收音機(jī)課程設(shè)計(jì)收音機(jī)音頻放大電路仿真設(shè)計(jì)

1、本科生課程設(shè)計(jì)題 目 收音機(jī)音頻放大電路仿真設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械交通學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí) 092班 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目子項(xiàng)目滿分得分1作品制作質(zhì)量2040完成效果202設(shè)計(jì)報(bào)告方案論證1050電路、計(jì)算，或仿真20調(diào)試、測(cè)試數(shù)據(jù)10規(guī)范性103其他工作態(tài)度510答辯5總分100總分：指導(dǎo)教師簽名：1 設(shè)計(jì)目的12 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案分析12.1、設(shè)計(jì)要求12.2、設(shè)計(jì)方案分析12.2.1功率放大電路的分析12.2.2 電壓放大電路的分析23 設(shè)計(jì)內(nèi)容33.1 功率放大電路33.1.1 功率放大電路的模擬仿真3圖1 功率放大電路的模擬仿真及結(jié)果33.2、電壓放大電路

2、33.2.3、反饋網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算83.2.4 電壓放大電路仿真圖形及結(jié)果93.2.5、確定靜態(tài)工作點(diǎn)103.2.6輸入電阻、輸出電阻及電壓放大倍數(shù)的計(jì)算104 圖形仿真和運(yùn)行結(jié)果114.1、電路圖114.2、仿真結(jié)果及分析115 心得體會(huì)136 收音機(jī)原件對(duì)照表.161 設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力2、學(xué)習(xí)和使用multisim軟件 3、訓(xùn)練毅力和耐心。培養(yǎng)獨(dú)立思考問題的能力4、較好的把握電路圖和實(shí)物之間的聯(lián)系，并且會(huì)對(duì)造電路圖檢測(cè)錯(cuò)誤5、根據(jù)原理圖測(cè)出靜態(tài)工作點(diǎn)2 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案分析2.1、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)一個(gè)晶體管功率放大器電路，輸入信號(hào)600mv，輸出功率1-5w2、輸出功率

3、在1w到5w之間3、放大器工作頻率范圍30hz-30khz4、帶內(nèi)增益平坦度小于1db5、效率大于40%（越高越好）6、電壓放大倍數(shù)：au=1707、最大輸出電壓：uo=2.5v8、頻率響應(yīng)：30hz30khz9、輸入電阻：ri>15k 10、失真度：<10%11、電源電壓：ec=18v12、=1002.2、設(shè)計(jì)方案分析2.2.1功率放大電路的分析在多級(jí)放大電路中，輸出的信號(hào)往往是送去驅(qū)動(dòng)一定的裝置?？紤]到功率放大電路不同于電壓放大，電流放大電路，因此功率放大電路包含著一系列在電壓器放大電路中沒有出現(xiàn)過的特殊問題，這些問題是：1要求輸出功率盡可能大為了獲得大的功率輸出，因此功放管的

4、電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此器件往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。2效率更高由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個(gè)效率問題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給的直流功率的比值。這個(gè)比值越大，意味著效率越高。3非線性失真要小功率放大電路是在大信號(hào)下工作，所以不可避免地產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對(duì)主要矛盾。但是，在不同的場(chǎng)合下，對(duì)非線性失真的要求不同，例如，在測(cè)量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個(gè)問題顯得很重要，而在工業(yè)控制系統(tǒng)等場(chǎng)合中，則以輸出功率為主要目的，對(duì)非線性失真的要啟用就將為次要問題了。4功率器

5、件的散熱問題在功率放大電路中，有相當(dāng)?shù)墓β氏脑诠茏拥募姌O上，是結(jié)溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為了一個(gè)重要問題。此外，在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)頻率，器件承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性也就比較大，所以功率管的損壞與保護(hù)問題也不容忽視。2.2.2 電壓放大電路的分析電壓放大電路的框圖如下圖所示，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇多級(jí)放大電路，前置級(jí)為電壓放大，輸出級(jí)為功率放大，主要對(duì)前置級(jí)電壓放大電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。電路方案的確定包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：1根據(jù)總的電壓放大倍數(shù)，確定放大電路的級(jí)數(shù)。2根據(jù)輸入、輸出阻抗及頻率響應(yīng)等方面的

