模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

課程名稱(chēng)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專(zhuān)業(yè)：電子信息工程 班級(jí)： 2 姓 名： 王凱/憨超 學(xué) 號(hào)：2010508114/20105081412012年1月3日目錄TOC\o"1-5"\h\z1.課程設(shè)計(jì)目的 2課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 23.設(shè)計(jì)內(nèi)容 24.元器件清單 95.設(shè)計(jì)總結(jié) 106．參考書(shū)目 10課程設(shè)計(jì)目的1） 結(jié)合所學(xué)的電子電路的理論知識(shí)完成擴(kuò)音機(jī)電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)；2）通過(guò)該設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)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(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求2.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)擴(kuò)音機(jī)不僅僅是音響設(shè)備，還廣泛用于控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)將介紹一種具有收音、拾音、話筒等輸入的功率擴(kuò)音機(jī)的設(shè)計(jì)。通過(guò)此次設(shè)計(jì)訓(xùn)練，需要對(duì)音響電路的前置級(jí)、音調(diào)級(jí)以及功放級(jí)的設(shè)計(jì)和主要性能參數(shù)的測(cè)試有一個(gè)全面深入的了解，并能初步掌握小型電子電路的裝調(diào)技術(shù)。2.2課程設(shè)計(jì)要求1、最大輸出功率為8W；2、 負(fù)載阻抗RL=8歐姆；3、 在同頻帶內(nèi)、滿功率下非線性失真系數(shù)W3%；4、 具有音調(diào)控制功能，即用兩只電位器分別調(diào)高音和低音。3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3.1課程設(shè)計(jì)方案選擇及說(shuō)明實(shí)際上是一個(gè)典型的多級(jí)放大器，其原理如圖1所示。前置放大器主要完成對(duì)小信號(hào)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(diào)控制電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)高，低音的提升和衰減；功率放大器決定了整機(jī)的輸出功率，非線性失真系數(shù)等指標(biāo)，要求效率盡量高，失真盡可能小，輸出功率足夠大。設(shè)計(jì)首先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)整機(jī)電路做出適當(dāng)安排，確定各級(jí)的增益分配，然后對(duì)各級(jí)電路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。原理圖13.2各單元電路的工作原理1.前置放大器的設(shè)計(jì)由于受話器提供的信號(hào)非常微弱，一般在音調(diào)控制器前面應(yīng)加一個(gè)前置放大器。該前置放大器的下限頻率要低于音調(diào)控制器的低音轉(zhuǎn)折頻率，上限頻率要高于音調(diào)控制器的高音轉(zhuǎn)折頻率。考慮到設(shè)計(jì)電路對(duì)于頻率響應(yīng)及零輸入（即輸入端短路）時(shí)的噪音、電流、電壓的要求，前置放大器用集成運(yùn)算放大器LF353。LF353是一種雙路運(yùn)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(zhuǎn)換速率為13V/us，用做音頻前置放大器十分理想。前置放大電路由如圖2示的LF353組成的兩級(jí)放大電路。第一級(jí)放大電路的Au1=R2/R3，Au2=R6/R5；電阻R1=R4=100K歐。耦合電容C1與C2取10uF，C4與C11取100uF,以保證擴(kuò)聲電路的低頻響應(yīng)良好。其他元件的參數(shù)選擇是：C3=100pF，R7=22K歐，電路直流電源為土12V。

冷3:j■”7c.-I5jJi口丄1Cj￡JK上IK.Ck!■IIII713圖2.前置放大電路2.音調(diào)控制器的功能主要是根據(jù)設(shè)計(jì)需要按一定的規(guī)律控制和調(diào)節(jié)音頻放大器的頻率響應(yīng)，以更好地滿足人耳的聽(tīng)覺(jué)特性。一般音調(diào)控制器只對(duì)低音和高音信號(hào)的增益進(jìn)行提升或衰減，而中音信號(hào)增益不變。音調(diào)控制器的電路結(jié)構(gòu)有多種形式，常用的典型電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。該電路的音調(diào)控制曲線(即頻率響應(yīng))如圖4所示。音調(diào)控制曲線中給出了相應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率：f(L1)表示低音轉(zhuǎn)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(duì)此頻率信號(hào)沒(méi)有衰減和提升作

