大提升量 A（）一般也取倍，所以 f（H） A（）。f（H1）.由（Ra +R11）R11A（），得 R11Ra（）歐，取 R11歐。由 w(H2) =1R11C5，得（R11）。高音調節(jié)電位器 的阻值與 R（p1）相同，取 R（p2）=470k 歐。 高頻衰減電路：在高頻衰減等效電路中，由于 RaRb，其余元器件也相 同，所以，高頻衰減的轉折頻率與高頻提升的轉折頻率相同。高頻最大衰減 為 110（即-

14、20dB）。 3.功率輸出級的設計 功率輸出級的電路結構有多種形式，選擇又分立元件組成的功率放大器 或單片集成功率放大器均可。為了鞏固在電子線路課程中所學的理論知識， 這里選用集成運算放大器組成的典型的 OCL 功率放大器，如圖 7 所示。其中 由運算放大器組成輸入電壓放大器，由晶體管 VT1、VT2、VT3、VT4 組成的 復合管為功率輸出級。三極管 VT1 與 VT2 都為PN 管，仍組成PN 管。 VT3、VT4 為不同類型的晶體管，所組成的復合管的種類由第一只管子決定， 極即為管。 9 TDA2030 1 2 345 同 相 輸 入 反 相 輸 入 -Vs 輸 出 端 +Vs Rp 1

15、00k V02 C1 + 10uF R3 22k 1 2 + _ TDA2030 5 3 4 R1 680 C2+ 22uF R2 22k -15V +15V + + D1 1N4001 D2 1N4001 C3 C4 C5 C6 C3=C4=100uF C5=C6=0.1uF R4 1 C7 0.22uF 8 Vo TDA2030 管腳圖 圖 7 TDA2030 組成的 OCL 功率放大器電路 確定電源電壓 功率放大器的設計要求是最大輸出功率 Po，max=，可得 Po，max=?？紤]輸出功率管 VT2、VT4 的飽和壓降和發(fā)射極電阻 R21 與的降壓作用，電源電壓常?。?（.）。將已知參數

16、代入上式，電源電壓可選為 。 輸出晶體管的選擇 輸出功率管 VT2 與 VT4 選擇同類型的 NPN 型大功率管。其承受的最大反向 電壓為 U（，），每只晶體管的最大集電極電流為 ， /.；每只晶體管的最大集電極功耗為： ， .Po，max。所以，在選擇功率三極管時，除應使兩只 管的 值盡量對稱外，其極限參數還應滿足下列關系：（ BR） ，Icm，Pcm，。根據上述關系， 選擇功率三極管為 3DD01. 復合管的選擇 與分別和 VT4 組成復合管，它們承受的最大電壓為 2，考慮到 R18 與的分流作用和晶體管的損耗，晶體管與 的集電極功耗為：， （.） ，而實際選擇參數時要大于該最大值。另外，

17、為 10 了復合輸出互補類型的三極管，一定要使與互補，且要求盡可 能對稱。VT1 可選用 9013，選用 . 電阻的估算 18 與 R20 用來減小復合管的穿透電流，而阻值的大小會影響復合管的 穩(wěn)定性，太大又會影響輸出功率，故一般取 R18=R20=（510）ri2. ri2 為18 和 VT2 管的輸入端等效電阻，其大小可用公式 ri2=rbe+（1+）R21 來計算，大功率管的 rbe 約為 10 歐， 為 20 倍。 輸出功率管的發(fā)射極電阻 R21 與 R22 起電流負反饋作用，使電路的工作點更 加穩(wěn)定，從而減少非線性失真。一般取 R21=R22=（0.050.1）Rl。由于 與管的類型

18、不同，接法也不一樣，這樣加到與管 基極輸入端的信號將不對稱。為此，增加 R17 到 R19 作為平衡電阻，是兩只 管子的輸入阻抗相等。一般選擇 R17=R19=R18ri2/（R18+ri2）。 根據以上條件，選擇電路元器件為 R21=R22=1 歐，R18=R20=270 歐， R17=R19=30 歐。 確定靜態(tài)偏置電路 為了克服交叉失真，由 R15、R16、R（p3）和二極管 VD1、VD2 共同組成 兩對復合管偏置電路，使輸出級工作于甲乙類狀態(tài)。 R15 與 R16 的阻值要根 據輸出級輸出信號的幅度和前級運算放大器的最大允許輸出電流來考慮。靜 態(tài)時功率放大器的輸出端對地的電位為 0（