6、要求，確定電路晶體管的組態(tài)及靜態(tài)偏置電路。3根據(jù)三種耦合方式的不同特點(diǎn)，選用適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞健? 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 功率放大電路3.1.1 功率放大電路的模擬仿真 圖1 功率放大電路的模擬仿真及結(jié)果3.2、電壓放大電路3.2.1、計(jì)算元器件參數(shù)1、確定電源電壓為保證輸出電壓幅度能達(dá)到指標(biāo)要求，電源電壓ec應(yīng)滿足如下要求：ec>2vom+ve+vces式中：vom為最大輸出幅度 ve為晶體管發(fā)射級(jí)電壓，取ve=13v。vces為晶體管飽和壓降，取vces=1v。指標(biāo)要求的最大輸出電壓vo=1v，給定電源電壓ec=15v，可以滿足要求。 圖2 電源電壓波形2、確定t2的集電極電阻和靜態(tài)工作電流因

7、為這級(jí)的輸出電壓比較大，為使負(fù)載得到最大幅度的電壓，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。如圖3所示。由圖可知，q點(diǎn)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，因此的t2靜態(tài)工作點(diǎn)滿足下列條件。 (1-1) 圖3 靜態(tài)分析圖 因在晶體管的飽和區(qū)和截止區(qū)，信號(hào)失真很大，為了使電路不產(chǎn)生飽和失真和截止失真，vceq2應(yīng)滿足：vceq2>vom+vces (1-2)由（1-1）式消去icq2并將（1-2）式代入可得： 取ve=3v；vces=1v則： 取r8=1k 圖4 靜態(tài)工作點(diǎn)分析由（1-1）式消去vceq2可得： 3、確定t2發(fā)射級(jí)電阻 取r9=4224、確定晶體管t2（1）選取晶體管時(shí)主要依據(jù)晶體管的三個(gè)極限參數(shù)

8、：bvceo>晶體管c-e間最大電壓vcemax（管子截止時(shí)c-e間電壓）icm>晶體管工作時(shí)的最大電流icmax（管子飽和時(shí)c-e回路電流）pcm>晶體管工作時(shí)的最大功耗pcmax由圖4可知：ic2最大值為ic2max=2icq2vce的最大值vce2max=ec根據(jù)甲類電路的特點(diǎn)，t2的最大功耗為：pcmax=vceq2·icq2因此t2的參數(shù)應(yīng)滿足：bvceo>ec=18v icm>2icq2 pcm> vceq2·icq2選用s9011，其參數(shù)為：bvceo>30v；icm>30ma；pcm>400mw；滿足要求

9、。（2）確定t2的基極電阻在工作點(diǎn)穩(wěn)定的電路中，基極電壓vb越穩(wěn)定，則電路的穩(wěn)定性越好。因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡量使流過r6和r7的ir大些，以滿足ir>>ib的條件，保證vb不受ib變化的影響。但是ir并不是越大越好，因?yàn)閕r大，則r6和r7的值必然要小，這時(shí)將產(chǎn)生兩個(gè)問題：第一增加電源的消耗；第二使第二級(jí)的輸入電阻降低，而第二級(jí)的輸入電阻是第一級(jí)的負(fù)載，所以ir太大時(shí)，將使第一級(jí)的放大倍數(shù)降低。為了使vb穩(wěn)定同時(shí)第二級(jí)的輸入電阻又不致太小，一般計(jì)算時(shí)，按下式選取ir的值： 圖5 基極電阻r6.r7分析圖 ir =（510）ibq 硅管ir=（1015）ibq 鍺管在上式中ir的選

10、取原則對(duì)硅管和鍺管是不同的，這是因?yàn)殒N管的icbo隨溫度變化大，將會(huì)影響基極電位的穩(wěn)定，因此ir取值一般比較大。對(duì)硅管來說icbo很小，因此ir的值可取得小些。本電路t2選用的是硅管，取ir=5ibq =100 則：由圖5知： ?。簉7=12k；r6=48k。 5、確定晶體管t1 （1）確定t1的靜態(tài)工作點(diǎn)因?yàn)榈谝患?jí)是放大器的輸入級(jí)，其輸入信號(hào)比較小，放大后的輸出電壓也不大。所以對(duì)于第一級(jí)，失真度和輸出幅度的要求比較容易實(shí)現(xiàn)。主要應(yīng)考慮如何減小噪聲，因輸入級(jí)的噪聲將隨信號(hào)一起被逐級(jí)放大，對(duì)整機(jī)的噪聲指標(biāo)影響極大。晶體管的噪聲大小與工作點(diǎn)的選取有很大的關(guān)系，減小靜態(tài)電流對(duì)降低噪聲是有利的，但對(duì)提

