模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--擴(kuò)聲電路

1、<p><b>　　電子工程系課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　專業(yè)名稱： </p><p>　　課程名稱： 模擬電路課題設(shè)計(jì) </p><p>　　課題名稱： 擴(kuò)聲電路 <

2、/p><p>　　設(shè)計(jì)人員： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書評閱頁</p>

3、<p>　　課題名稱： 擴(kuò)聲電路</p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師評語：</b>

4、</p><p>　　考核成績： 指導(dǎo)教師簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　《課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書</b></p><p>　　一、課題名稱：擴(kuò)聲電路</p><p>　　二、技術(shù)指標(biāo)和要求：&l

5、t;/p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p><b>　　學(xué) 生：</b></p><p>　　電子工程系 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　【摘要】</b

6、></p><p>　　在很多場合（如商場、學(xué)校、車站、體育館等）都安裝有廣播系統(tǒng)，它的主要功能是播放背景音樂、廣播通知和要聞。這些廣播系統(tǒng)都含有擴(kuò)聲設(shè)備，用以把從話筒、錄放卡座、CD機(jī)送出來的微弱信號放大成能推動揚(yáng)聲器發(fā)聲的大功率信號。根據(jù)實(shí)際需要和放大器件的不同，擴(kuò)聲電路的設(shè)計(jì)也有很多種類。作為電子設(shè)計(jì)線路的課程設(shè)計(jì)，我們將采用采用理論課程里介紹的運(yùn)算放大集成電路和音頻功率放大集成電路來構(gòu)成擴(kuò)聲電路。&

7、lt;/p><p>　　【關(guān)鍵字】功率放大系數(shù)、集成運(yùn)放放大器、低頻和高頻、頻率響應(yīng)、衰減和提升。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　【摘要】- 4 -</p><p>　　第1節(jié) 擴(kuò)聲電路的設(shè)計(jì)- 6 -</p><p>　　一、目的- 6 -</p>

8、<p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求- 6 -</p><p>　　三、基本原理概述- 7 -</p><p>　　四、元器件清單- 7 -</p><p>　　第2節(jié) 擴(kuò)聲電路各單元電路設(shè)計(jì)- 8 -</p><p>　　1. 前置放大器的設(shè)計(jì)- 8 -</p><p>　　2.音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)-

9、9 -</p><p>　　3. 功率輸入級的設(shè)計(jì)- 10 -</p><p>　　6.功率輸出級電路設(shè)計(jì)原理圖- 13 -</p><p>　　7.擴(kuò)聲電路總體電路設(shè)計(jì)原理圖- 14 -</p><p>　　8. 擴(kuò)聲電路總體電路設(shè)計(jì)PCB圖- 15 -</p><p>　　9. 擴(kuò)聲電路總體電路設(shè)計(jì)3D安裝

10、圖- 16 -</p><p>　　10. 調(diào)試要點(diǎn)- 16 -</p><p>　　心得體會- 18-</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 18 -</p><p>　　第1節(jié) 擴(kuò)聲電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、目的</b></p><p>　　掌握一些

11、集成運(yùn)放電路的使用。</p><p>　　掌握熟悉功率放大電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　了解什么是前置放大。</p><p>　　音頻控制器的設(shè)計(jì)、功率輸出級的設(shè)計(jì)等模電知識。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</b></p><p><b>　　三、基本原理概述<

12、;/b></p><p>　　擴(kuò)聲電路實(shí)際上是一個(gè)典型的多級放大器。其原理如下圖所示。前置放大主要完成對小信號的放大，一般要求輸入高阻抗，輸出低阻抗，頻帶要寬，噪聲要??；音頻控制主要實(shí)現(xiàn)對輸入信號高、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)，要求效率高、輸出功率大。設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，對整機(jī)電路做出適當(dāng)安排，確定各級的增益分配，然后對各級電路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。</p

13、><p>　　因?yàn)镻0max=8W，所以此時(shí)的輸出電壓U0=。要使輸入為5mV的信號放大到輸出的8V，所需要的總放大倍數(shù)為</p><p>　　Au=u0/ui=8V/5mV=1600</p><p><b>　　四、元器件清單</b></p><p>　　第2節(jié) 擴(kuò)聲電路各單元電路設(shè)計(jì)</p><p&g

