擴(kuò)音機(jī)電路的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明成績(jī)擴(kuò)音器的設(shè)計(jì)稱 模擬電子啊技術(shù)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化2015 級(jí)沈坤號(hào) 201510530039設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2016年12月12日至2016年12月16日第1章方案設(shè)計(jì)第2章單元電路設(shè)計(jì).2.1前置放大器的設(shè)計(jì)2.2音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)2,2.32.2.1低頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算2.2.2高頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì)2.3.1確定電源電壓6.8.1.11.2.2.3.2功率輸出級(jí)設(shè)計(jì)1.2.2.3.3電阻Ri7Ri2的估算2.3.4確定靜態(tài)偏置電路13.2.3.5反饋電阻Ri3與Ri4的確定14.1.51.7參考文獻(xiàn) 附錄1總電路原理圖擴(kuò)音器的設(shè)計(jì)摘要：很

2、多場(chǎng)合（如商場(chǎng)、學(xué)校、車站、體育場(chǎng)等）都安裝有廣播系統(tǒng)，它的主要功能是播放CD機(jī)送音樂(lè)、廣播通知和要聞。這些廣播系統(tǒng)都含有擴(kuò)音設(shè)備，用以把從話筒、錄放卡座、 出的微弱信號(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。作為電子線路的課題設(shè)計(jì)，本課題提出的擴(kuò)聲電路性能指標(biāo)比較低, 主要采用理論課題里介紹的運(yùn)算放大集成電路和音頻功率放大集成電路來(lái)構(gòu)成擴(kuò)聲電路。這種 性能指標(biāo)低的擴(kuò)音器主要在于價(jià)格便宜，制作簡(jiǎn)單，不需要太多昂貴的集成塊。關(guān)鍵詞 擴(kuò)聲；音頻功放；放大電路1-1所示:圖1-1擴(kuò)聲電路原理框圖第1章方案設(shè)計(jì)采用運(yùn)算集成電路和音頻功率放大集成電

3、路設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)話筒輸出信號(hào)具有放大能 力的擴(kuò)聲電路。其電路方框圖如圖前置放大主要完成對(duì)小信號(hào)的放大，一般要求輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶 要寬，噪聲要??；音量控制主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)高、低音的提升和衰減。第2章單元電路設(shè)計(jì)2.1前置放大器的設(shè)計(jì)由于話筒提供發(fā)信號(hào)非常弱，故一般在音調(diào)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頻控制器的低音轉(zhuǎn)折頻率，上限頻率要大于 音頻控制器的高音轉(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（及輸入短路）時(shí)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。其輸入阻抗高為104M Q

4、,輸入偏置電流僅有50 X0-12A，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，其外引線圖如圖2-1所示圖2-1LF353外引線圖前置放大電路由LF353組成的兩極放大電路完成，如圖2-2所示。第一級(jí)放大電路的 Aui=10，即 1+R3/R2=10，取 R2=1OK Q, R3=100K Q。取 Au2=10 （考 慮增益余量），同樣R5=1OK Q，R6=1OO Q。電阻R1、R2為放大電路偏置電阻，取R1=R4=1OOK Q。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)。?+：1ZV.UR3AAArR4iCd圖2-2前

5、置放大器其他元器件的參數(shù)選擇為:C3=100 pF , R7=22K Q。電路電源為 ± 12V。2.2音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)音調(diào)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(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)的增益不變，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2-3所示。該電路的音調(diào)控制曲線（即頻率響應(yīng)）如圖 2-4所示。音調(diào)控制曲線中給出了Fh1表示中音上限頻相應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率：Fii表示低音轉(zhuǎn)折頻率，F(xiàn)i2表示中音下限頻率，F(xiàn)o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

6、, 率, Fh2表示高音轉(zhuǎn)折頻率。圖2-4音頻控制器頻率響應(yīng)曲線音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)轉(zhuǎn)折頻率的不同來(lái)選擇電位器、電阻及電容參數(shù)。C6卄RW12.2.1低頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算音調(diào)控制器工作時(shí)在低音時(shí)（即 FvFl）,由于電容C5 < C6=C7故在低頻時(shí)C5可看成開(kāi)路，音頻控制電路此時(shí)可簡(jiǎn)化為圖2-5，圖2-6所示電路。圖2-5所示為電位器RPi中間抽頭處在左端，對(duì)應(yīng)于低頻提升最大的情況。圖2-6所示電位器RP1中間抽頭處在最右端，對(duì)應(yīng)于低頻衰減最大的情況。下面分別進(jìn)行討論。wL1C7 RRP11，WL2(RRR10)(C7 RrP1 R10)當(dāng)頻率F遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Fii時(shí)，電容C7近

