模擬電子技術(shù)課程設計--擴聲電路

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

2、/p><p>　　設計人員： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　課程設計報告書評閱頁</p>

3、<p>　　課題名稱： 擴聲電路</p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　指導教師評語：</b>

4、</p><p>　　考核成績： 指導教師簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　《課程設計》任務書</b></p><p>　　一、課題名稱：擴聲電路</p><p>　　二、技術(shù)指標和要求：&l

5、t;/p><p><b>　　指導教師：</b></p><p><b>　　學 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)都含有擴聲設備，用以把從話筒、錄放卡座、CD機送出來的微弱信號放大成能推動揚聲器發(fā)聲的大功率信號。根據(jù)實際需要和放大器件的不同，擴聲電路的設計也有很多種類。作為電子設計線路的課程設計，我們將采用采用理論課程里介紹的運算放大集成電路和音頻功率放大集成電路來構(gòu)成擴聲電路。&

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

8、<p>　　二、設計任務和要求- 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) 擴聲電路各單元電路設計- 8 -</p><p>　　1. 前置放大器的設計- 8 -</p><p>　　2.音調(diào)控制器的設計-

9、9 -</p><p>　　3. 功率輸入級的設計- 10 -</p><p>　　6.功率輸出級電路設計原理圖- 13 -</p><p>　　7.擴聲電路總體電路設計原理圖- 14 -</p><p>　　8. 擴聲電路總體電路設計PCB圖- 15 -</p><p>　　9. 擴聲電路總體電路設計3D安裝

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

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

12、;/b></p><p>　　擴聲電路實際上是一個典型的多級放大器。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，噪聲要小；音頻控制主要實現(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的輸出功率、非線性失真系數(shù)等指標，要求效率高、輸出功率大。設計時首先根據(jù)技術(shù)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。</p

13、><p>　　因為P0max=8W，所以此時的輸出電壓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) 擴聲電路各單元電路設計</p><p&g

14、t;<b>　　前置放大器的設計</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。考慮到所設計電路對頻率響應及零輸入（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算放大器LF353。它是一種雙路運算放大器，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，以保證擴聲電路的低頻響應。</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)控制器的設計</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，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>　　音頻控制器的設計主要是根據(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>　?。?）低頻工作時元器件參數(shù)的計算。音頻控制器工作在地音頻時（即f<f

18、L），由于電容C5≤C6=C7，故在低頻時C5可看成開路，音調(diào)控制電路此時可簡化為下圖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，對應于低頻衰減最大的情況。</p><p>　　本設計要求中頻增益為Ao=1（0dB），且正在100Hz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍。故當增益為0dB時，對應的轉(zhuǎn)折頻率為400Hz（因為從2dB到0dB

19、對應兩個倍頻程，所以對應頻率是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，則運算放大器的漏電流的影響變大；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RP1=470KΩ。由于Ao=1。故

20、R8=R10。又因為wL2/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、功率輸出級的設計</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的理論知識，這里選用集成運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組成的復合管為功率輸出級。三極管VT1與VT2都為NPN型的復合管。VT3與VT4為不同類型的晶體管，所組成的復合管導電極性由第1只管決定，為PNP型復合管。</p><p>　　確定電源電壓Vcc。功率放大器的設計要求是最

22、大輸出功率Pomax=8W。由式Pomax=1／2× 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>　　功率輸出級設計：</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，除應使兩管B的值盡量對稱外，其極限參數(shù)還應滿足系列關(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>　　復合管的選擇。VT1與VT4組成復合管，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，而實際選擇VT1，VT3的參數(shù)要大于其最大值。另外為了復合出互補類型的三極管，一定要使VT1,VT3互補，且要求盡可能對稱性好?？蛇x用VT1為9013，VT3選用9015.</p><p

25、>　　電阻R17～R22的估算。R18與R20用來減小復合管的穿透電流，其值太小會影響復合管的穩(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起到電流的負反饋作用，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流應為0（VT1與VT3應處于微導通狀態(tài)）

28、，即u0=0V。運算放大器的輸出電位u03≈0V，若取電流I0=1Ma,Rrp3=0，（RP3用于調(diào)整復合管的微導通狀態(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，其初始位置應調(diào)在0阻值，當調(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聲電路的下線頻率。取R12=100K,C8=100皮法。并連在揚聲器兩端的R23與C10消網(wǎng)絡，可以改善揚聲器的高頻響應。這里取R23=27，C10=0.1一般取C9=4.7</p><p>　　功率輸出級電路設計原理圖</p><p>　　擴聲電路總體設計原理圖，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</b></p><p>　　上圖為擴聲電路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。在進行元器件安裝時，布局要合理，連線應盡可能短而直，所用的測量儀器也要準備好。</p><p><b>　

32、　1. 前置級調(diào)試</b></p><p>　　當無輸入交流信號時，用萬用表分別測量LF353的輸出電位，正常時應在0V 附近。若輸出端滯留電流為電源電壓值時，則可能運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，應首先消除。當正常工作后。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. 整機調(diào)試</b></p><p>　　將三級電路連接起來，在輸入端連接一個話筒，此時，調(diào)節(jié)音量控制電位器RP4，

36、應能改變音量的大小。調(diào)節(jié)高、低音控制電位器，應能明顯聽出高、低音調(diào)的變化。敲擊電路板應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>　　在本次設計的過程中，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，要動手把它給設計出來，是很難的一件事，主要原因是我們沒有經(jīng)常動手設計過電路，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習中，應該注意到這一點，更重要的是我們要學會把從書本中學到的知識和實際的電路聯(lián)系起來，這不論是對我們以后的就業(yè)還是學習，都會起到很大的促進和幫助，我相信，通過這次的課程設計，在下一階段的學習中我會更加努力，力爭把這門課學好，學精。同時，通過本次課程設計，鞏固了我們學習過的專業(yè)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上相結(jié)合了起來；考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡搜集、查閱相關(guān)文獻資料，和組織材料的綜合能力；從中可以自我測驗，

38、認識到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的學習中得以改進、提高；通過使用電路CAD 軟件Protel DXP , 也讓我們了解到計算機輔助設計(CAD)的智能化,有利于提高工作效率。</p><p><b>　　參考文獻:</b></p><p>　　楊元挺.電子技術(shù)技能訓練.北京：高等教育出版社，2002</p><p>　　戴伏生.基礎電

39、子電路設計與實踐.北京:國防工業(yè)出版社，2002</p><p>　　姚福. 電子電路設計與實踐.濟南:山東科學技術(shù)出版社2001</p><p>　　高吉祥.電子技術(shù)基礎實驗與課程設計.北京:電子工業(yè)出版社，1995</p><p>　　梁宗善.電子技術(shù)基礎課程設計.武漢:華中理工大學出版社，1995</p><p>　　孫燕，劉愛明.