14、t;<b>　　前置放大器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于話筒提供的信號非常微弱，故一般在音頻控制器前面要加一個(gè)前置放大器。該前置放大器的下限頻率要小于音調(diào)控制器的低音轉(zhuǎn)折頻率，上限頻率要大于音調(diào)控制器的高音轉(zhuǎn)折頻率。考慮到所設(shè)計(jì)電路對頻率響應(yīng)及零輸入（即輸入短路）是的噪聲、電流、電壓的要求，前置放大器選用集成運(yùn)算放大器LF353。它是一種雙路運(yùn)算放大器，屬于高輸入阻抗低噪聲集成器件

15、。其輸入阻抗高位10000MΩ，輸入偏置電流僅有50x10-12A，單位增益頻率為4MHz，轉(zhuǎn)換速率為13V/us，用作音頻前置放大器十分理想。其外引線圖如左所示。</p><p>　　前置放大電路由LF353組成的兩級放大電路完成，如下圖所示。第一級放大電路的Au1=10，即1+R3/R2=10，取R2=10KΩ，R3=100KΩ。取Au2=10（考慮增益余量），同樣R5=10KΩ，R6=10KΩ。電阻R1，R

16、4為放大電路偏置電阻，取R1=R4=100KΩ。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)。</p><p>　　其他元器件的參數(shù)選擇為：C3=100pF，R7=22KΩ。電路電源為±12V。</p><p><b>　　音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　音頻控制器的功能是根據(jù)需要按一

17、定的規(guī)律控制、調(diào)節(jié)音響放大器的頻率響應(yīng)，更好地滿足人耳的聽覺特性。一般音調(diào)控制器只對低音和高音信號的增益進(jìn)行提升和衰減，而中音信號的增益不變。音調(diào)控制器的電路結(jié)構(gòu)有很多形式，我們選用最常見的電路結(jié)構(gòu)如下。</p><p>　　音頻控制器的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)轉(zhuǎn)折頻率的不同來選擇電位器、電阻及電容參數(shù)。</p><p>　　（1）低頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算。音頻控制器工作在地音頻時(shí)（即f<f

18、L），由于電容C5≤C6=C7，故在低頻時(shí)C5可看成開路，音調(diào)控制電路此時(shí)可簡化為下圖a，b所示。圖a所示為電位器RP1中間抽頭處在最左端，對應(yīng)于低頻提升最大的情況。圖b所示為電位器RP1中間抽頭處在最右端，對應(yīng)于低頻衰減最大的情況。</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求中頻增益為Ao=1（0dB），且正在100Hz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍。故當(dāng)增益為0dB時(shí)，對應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率為400Hz（因?yàn)閺?dB到0dB

19、對應(yīng)兩個(gè)倍頻程，所以對應(yīng)頻率是2X2X100Hz=400Hz），該頻率既是中音下限頻率fL2=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fL1=fL2/10=40Hz。</p><p>　　電阻R8，R10及RP1的取值范圍一般為幾千歐姆到數(shù)百歐姆。若取值過大，則運(yùn)算放大器的漏電流的影響變大；若取值過小，則流入運(yùn)算放大器的電流將超過其最大輸出能力。這里取RP1=470KΩ。由于Ao=1。故

20、R8=R10。又因?yàn)閣L2/wL1=(RP1+R10)/R10=10,所以R8=R10=RP1/（10-1）≈52KΩ，取R9=R8=R10=51KΩ。電容C7可由式1/（2πfL1XRP1）求的：C7=0.0085uF，取0.01uF。</p><p>　　三、功率輸出級的設(shè)計(jì)</p><p>　　功率輸出級電路結(jié)構(gòu)有許多種形式，選擇由分立元器件組成的功率放大器或單片集成功率放大器均可。

21、為了鞏固在電子線路課程中所學(xué)的理論知識，這里選用集成運(yùn)算放大器組成的典型OCL功率放大器，其電路如圖6.10所示。其中由運(yùn)算放大器組成輸入電壓放大驅(qū)動管，由晶體管VT1,VT2.VT3,VT4組成的復(fù)合管為功率輸出級。三極管VT1與VT2都為NPN型的復(fù)合管。VT3與VT4為不同類型的晶體管，所組成的復(fù)合管導(dǎo)電極性由第1只管決定，為PNP型復(fù)合管。</p><p>　　確定電源電壓Vcc。功率放大器的設(shè)計(jì)要求是最

22、大輸出功率Pomax=8W。由式Pomax=1／2× 可得：uomax=√2PomaxRL。考慮到輸出功率管VT2與VT4的飽和壓降和發(fā)射極電阻R21與R22d的壓降，電源電壓常?。篤cc=（1.2～1.5）Uom。將以知參數(shù)帶入上式，電源電壓取±1.2V。</p><p><b>　　功率輸出級設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　輸出晶體管的