7、似開(kāi)路，此時(shí)的增益為N RrP1 R10al rr"當(dāng)頻率升高時(shí)，C7的容抗減小，當(dāng)頻率F遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Fii時(shí)，C7近似短路，此時(shí) 的增益為在F11V Fv Fi2的增益范圍內(nèi)電壓增益衰減率為-20dB/10倍頻，即-6dB/倍頻（若40HZ對(duì)應(yīng)的增益是20dB，貝U 2 40HZ=80HZ 時(shí)所對(duì)應(yīng)的增益是14dB ）本設(shè)計(jì)要求中頻增益為 A0=1 （0dB ），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0dB對(duì)應(yīng)兩 個(gè)倍頻程，所以對(duì)應(yīng)頻率是400HZ ）因此音調(diào)控制器的低音轉(zhuǎn)折頻率f11=f i2/10=40H

8、Z 。電阻R8，R10及RP1的取值范圍一般為幾千歐姆到幾百千歐姆。若取值過(guò)大,則運(yùn)算放大器的漏電流的影響變大；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Rrp1=470K Q。由于A0=1，故R8=R10。又因?yàn)閣l2/wl1 =(RrP1 + R10) / R10=10，所以 R8= R10= RRp1/ (10-1 ) =52K Q，取 R9= R8= R10=51KQ。電容C7可由式C7求得：C7=0.00085uF，取 C7=0.01uF。(2 3.14 fL1 Rrp1)2、低頻衰減在低頻衰減電路中，如圖6所示，若取電容C6=C7,則當(dāng)工作頻率f遠(yuǎn)小于fL1，

9、 電容C6近似開(kāi)路，此時(shí)電路增益AlR10R8RrP1當(dāng)頻率F遠(yuǎn)大于Fi2時(shí)，電容近似短路,此時(shí)電路增益A0RioR可見(jiàn)，低頻端最大衰減倍數(shù)為1/10（即-20dB）。222 高頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算音調(diào)控制器在咼頻端工作時(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2-7所示電路。為便于分析,將星形連接的電阻R8= R9= Rio轉(zhuǎn)換成三Ra= Rb= Rc=3 R8。由于Rc跨接在電路的輸角形連接，轉(zhuǎn)換后如圖2-8所。所以圖2-7音調(diào)控制電路在高頻段時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路圖2-8音調(diào)控制電路高頻段簡(jiǎn)化電路的等效變換電路當(dāng)RP2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2-9

10、所示;RllIT圖2-10高頻衰減電路1、高頻提升。由圖2-9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)UoUi1 jwRb ? wH 1Ra 1 jw wH2其中,wH 1,wH 2(Ra R11)C51R11C5。當(dāng)F遠(yuǎn)小于Fh1時(shí)，電容C5可近似開(kāi)路，此時(shí)的增益為A0 RbRa 1 (中頻增益)當(dāng)F遠(yuǎn)大于Fh2時(shí)，電容C5近似為短路，此時(shí)的電壓增益為Ah -R-RaR11當(dāng)Fh1 <F<Fh2時(shí)，電壓增益按20dB/10倍數(shù)的斜率增加。由于設(shè)計(jì)任務(wù)中要求中頻增益 Ao=1，在10kHz處有±12dB的調(diào)節(jié)范圍，所以求得Fh1=2.5kHz。又因?yàn)镠1

11、/ cdH2= (R11+ Ra) /R11=AH，高頻最大提升量AH 一般也取 10 倍，所以 Fh2=AH ?Fh1=25kHz。由(R11 +Ra)/R11=AH 得:R11 = Ra/(AH-1)=17K Q ,取 R11=18k Q。由 3 H2=1/ R11C5 得：C5=1/(2 八Fh2R11)=354pF,取C5=330pF。高音調(diào)節(jié)電位器Rp2的阻值與 Rp1相同，取RRp2=470K 3。1/10 （即2、高頻衰減。在高頻衰減等效電路中，由于 Ra=Rb,其余元器件也相同。所以有高頻衰減的轉(zhuǎn)折頻率與高頻提升的轉(zhuǎn)折率相同。高頻最大衰減-20dB ）。2.3功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì)功

12、率輸出級(jí)電路結(jié)構(gòu)有許多種，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VT3, VT4組成的復(fù)合管為功率運(yùn)算放大器組成的典型 OCT功率放大器，其電路如圖2-11所示，其中由運(yùn)算放大器組成輸入電壓放大驅(qū)動(dòng)級(jí)，由晶體管 VT1, VT2，輸出級(jí)。三級(jí)管VT1與VT2都為NPN管，仍組成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只腳決定，為PNP型復(fù)合管。2.3.1確定電源電壓率放大器的設(shè)計(jì)要求是最大輸出功率POmax 8W。由公式POmax1/2 U2Om/RL 可得：PomUOm；UOm

