模電課程設(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： 電子工程系 </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>　　年 月 日</p><p>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書評(píng)閱頁</p><p>&

3、lt;b>　　課題名稱：</b></p><p><b>　　班 級(jí)：</b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師評(píng)語：</b&g

4、t;</p><p>　　考核成績： 指導(dǎo)教師簽名：</p><p>　　2011 年 月 日</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><b>　　二、技術(shù)指標(biāo)要求

5、：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p><b>　　學(xué) 生：</b></p><p><b>　　電子工程系</b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p&

6、gt;<b>　　【摘要】</b></p><p>　　在很多場(chǎng)合（如商場(chǎng)、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(hào)放大成能推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲的大功率信號(hào)。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

7、集成電路和音頻功率放大集成電路來構(gòu)成擴(kuò)聲電路。</p><p>　　On many occasions (like market, school, station, stadium, etc) DouAn equipped with broadcasting system, its main function is to play background music, radio notice and headli

8、ne news. These radio systems contain amplification equipment to the microphone, recording gets stuck, from CD to send out faint signals can promote enlarged speaker voice the high-powered signal. According to the actual

9、needs of the device and magnified different, amplifying circuit design also has many types. As electronic </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>

10、<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><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>&

11、lt;p>　　第2節(jié) 擴(kuò)聲電路各單元電路設(shè)計(jì)- 8 -</p><p>　　一、前置放大器的設(shè)計(jì)- 8 -</p><p>　　二、音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)- 9 -</p><p>　　三、功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì)- 10 -</p><p>　　第3節(jié)、調(diào)試要點(diǎn)- 14 -</p><p>　　一. 前置級(jí)調(diào)試-

12、 14 -</p><p>　　二. 音調(diào)控制器調(diào)試- 14 -</p><p>　　三. 功率放大器調(diào)試- 14 -</p><p>　　四. 整機(jī)調(diào)試- 14 -</p><p>　　附錄一- 16 -</p><p>　　附錄二- 17 -</p><p>　　附錄三- 18

13、-</p><p>　　心得體會(huì)- 19 -</p><p>　　參考文獻(xiàn):- 20 -</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>　　掌握一些集成運(yùn)放電路的使用。</p><p>　　掌握熟悉功率放大電路

14、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(jí)的設(shè)計(jì)等模電知識(shí)。</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</b></p><p>　　擴(kuò)聲電路實(shí)際上是一個(gè)典型的

15、多級(jí)放大器。其原理如下圖所示。前置放大主要完成對(duì)小信號(hào)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(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(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)。</p><p>　　因?yàn)镻0max=8W，所以此時(shí)的輸出電壓U0=。要使

16、輸入為5mV的信號(hào)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>　　三、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>　　一、前置放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于話筒提供

17、的信號(hào)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(duì)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。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

18、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(jí)放大電路完成，如下圖所示。第一級(jí)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，R4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

19、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>　　二、音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　音頻控制器的功能是根據(jù)需要按一定的規(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(duì)低音和高音信號(hào)的增益進(jìn)行提升和衰減，而中音信號(hào)的增益不變。音調(diào)控制器的

20、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><b>　　、</b></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>　?。?）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<fL），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

21、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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率為400Hz（因?yàn)閺?dB到0dB對(duì)應(yīng)兩個(gè)倍頻程，所以對(duì)應(yīng)頻率是2X2X100Hz=400Hz），該頻

22、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R8=R10。又因?yàn)閣L2/wL1=(RP1+R10)/R10=10

23、,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(jí)的設(shè)計(jì)</p><p>　　功率輸出級(jí)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。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

24、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(dòng)管，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)要求是最大輸出功率Pomax=8W。由式Pomax=1／2×

25、可得：uomax=√2PomaxRL?？紤]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(jí)設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　輸出晶體管的選擇。VT1與VT4選擇同類型的NPN型大功率管。其承受的量最大反向

26、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(duì)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><p>　　復(fù)合管的選擇。VT1與VT4組成復(fù)合管

27、，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(duì)稱性好?？蛇x用VT1為9013，VT3選用9015.</p><p>　　電阻R17～R22的估算。R18與R20用來減小復(fù)合管的

28、穿透電流，其值太小會(huì)影響復(fù)合管的穩(wěn)定性，太大又會(huì)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，從而減少非線性失真，一般取R21=R22=(0.05～0.1)RL。&l

29、t;/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(hào)將不對(duì)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><p>　　R21=R22=1歐 R18=R20=27

30、0 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(duì)復(fù)合管的偏置電路，使輸出級(jí)工作于甲乙類狀態(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考慮。靜態(tài)時(shí)功率放大器的輸出端對(duì)地的電流應(yīng)為0（VT1與VT3應(yīng)處于微導(dǎo)通狀態(tài)），即u0=0V。運(yùn)算放大器的輸出電位u03≈0V，若取電流I0=1M

31、a,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(jí)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R15=11.3K歐，取R15=11K歐。為了保證對(duì)稱，電阻R16=

32、11K歐，</p><p>　　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歐。電阻R12是運(yùn)算放大

33、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皮法。</p><p>　　功率輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)原理圖</p><p><b>　　第3節(jié)、調(diào)試要點(diǎn)</b></p><p

34、>　　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(cè)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(cè)量儀器也要準(zhǔn)備好。</p><p><b>　　一. 前置級(jí)調(diào)試</b></p><p>　　當(dāng)無輸入交流信號(hào)時(shí)，用萬用表分別測(cè)量LF353的輸出電位，正常時(shí)應(yīng)在0V 附近。若輸出端滯留電流為電源電壓值時(shí)，則

35、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(hào)，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(cè)量放大器的輸出，并求其電壓放大倍數(shù)。</p><p>　　輸入信號(hào)幅值保持不變，改變其頻率。測(cè)量幅頻特性，并畫出幅頻特性曲線。</p><p>　　二. 音調(diào)控制器調(diào)試</

36、p><p><b>　　靜態(tài)測(cè)試同上</b></p><p>　　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400mV的正弦信號(hào)，保持幅值不變。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(cè)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。<

37、/p><p>　　三. 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(duì)地短路，然后接通電源，用萬用表測(cè)試Uo，調(diào)節(jié)電位器RP3，使輸出的電位近似為0.</p><p>　　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)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

38、，以滿足輸出功率的要求。</p><p><b>　　四. 整機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　將三級(jí)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，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>　　附錄一</b>

39、</p><p><b>　　附錄二</b></p><p>　　擴(kuò)聲電路總體設(shè)計(jì)原理圖，PCB圖見下</p><p><b>　　附錄三</b></p><p><b>　　3D安裝原理對(duì)照?qǐng)D</b></p><p><b>　　心得體會(huì)&l

40、t;/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?jiǎng)邮职阉o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(dòng)手設(shè)計(jì)過電路，還有資料的查找也是一大難題，這就要求我們?cè)谝院蟮膶W(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(huì)把從書本中學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際的電路聯(lián)系起來，這不論是對(duì)我們以后的就業(yè)還是學(xué)習(xí)，都會(huì)起到很大的促進(jìn)和幫助，我相信，通過這次的課

41、程設(shè)計(jì)，在下一階段的學(xué)習(xí)中我會(huì)更加努力，力爭(zhēng)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(shí)，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(cè)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)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。<

42、/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&