音頻放大器擴(kuò)音機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、江蘇城市職業(yè)學(xué)院五年制（高職） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)課題 音頻放大器的設(shè)計(jì) 學(xué) 校 年 級(jí) 專(zhuān) 業(yè) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 二一一 年 十一 月摘 要音頻放大器是一種通用性較強(qiáng)的應(yīng)用電路，它廣泛用于收音機(jī)、錄音機(jī)、電視機(jī)和擴(kuò)音機(jī)等整機(jī)產(chǎn)品中，用來(lái)把微弱的聲音電信號(hào)進(jìn)行放大，以獲得足夠大的輸出功率推動(dòng)揚(yáng)聲器。它也是音響裝置重要的組成部分，通常把它叫做擴(kuò)音機(jī)。本課題是經(jīng)典音頻放大器應(yīng)用設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)功力晶體再把放大的信號(hào).透過(guò)揚(yáng)聲器放出聲音.其動(dòng)作原理是把電氣訊號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音訊號(hào)的轉(zhuǎn)換器。揚(yáng)聲器為電子產(chǎn)品之聲音輸出端的重要零組件，其應(yīng)用范圍廣泛，可裝置于各型耳機(jī)或頭機(jī)內(nèi)，如隨身聽(tīng)、音響、無(wú)線電通

2、訊、多媒體電腦、錄音工程或電子字典，用來(lái)收聽(tīng)聲音與音樂(lè)，也可裝置于電話自動(dòng)撥打器，用來(lái)打電話。關(guān)鍵詞：OTL；集成電路；輸入級(jí)；輸出級(jí)；放大器目 錄摘要 第一章 畢業(yè)設(shè)計(jì)及任務(wù) 1 第一節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1第二節(jié) 設(shè)計(jì)的基本要求和實(shí)現(xiàn)方法 2第二章 音頻放大器概述 3第一節(jié) 畢業(yè)課題的背景及意義 3 第三章 主要性能指標(biāo) 4第四章 直流穩(wěn)壓電源 5第一節(jié) 兩種穩(wěn)壓類(lèi)型概述 5第二節(jié) 穩(wěn)壓電源的指標(biāo)和集成穩(wěn)壓器 9第三節(jié) 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 12第五章 基本設(shè)計(jì)方法 14第一節(jié) 電壓增益分配和確定電源電壓 14第二節(jié) 功率輸出級(jí)的計(jì)算 15第三節(jié) 推動(dòng)級(jí)和衰減式音調(diào)控制電路的計(jì)算 16第四節(jié) O

3、CL功率放大器的設(shè)計(jì) 19第五節(jié) 音頻控制電路的設(shè)計(jì) 23第六章 印制電路板的設(shè)計(jì) 31設(shè)計(jì)體會(huì) 34參考文獻(xiàn) 35附錄 音頻放大器總電路 36第一章畢業(yè)設(shè)計(jì)及任務(wù)第一節(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺(tái)高保真OCL音頻放大器2.技術(shù)指標(biāo) 最大不失真輸出功率：Pom10W； 負(fù)載電阻（揚(yáng)聲器）：RL=8； 頻率響應(yīng)：=50HZ20KHZ； 音調(diào)控制范圍：低音：100HZ±12dB高音：10KHZ±12dB 輸入電壓：； 失真度： 穩(wěn)定性：在電源為±1524V范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出零點(diǎn)漂移。3.設(shè)計(jì)要求 分析電路的組成及工作原理。 進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算。 采用衰減式音調(diào)控制

4、電路。采用OTL音頻功率放大器。 說(shuō)明電路的調(diào)試的進(jìn)本方法。 畫(huà)出完整電路圖。 小結(jié)和討論。第二節(jié)設(shè)計(jì)的基本要求和實(shí)現(xiàn)方法一、基本要求音頻放大器主要用來(lái)對(duì)音頻信號(hào)（頻率范圍大約為數(shù)十赫茲數(shù)十千赫茲）進(jìn)行放大， 它應(yīng)具有以下幾方面功能：1.對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行電壓放大和功率放大，能輸出大的交流功率。2.具有很高的輸出阻抗和很低的輸出阻抗，負(fù)載能力強(qiáng)。3.非線性失真和頻率失真要?。ǜ弑Ｕ妫?.能對(duì)輸出信號(hào)中的高頻和低頻部分（高低音）分別進(jìn)行調(diào)節(jié)（增強(qiáng)或減弱），即具有音調(diào)控制能力。為了實(shí)現(xiàn)音頻放大電路是上述功能，構(gòu)成電路時(shí)可采用多種方案，比如，可采用分立元件組裝，也可以采用運(yùn)算放大器和部分晶體管等分立元