13、可得 UOm?？紤]到輸 出功率管VT2與VT4的飽和壓降和發(fā)射極Rii與R22的壓降，電源電壓常取 Vcc=（1.21.5） Uom。將已知參數(shù)帶入上式，電源電壓選取± 12V。2.3.2 功率輸出級(jí)設(shè)計(jì)1、輸出晶體管的選擇。輸出功率管 VT2與VT4選擇同類型的NPN型大功率管。其承受的最大反向電壓為UcEmax=2VcC。每只晶體管的最大集電極電流為Icmax Vcc/RL=1.5A ,每只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P的值盡量對(duì)稱外，其極限參數(shù)還應(yīng)滿足系 列關(guān)系：VbRCEO> 2VcC, ICM

14、 > Icmax , PcM > Pcmax , PcM > Pcmax。根據(jù)上式關(guān)系,選擇功率三極管為3DD01。2、復(fù)合管的選擇。VTi與VT3分別與VT2與VT4組成復(fù)合管，它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失，晶體管VT1與VT3的集電極功耗：PCmax= ( 1.1-1.5 ) PC2max /化而實(shí)際選擇VT1，VT3參數(shù)要大于最大值。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)，其要求盡VT3稱性好。可選用 VTi為9013，VT3選用9015 。2.3.3 電阻Ri7Ri2的估算Ri8與R20用來(lái)減小復(fù)合管

15、的穿透電流，其值過(guò)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，一般取 Ri8=R20= (5 - 10) Ri2。Ri2為VT2管的輸入端等效電阻，其大小可用公式Ri2=rbe+ (1+ 32) R21來(lái)計(jì)算，大功率管的rbe約為10 Q，B為20倍。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?，使電路的工作更加穩(wěn)定，從而減少非線性失真。一般取R21=R22= (0.050.1 ) Rl。由于VT1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

16、選擇R17= R19= R18 /Ri2。根據(jù)以上條件，選擇電路元器件值為:R21 = R22=1 Q，R18= R20=270 Q，R17 = R19=30 Qo2.3.4 確定靜態(tài)偏置電路為了克服交越失真，由R15，R16，Rp3和二節(jié)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(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 （VTi與VT3應(yīng)處于微導(dǎo)通狀態(tài)），即Uo=OV。運(yùn)算放大器的 輸出電位Uo3 -0V。若取電流Io=1mA , RRp3=0 （ Rp3用于調(diào)整復(fù)合管的微導(dǎo)通

17、狀態(tài)，其調(diào)節(jié)范圍不能太大，可采用1k Q左右的精密電位器，其初始值應(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越失真時(shí)再逐漸增大阻值）。則, Vcc U D Vcc Vd12 0.7Io R15 RR P3R15R15所以 Ri5=11.3K Q,取 Ri5=11K Q。為了保證對(duì)稱，電阻 Ri6=11K Q。取 RRP3=1KQ。電路中的VD1與VD2選為1N4148 。2.3.5 反饋電阻R13與R14的確定在這里放大器選用LF353，功率放大器的電壓增益可表示為:Au 1R3RrP4R1420取R14=1K Q則R13+ Rrp4=19K Q。為了使功率放大器增益可調(diào)，取 R1

18、3=15KQ，Rrp4=4.7K Q。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,其大小決定了擴(kuò)聲電路的下限頻率。 取R12=100K Q，C8=100uF。并聯(lián)在揚(yáng)聲器的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 Q，C10=0.1uF。一般取 C9=4.7uF?？偨Y(jié)(1 )此次實(shí)驗(yàn)從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)，每一步都伴隨著問(wèn)題的不斷的產(chǎn)生與解決，經(jīng)過(guò) 艱辛的調(diào)試、測(cè)量，最終完成實(shí)驗(yàn)，除了極個(gè)別的參數(shù)與設(shè)計(jì)要求稍有差距之外，其 余參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)總體是成功的。(2 )綜合性實(shí)驗(yàn)涉及了幾乎整個(gè)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，嚴(yán)謹(jǐn)完成實(shí)驗(yàn)將很 有意義，而且這是學(xué)習(xí)模擬電路以來(lái)第一次完整體驗(yàn)實(shí)際電路的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程讓 我獲益頗多。通過(guò)這次實(shí)踐，我對(duì)音頻放大電路有了有了更深入的了解，對(duì)模擬電 路設(shè)計(jì)過(guò)程和方法有了基本了解和認(rèn)識(shí)，能夠?qū)?jiǎn)單電路系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障和問(wèn)題 提出解決方案，學(xué)習(xí)并熟悉了相關(guān)軟件的基本使用。(3)為發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際電路問(wèn)題，我查閱了不少資料，和同學(xué)討論交流,同解決問(wèn)題，解決實(shí)際問(wèn)題的能力有所提升。(4)電路設(shè)計(jì)與測(cè)試是一件艱辛的工作，充滿挑戰(zhàn)，但挑戰(zhàn)帶來(lái)了樂(lè)趣，艱辛誕生了碩果，實(shí)踐讓知識(shí)升華。參考文獻(xiàn)12王川.實(shí)用電源技術(shù).重慶：重慶大學(xué)出版社，20003陳曉文.電子線路課