用；f(Hl)表示中音上限頻率，f(H2)表示高音轉(zhuǎn)折頻率。音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)轉(zhuǎn)折頻率的不同選擇電位器、電阻器及電容器的參數(shù)。音調(diào)控制器工作在地音頻時(shí)(即f小于f(L))，由于電容C5WC6二C7,故在低頻時(shí)C5可看成開(kāi)路，音調(diào)控制電路可簡(jiǎn)化圖5所示電路。圖5(a)所示為電位器R(pl)中間抽頭處在最左端，對(duì)應(yīng)于低頻提升最大的情況。下面分別進(jìn)行討論。R1低音TnJ1±CR3R1低音TnJ1±CR3C2,Vor衰減La>R24R圖5負(fù)反饋式音調(diào)控制電路圖a低音提升等效電路圖及幅頻響應(yīng)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(yīng)函數(shù)為A(jw)二uo/ui二-(R10-R(pl))(l+jw/w(L2))/R8(l+jw/w(Ll))式中w(L1)=1/C7R(pl),w(L2)=(R(p1)+R10)/C7R(p1)R10.當(dāng)頻率fWf(Ll)時(shí)，C7近似開(kāi)路，此時(shí)的增益為A=(R(p1)+R10)／R8.當(dāng)頻率升高時(shí),C7的容抗減小，當(dāng)f三f(L2)時(shí),C7近似短路，此時(shí)的增益為Ao=R10／R8.在fl<f2<f3的頻率范圍內(nèi)，電壓增益減為-20dB/10倍頻，即-6dB/倍頻(40Hz對(duì)應(yīng)的增益是20dB，則2X40Hz時(shí)所對(duì)應(yīng)的增益是14dB).本設(shè)計(jì)要求中頻增益為Ao=1，且在100Hz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍?故當(dāng)增益為0dB時(shí)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率為400Hz(因?yàn)閺?2dB到OdB對(duì)應(yīng)兩倍頻程，所以，對(duì)應(yīng)頻率是該頻率2*2*100Hz=400Hz).最大提升增益一般取10倍，因此音調(diào)控制器的低音轉(zhuǎn)折頻率 f(L1)=f(L2)/10=40Hz.電阻R8.R10及R(p1)的取值范圍一般為幾千歐姆到數(shù)百千歐姆.若取值過(guò)大，則運(yùn)算放大器漏電流的影響變大;若取值過(guò)小，則流入運(yùn)算放大器的電流將超過(guò)其最大輸出能力。這里取R(p1)=470K歐。由于Ao=1，故R8=R10.又因?yàn)閣(L1)/w(L2)=(R(p1)+R10)/R10=10，所以R8=R10=R(p1)/(10T)~52K歐，取R9=R8=R10=51K歐。帶入相關(guān)參數(shù)，可求得電容C7=1/2nfL1R(p1)~0.0085?F,取C7=0.01?F.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(dāng)工作頻率f遠(yuǎn)小于f(L1)時(shí)，電容C6近似開(kāi)路，此時(shí)電路增益為：

Al二R10/R8+R(pl)當(dāng)頻率ff(L2)時(shí)，電容C6近似短路，此時(shí)電路增益為:Ao=Rl0/R8可見(jiàn)，低頻端最大衰減倍數(shù)為1/10Ao=Rl0/R8可見(jiàn)，低頻端最大衰減倍數(shù)為1/10(即-20dB)。圖5b低音衰減等效電路圖及幅頻響應(yīng)曲線高頻工作時(shí)元件的參數(shù)計(jì)算音調(diào)控制器在高端工作時(shí)，電容C6、C7近似短路，此時(shí)音調(diào)控制電路可簡(jiǎn)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(zhuǎn)換成三角形連接，轉(zhuǎn)換后的電路如圖8所示。因?yàn)镽9=R8=R10，所以Ra=Rb=Rc=3R8.由于跨接在電路的輸入和輸出之間，對(duì)控制電路無(wú)影響，故可將它忽略不計(jì)。當(dāng)R(p2)中間抽頭處于最左端時(shí)，此時(shí)高頻提升最大，等效電路如圖6(a)所示；當(dāng)R(p2)中間抽頭處于最右端時(shí)，此時(shí)高頻段衰減最大，等效電路如圖6(b)所示。圖6高頻提升電路：由圖6(a)可知，該電路是一個(gè)典型的高通濾波器，其增益函數(shù)為：A(jw)二uo/ui二-Rb(l+jw/w(Hl))/Ra(l+jw/w(H2))其中，w(Hl)=l/(Ra+Rll)C5,w(H2)=1/R11C5當(dāng)f?f(Hl)時(shí)，電容C5可近似開(kāi)路，此時(shí)的電壓增益為：Ao=Rb/Ra=1(中頻增益)當(dāng)f?f(H2)時(shí)，電容C5近似短路，此時(shí)的電壓增益為：A(H)=Rb(Ra+Rll)/Ra?R11當(dāng)f(Hl)WfWf(H2)時(shí)，電壓增益按20dB/10倍頻的斜率增加。