23、選擇。VT1與VT4選擇同類型的NPN型大功率管。其承受的量最大反向電壓為Ucemax=2Vcc。每支晶體管的最大集電極電流為Icmax=Vcc／RL≈1.5A；每支晶體管的最大集電極功耗為：Pcmax=0.2Pomax=1.6W。所以，在選擇功率三極管時(shí)，除應(yīng)使兩管B的值盡量對稱外，其極限參數(shù)還應(yīng)滿足系列關(guān)系：V（BR）CEO﹥2Vcc，Icm﹥Icmax，Pcm﹥Pcmax。根據(jù)上式關(guān)系，選擇功率三極管為3DD01。</p&g

24、t;<p>　　復(fù)合管的選擇。VT1與VT4組成復(fù)合管，他們承受的最大電壓均為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：Pcmax≈（1.1～1.5）Pc2max／B2，而實(shí)際選擇VT1，VT3的參數(shù)要大于其最大值。另外為了復(fù)合出互補(bǔ)類型的三極管，一定要使VT1,VT3互補(bǔ)，且要求盡可能對稱性好。可選用VT1為9013，VT3選用9015.</p><p

25、>　　電阻R17～R22的估算。R18與R20用來減小復(fù)合管的穿透電流，其值太小會影響復(fù)合管的穩(wěn)定性，太大又會影像輸出功率，一般取R18=R20=(5～10)ri2.ri2為VT2管的輸入端等效電阻，其大小可用公式ri2=rbe2+（1+B2）R21來計(jì)算，大功率管的 rbe約為10歐姆，B 為20倍。</p><p>　　輸出功率管的發(fā)射極電阻R21與R22起到電流的負(fù)反饋?zhàn)饔?，是電路的工作更加穩(wěn)定，從而

26、減少非線性失真，一般取R21=R22=(0.05～0.1)RL。</p><p>　　由于VTI與VT3管的類型不同，接法也不一樣，因此兩只管子的輸入阻抗不一樣，這樣加到VT1與VT3管基極輸入端的信號將不對稱。為此，增加R17與R19作為平衡電阻，使兩只管子的輸入阻抗相等。一般選擇R17=R19=R18∥ri2。</p><p>　　根據(jù)以上條件，選擇電路元器件值為</p>

27、<p>　　R21=R22=1歐 R18=R20=270 R17=R19=30</p><p>　　確定靜態(tài)偏置電路。為了克服交越失真，由R15,R16,RP3和二極管VD1,VD2共同組成兩對復(fù)合管的偏置電路，使輸出級工作于甲乙類狀態(tài)。R15與R16的阻值要根據(jù)輸出級輸出信號的幅度和前級運(yùn)算放大器的最大允許輸出電流來考慮。靜態(tài)時(shí)功率放大器的輸出端對地的電流應(yīng)為0（VT1與VT3應(yīng)處于微導(dǎo)通狀態(tài)）

28、，即u0=0V。運(yùn)算放大器的輸出電位u03≈0V，若取電流I0=1Ma,Rrp3=0，（RP3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0阻值，當(dāng)調(diào)整輸出級靜態(tài)工作電流或者輸出波形的交越失真時(shí)再逐漸增大阻值），則</p><p>　　I0≈Vcc-Ud／R15+Rrp3=Vcc-Ud／R15=12-0.7／R15</p><p>　　所以

29、R15=11.3K歐，取R15=11K歐。為了保證對稱，電阻R16=11K歐，取Rrp3=1K歐。電路中的VD1與VD2選為1N4148.</p><p>　　為了反饋電阻R13與R14的確定。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+(R13+Rrp4)／R14=20.取R14=1K歐，則R13+Rrp4=19K歐，為了使功率放大器增益可調(diào)，取R13=15K歐，Rrp4=4.7K

30、歐。電阻R12是運(yùn)算放大器的偏置電阻，電容C8是輸入耦合電容，其容量大小決定了擴(kuò)聲電路的下線頻率。取R12=100K,C8=100皮法。并連在揚(yáng)聲器兩端的R23與C10消網(wǎng)絡(luò)，可以改善揚(yáng)聲器的高頻響應(yīng)。這里取R23=27，C10=0.1一般取C9=4.7</p><p>　　功率輸出級電路設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　擴(kuò)聲電路總體設(shè)計(jì)原理圖，PCB圖見下</p><p