11、高放大倍數(shù)不利。所以靜態(tài)電流不能太小。在工程計(jì)算中，一般對(duì)小信號(hào)電路的輸入級(jí)都不詳細(xì)計(jì)算，而是憑經(jīng)驗(yàn)直接選?。篿cq1=0.11ma 鍺管 icq1=0.12ma 硅管 vceq=（23）v如果輸入信號(hào)較大或輸出幅度較大時(shí)不能用此方法，而應(yīng)該具體計(jì)算。計(jì)算方法與計(jì)算第二級(jí)的方法相同。（2）確定t1管的集電極電阻，發(fā)射級(jí)電阻 由圖6知： ?。簐e1=3v；vceq1=3v；icq1=1ma則： 圖6 電阻r3.r4.r5分析圖?。簉3=12k ?。簉4=250；r5=2.7k（3）t1管基極電阻的選取?。篿r=10ibq，ve1=3v由圖7知 取：r1=143k；r2=37k 圖7 t1管電阻選

12、取分析圖 3.2.2、耦合電容和旁路電容的選取 各級(jí)耦合電容及旁路電容應(yīng)根據(jù)放大器的下限頻率f1決定。這些電容的容量越大，則放大器的低頻響應(yīng)越好。但容量越大電容漏電越大，這將造成電路工作不穩(wěn)定。因此要適當(dāng)?shù)倪x擇電容的容量，以保證收到滿意的效果。在設(shè)計(jì)時(shí)一般按下式計(jì)算：其中：rs是信號(hào)源內(nèi)阻，ri1是第一級(jí)輸入電阻。其中：r01是第一級(jí)輸出電阻，ri2是第二級(jí)輸入電阻。其中：ro2是第二級(jí)輸出電阻。其中：rb=r6/r7/r3由于這些公式計(jì)算繁瑣，所以在工程計(jì)算中，常憑經(jīng)驗(yàn)選?。厚詈想娙荩?10f發(fā)射極旁路電容：150200f現(xiàn)在用第二種方法確定c1、c2、c3、ce1和ce2取：c1=c2=c

13、3=10fce1=ce2=100f電容器的耐壓值只要大于可能出現(xiàn)在電容兩端的最大電壓即可。3.2.3、反饋網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算根據(jù)深反饋的計(jì)算方法，由圖8知因?yàn)?所以 rf=100r4-r44.5k?。?rf=4.5k，cf=10f 圖8 深反饋網(wǎng)絡(luò)圖3.2.4 電壓放大電路仿真圖形及結(jié)果 圖9.1 輸入電壓 輸出電壓 圖9.2 3.2.5、確定靜態(tài)工作點(diǎn) 圖10 t1管靜態(tài)圖 圖11 t2管靜態(tài)圖 根據(jù)靜態(tài)分析圖靜態(tài)工作點(diǎn)分析圖 求得t1,t2管的靜態(tài)工作點(diǎn)ib1=0.0107ma ic1=1.071ma vce1=3.65vib2=0.058ma ic2=5.8ma vce2=3.6v3.2.6輸入

14、電阻、輸出電阻及電壓放大倍數(shù)的計(jì)算根據(jù)小信號(hào)模型法 圖12 電路小信號(hào)模型圖計(jì)算輸入電阻、輸出電阻及電壓放大倍數(shù)ri1= 4.6k ro1=7.0k av1=-261 ri2= 1.4k ro2=1.2 av2= 165 av=av1×av2=96694 圖形仿真和運(yùn)行結(jié)果4.1、電路圖圖13 設(shè)計(jì)電路圖4.2、仿真結(jié)果及分析 輸入電壓 兩級(jí)放大電壓 輸出電壓 圖14 輸入、兩級(jí)、輸出電壓仿真結(jié)果 圖15電壓放大仿真波形 圖16 幅頻曲線 圖17相頻曲線幅頻特性：隨著頻率的增加，電壓幅值也隨之增加。當(dāng)頻率達(dá)到100hz時(shí)，幅值趨于穩(wěn)定。相頻特性：隨著頻率的增加，相位角隨之減小。當(dāng)頻率達(dá)到1khz時(shí)，相位角趨于穩(wěn)定。 圖18 最大功率仿