由于設(shè)計(jì)任務(wù)中要求中頻增益Ao=l,在10KHz處有+12dB的調(diào)節(jié)范圍，所以，求得f(H)=2.5kHz。又因?yàn)閣(H1)/w(H2)=(Ra+R11)/R11=A(H),高頻最大提升量A(H)—般也取10倍，所以f(H2)=A(H)of(H1)=25kHz?由(Ra+R11)/R11=A(H)，得R11=Ra/(A(H)—1)=17k歐，取R11=18k歐。由w(H2)=1/R11C5,得C5=1/(2nf2R11)=354pF。高音調(diào)節(jié)電位器的阻值與 R(pl)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Ra=Rb，其余元器件也相同，所以，高頻衰減的轉(zhuǎn)折頻率與高頻提升的轉(zhuǎn)折頻率相同。高頻最大衰減為1/10(即-20dB)。功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì)功率輸出級(jí)的電路結(jié)構(gòu)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(xué)的理論知識(shí)這里選用集成運(yùn)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(yùn)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(fù)合管為功率輸出級(jí)。三極管VT1與VT2都為NPN管，仍組成NPN管。VT3、VT4為不同類(lèi)型的晶體管，所組成的復(fù)合管的種類(lèi)由第一只管子決定，極即為PNP管。-Vs+Vs輸出端TDA2030反相輸入同相輸入TDA2030管腳圖 圖-Vs+Vs輸出端TDA2030反相輸入同相輸入TDA2030管腳圖 圖7TDA2030組成的OCL功率放大器電路確定電源電壓Vcc功率放大器的設(shè)計(jì)要求是最大輸出功率Po，max=UomXUom/2R1,可得Po，max二Uom。考慮輸出功率管VT2、VT4的飽和壓降和發(fā)射極電阻R21與R22的降壓作用，電源電壓常?。篤cc=(l.2?1.5)Uom。將已知參數(shù)代入上式，電源電壓可選為土12V。輸出晶體管的選擇輸出功率管VT2與VT4選擇同類(lèi)型的NPN型大功率管。其承受的最大反向電壓為U(CE,max)=2Vcc，每只晶體管的最大集電極電流為Ic,max=Vcc/R1~1.6A;每只晶體管的最大集電極功耗為：Pc,max=0.2Po，maxW。所以，在選擇功率三極管時(shí)，除應(yīng)使兩只管的B值盡量對(duì)稱(chēng)外，其極限參數(shù)還應(yīng)滿足下列關(guān)系：V(BR)CEO>2Vcc，Icm>Ic,max,Pcm>Pc，max。根據(jù)上述關(guān)系，選擇功率三極管為3DD01.復(fù)合管的選擇VT1與VT3分別和VT4組成復(fù)合管，它們承受的最大電壓為2Vcc,考慮到R18與R20的分流作用和晶體管的損耗，晶體管VT1與VT3的集電極功耗為：Pc,max~(1.1?1.5)Pc,max/B2,而實(shí)際選擇VT3參數(shù)時(shí)要大于該最大值。另外，為了復(fù)合輸出互補(bǔ)類(lèi)型的三極管，一定要使VT1與VT3互補(bǔ)，且要求盡可能對(duì)稱(chēng)。VT1可選用9013,VT3選用9015.電阻R17?R22的估算R18與R20用來(lái)減小復(fù)合管的穿透電流，而阻值的大小會(huì)影響復(fù)合管的穩(wěn)定性，太大又會(huì)影響輸出功率，故一般取R18=R20=(5?10)ri2.ri2為VT18和VT2管的輸入端等效電阻，其大小可用公式ri2=rbe+(1+B2)R21來(lái)計(jì)算，大功率管的rbe約為10歐，B為20倍。輸出功率管的發(fā)射極電阻R21與R22起電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫闺娐返墓ぷ鼽c(diǎn)更加穩(wěn)定，從而減少非線性失真。一般取R21=R22=(0.05?0.1)Rl。由于VT1與VT3管的類(lèi)型不同，接法也不一樣，這樣加到VT1與VT3管基極輸入端的信號(hào)將不對(duì)稱(chēng)。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(jù)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(duì)復(fù)合管偏置電路，使輸出級(jí)工作于甲乙類(lèi)狀態(tài)。R15與R16的阻值要根據(jù)輸出級(jí)輸出信號(hào)的幅度和前級(jí)運(yùn)算放大器的最大允許輸出電流來(lái)考慮。靜態(tài)時(shí)功率放大器的輸出端對(duì)地的電位為0(VT1與VT3應(yīng)處于微導(dǎo)通狀態(tài))，即uo=0V。