31、><b>　　3D安裝原理對照圖</b></p><p><b>　　四、調(diào)試要點(diǎn)</b></p><p>　　上圖為擴(kuò)聲電路PCB圖，在調(diào)試安裝前，首先將所選用的電子元器件測試一遍，以確保元器件完好。在進(jìn)行元器件安裝時(shí)，布局要合理，連線應(yīng)盡可能短而直，所用的測量儀器也要準(zhǔn)備好。</p><p><b>　

32、　1. 前置級調(diào)試</b></p><p>　　當(dāng)無輸入交流信號時(shí)，用萬用表分別測量LF353的輸出電位，正常時(shí)應(yīng)在0V 附近。若輸出端滯留電流為電源電壓值時(shí)，則可能運(yùn)算放大器已壞或工作在開環(huán)狀態(tài)。</p><p>　　輸入端加入ui=5mV，f=1000HZ的交流信號，用示波器觀察有無輸出波形。如有自激震蕩，應(yīng)首先消除。當(dāng)正常工作后。用交流毫伏表測量放大器的輸出，并求其電壓放

33、大倍數(shù)。</p><p>　　輸入信號幅值保持不變，改變其頻率。測量幅頻特性，并畫出幅頻特性曲線。</p><p>　　2. 音調(diào)控制器調(diào)試</p><p><b>　　靜態(tài)測試同上</b></p><p>　　動態(tài)調(diào)試：用低頻信號發(fā)生器在音調(diào)控制器輸入400mV的正弦信號，保持幅值不變。將低音控制電位器調(diào)到最大提升，同

34、時(shí)將高音控制電位器調(diào)到最大衰減，分別測量其幅頻特新曲線；然后將兩個(gè)電位器的位置調(diào)到相反狀態(tài)，重新測試其幅頻特新曲線。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、完好。</p><p>　　3. 功率放大器調(diào)試</p><p>　　靜態(tài)調(diào)試：首先將輸入電容C8輸入端對地短路，然后接通電源，用萬用表測試Uo，調(diào)節(jié)電位器RP3，使輸出的電位近似為0.</p>

35、<p>　　動態(tài)調(diào)試：在輸入端接入400mV。1000Hz的正弦信號，用示波器觀察輸出波形的失真情況，調(diào)整電位器RP3使輸出波形交越失真最小。調(diào)節(jié)電位器RP4使輸出電壓的峰值不小于11V，以滿足輸出功率的要求。</p><p><b>　　4. 整機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　將三級電路連接起來，在輸入端連接一個(gè)話筒，此時(shí)，調(diào)節(jié)音量控制電位器RP4，

36、應(yīng)能改變音量的大小。調(diào)節(jié)高、低音控制電位器，應(yīng)能明顯聽出高、低音調(diào)的變化。敲擊電路板應(yīng)無聲音間斷和自激現(xiàn)象。</p><p><b>　　第3節(jié) 心得體會</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是很難，很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設(shè)計(jì)出來，是很難的一件事，主要原因是我們沒有經(jīng)常動手設(shè)計(jì)過電路，還有資料的查找也是一大難

37、題，這就要求我們在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這一點(diǎn)，更重要的是我們要學(xué)會把從書本中學(xué)到的知識和實(shí)際的電路聯(lián)系起來，這不論是對我們以后的就業(yè)還是學(xué)習(xí)，都會起到很大的促進(jìn)和幫助，我相信，通過這次的課程設(shè)計(jì)，在下一階段的學(xué)習(xí)中我會更加努力，力爭把這門課學(xué)好，學(xué)精。同時(shí)，通過本次課程設(shè)計(jì)，鞏固了我們學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識，也使我們把理論與實(shí)踐從真正意義上相結(jié)合了起來；考驗(yàn)了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，和組織材料的綜合能力；從中可以自我測驗(yàn)，

38、認(rèn)識到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的學(xué)習(xí)中得以改進(jìn)、提高；通過使用電路CAD 軟件Protel DXP , 也讓我們了解到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的智能化,有利于提高工作效率。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn):</b></p><p>　　楊元挺.電子技術(shù)技能訓(xùn)練.北京：高等教育出版社，2002</p><p>　　戴伏生.基礎(chǔ)電

39、子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐.北京:國防工業(yè)出版社，2002</p><p>　　姚福. 電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐.濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社2001</p><p>　　高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社，1995</p><p>　　梁宗善.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).武漢:華中理工大學(xué)出版社，1995</p><p>　　孫燕，劉愛明.