19、與應處于微導通狀 態(tài)），即 uo=0V。運算放大器的輸出電位 u030V，若取電流 Io=1mA，R（p3）=0（ R（p3）用于調整復合管的微導通狀態(tài)，其調節(jié)范圍 不能太大，可采用 1k 歐左右的精密電位器，其初始位置應調在零阻值。當調 整輸出級靜態(tài)工作電流或者輸出波形的交叉失真時再逐漸增大阻值），則： Io （Vcc-ud）/ （R15+R（p3）=（Vcc-ud）/ R15=（12-0.7）/R15. 所以，R15=11.3k 歐，取 R15=11k 歐。 為了保證對稱，電阻 R16=11k 歐。取 R（p3）=1k 歐；電路中 VD1 與 VD2 選為 . 反饋電阻 R13 與 R14

20、 去確定 在這里，運算放大器選用，功率放大器的電壓增益可表示為 11 （R（p3）R（p4）/ R（p4），若取歐， 則 R12+R（p4）=19k 歐。為了使功率放大器可調，取 R（p3）=15k 歐， R（p4）=4.7k 歐，電阻 R12 是運算放大器的偏置電阻，電容 C8 為輸入耦合 電容，其容量大小決定了擴聲電路的下限頻率。取R12=100k 歐， C8=100F 并聯在揚聲器兩端的 R23 與 C10 消振網絡，可以改善揚聲器的高 頻響應。這里取 R23=27 歐，C10=0.1F；一般取 .F. 4 設計結果及分析 安裝與調試 在調試安裝前，首先將所選用的電子元器件測試和篩選一遍

21、，以確定元 器件的質量符合設計要求，然后，嚴格按照元器件的安裝、焊接、布線工藝 規(guī)程，進行元器件的插裝和焊接，合理排布，連線應盡可能短而直，做到既 了牢固可靠，美觀大方，又維護方便。 前置級的調試：當無輸入交流信號時，用萬用表分別測量的輸 出電位，正常時應在附近。若輸出端直流電位為電源電壓值時，則運算 放大器可能已壞或工作在開環(huán)狀態(tài)。 輸入端加入，的交流信號，用示波器觀察 有無輸出波形。如有自激振蕩，應首先消除；當工作正常后，用交流毫伏表 冊測量放大器的輸出，并求其電壓放大倍數。 輸入信號幅值保持不變，改變其頻率，測量幅頻特性，并畫幅頻特性曲線。 音調控制器的調試 先對其進行靜態(tài)測試后進行動態(tài)

22、調試：用低頻信號發(fā)生器在音調控制器輸 入端輸入的正弦信號，保持幅度不變；將低音控制電位器調到最 大提升，同時將高音控制電位器調到最大衰減，分別測量器幅頻特性曲線； 然后將兩個電位器的位置調到相反狀態(tài)，重新測量其幅頻特性曲線。若不符 合要求，應檢查電路的連接、元器件值、輸入輸出耦合電容是否正確和完好， 糾正錯誤或排除故障，重新調試，直到符合設計要求為止。 功率放大器的調試 靜態(tài)調試：首先將輸入電容輸入端對地短路，然后接通直流電源，用 12 萬用表測試，調節(jié)電位器（）使輸出地電位近似為零。 動態(tài)調試：在輸入端接入、的正弦信號，用示波 器觀察輸出波形的失真情況，調節(jié)電位器（）使輸入端波形交叉失真 最

23、??；調節(jié)電位器（）使輸入電壓的峰值不小于，以滿足輸出 功率的要求。 整機調試：將三級電路連接起來，在輸入端連接一個受話器。此時，調節(jié) 音量控制電位器（），應能改變音量的大??；調節(jié)高、低音控制電位 器，應能明顯聽出高、低音調的變化；敲擊電路板應無聲音間斷和自激現象。 4.元器件清單 位置編號名稱型 號 規(guī)格數量備注 R11 R12 R13 R15 R16 R17 R25 R26 R32 電阻 10k 9 個 25C R15 電阻 40 k 1 個 25C R18 電阻 50 k 1 個 25C R21 R22 電阻 47 k 2 個 25C R23 電阻 17 k 1 個 25C R24 電阻 13 k 1 個 25C R31 電阻 20 k 1 個 25C R33 電阻 30 k 1 個 25C 13 R34 電阻 1 1 個 25C RL 揚聲器 14W8 1 個 25C 話筒1 個 25C Rp1 Rp2 電位器 470k 2