運(yùn)算放大器的輸出電位u03~0V，若取電流Io=1mA,R(p3)=0(R(p3)用于調(diào)整復(fù)合管的微導(dǎo)通狀態(tài)，其調(diào)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(yīng)調(diào)在零阻值。當(dāng)調(diào)整輸出級(jí)靜態(tài)工作電流或者輸出波形的交叉失真時(shí)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=llk歐。為了保證對(duì)稱(chēng)，電阻R16=llk歐。取R(p3)=1k歐；電路中VD1與VD2選為IN4148.反饋電阻R13與R14去確定在這里，運(yùn)算放大器選用LF353，功率放大器的電壓增益可表示為Au=1+( R(p3)+R(p4))/R(p4)=20，若取R4=1k歐，則R12+R(p4)=19k歐。為了使功率放大器可調(diào)，取R(p3)=15k歐，R(p4)=4.7k歐，電阻R12是運(yùn)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(kuò)聲電路的下限頻率。取R12=100k歐，C8=100?F并聯(lián)在揚(yáng)聲器兩端的R23與C10消振網(wǎng)絡(luò)，可以改善揚(yáng)聲器的高頻響應(yīng)。這里取R23=27歐，C10=0.1口F；一般取C9=4,7uF.4設(shè)計(jì)結(jié)果及分析安裝與調(diào)試在調(diào)試安裝前，首先將所選用的電子元器件測(cè)試和篩選一遍，以確定元器件的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，然后，嚴(yán)格按照元器件的安裝、焊接、布線工藝規(guī)程，進(jìn)行元器件的插裝和焊接，合理排布，連線應(yīng)盡可能短而直，做到既了牢固可靠，美觀大方，又維護(hù)方便。前置級(jí)的調(diào)試：當(dāng)無(wú)輸入交流信號(hào)時(shí)，用萬(wàn)用表分別測(cè)量LF353的輸出電位，正常時(shí)應(yīng)在0V附近。若輸出端直流電位為電源電壓值時(shí)，則運(yùn)算放大器可能已壞或工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)。輸入端加入ui=5mV,f=1000Hz的交流信號(hào)，用示波器觀察有無(wú)輸出波形。如有自激振蕩，應(yīng)首先消除；當(dāng)工作正常后，用交流毫伏表冊(cè)測(cè)量放大器的輸出，并求其電壓放大倍數(shù)。輸入信號(hào)幅值保持不變，改變其頻率，測(cè)量幅頻特性，并畫(huà)幅頻特性曲線。音調(diào)控制器的調(diào)試先對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試后進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試：用低頻信號(hào)發(fā)生器在音調(diào)控制器輸入端輸入400mV的正弦信號(hào)，保持幅度不變；將低音控制電位器調(diào)到最大提升，同時(shí)將高音控制電位器調(diào)到最大衰減，分別測(cè)量器幅頻特性曲線；然后將兩個(gè)電位器的位置調(diào)到相反狀態(tài)，重新測(cè)量其幅頻特性曲線。若不符合要求，應(yīng)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(cuò)誤或排除故障，重新調(diào)試，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。功率放大器的調(diào)試靜態(tài)調(diào)試：首先將輸入電容C8輸入端對(duì)地短路，然后接通直流電源，用萬(wàn)用表測(cè)試Uo,調(diào)節(jié)電位器R(p3)使輸出地電位近似為零。動(dòng)態(tài)調(diào)試：在輸入端接入400mV、1000Hz的正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出波形的失真情況，調(diào)節(jié)電位器R(p3)使輸入端波形交叉失真最小；調(diào)節(jié)電位器R(p4)使輸入電壓的峰值不小于11V,以滿足輸出功率的要求。整機(jī)調(diào)試：將三級(jí)電路連接起來(lái)，在輸入端連接一個(gè)受話器。此時(shí)，調(diào)節(jié)音量控制電位器R(p4)，應(yīng)能改變音量的大??；調(diào)節(jié)高、低音控制電位器，應(yīng)能明顯聽(tīng)出高、低音調(diào)的變化；敲擊電路板應(yīng)無(wú)聲音間斷和自激現(xiàn)象。4.元器件清單位置編號(hào)名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格數(shù)量備注R11R12R13R15R16R17R25R26R32電阻10kQ9個(gè)25°CR15電阻40kQ1個(gè)25°CR18電阻50kQ1個(gè)25°CR21R22電阻47kQ2個(gè)25°CR23電阻17k1個(gè)25°C

QR24電阻13kQ1個(gè)25°CR31電阻20kQ1個(gè)25°CR33電阻30kQ1個(gè)25°CR34電阻1Q1個(gè)25°CRL