5、件實(shí)現(xiàn)，還可用集成音頻功率放大電路制作，現(xiàn)在廣為應(yīng)用的是后兩種。二、實(shí)現(xiàn)方法無(wú)論采用哪種形式，音頻放大器的基本組成都應(yīng)包括以下幾個(gè)部分：1.輸入級(jí) 主要是把輸入的音頻信號(hào)有效地傳遞到下一級(jí)，并完成信號(hào)源的阻抗變換。2.音調(diào)控制電路完成高低音的提升和衰減，為了與音調(diào)控制電路配合，這部分還應(yīng)設(shè)置電壓放大電路。3.輸出級(jí)將電壓信號(hào)進(jìn)行功率放大，以使在揚(yáng)聲器上得到足夠大的不失真功率。音頻放大器的組成方框圖，可用圖1表示。圖1 音頻放大器組成方框圖第二章音頻放大器概述第一節(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景及意義 音頻放大器已經(jīng)有快要一個(gè)世紀(jì)的歷史了，最早的電子管放大器的第一個(gè)應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止，它還在不

6、斷地更新、發(fā)展、前進(jìn)。主要因?yàn)槿祟?lèi)的聽(tīng)覺(jué)是各種感覺(jué)中的相當(dāng)重要的一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，我們就把有關(guān)的音頻放大器就要不斷地加以改進(jìn)，不斷的去加以創(chuàng)新。 進(jìn)入21世紀(jì)以后，各種便攜式的電子設(shè)備成為了電子設(shè)備的一種重要的發(fā)展趨勢(shì)。從作為通信工具的手機(jī)，到作為娛樂(lè)設(shè)備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)備。陸續(xù)將要普及的還有便攜式電視機(jī)，便攜式DVD等等。所有這些便攜式的電子設(shè)備的一個(gè)共同點(diǎn)，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個(gè)音頻放大器；另一個(gè)特點(diǎn)就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長(zhǎng)的使用壽命。就是在這種需求的背景下，D類(lèi)放大器被開(kāi)發(fā)出來(lái)了。而它的最大的特點(diǎn)就

7、是，它是能夠在保持最低的失真情況下來(lái)得到最高的效率。高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功率的電子設(shè)備中也需要。因?yàn)?，功率越大，效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和更高檔的家庭影院也逐漸開(kāi)始興起。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦幾百瓦的音頻功率。而低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號(hào)，信號(hào)音量和功率級(jí)都要理想如實(shí)、有效且失真低。音頻范圍為約20Hz 20kHz，因此放大器在此范圍內(nèi)必須有良好的頻率響應(yīng) (驅(qū)動(dòng)頻帶受限的揚(yáng)聲器時(shí)要小一些，如低音喇叭或高音喇叭)。根據(jù)應(yīng)用的不同，功率大小差異很大

8、，從耳機(jī)的毫瓦級(jí)到TV或PC音頻的數(shù)瓦，再到“迷你”家庭立體聲和汽車(chē)音響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上，音頻放大器的功率它能大到能滿足整個(gè)電影院或是禮堂的聲音要求。 音頻放大器的一種簡(jiǎn)單模擬實(shí)現(xiàn)方案是采用線性模式的晶體管，得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。正向電壓增益通常很高(至少40dB)。如果反饋環(huán)包含正向增益，則整個(gè)環(huán)增益也很高。因?yàn)楦攮h(huán)路增益能改善性能，而即能抑制由正向路徑的非線性引起的失真，而且它是通過(guò)提高電源抑制音頻放大器的能力(即為PSR)以此它來(lái)降低電源噪聲，所以經(jīng)常采用反饋第三章 主要性能指標(biāo)在介紹音頻功率放大器的文章中，有時(shí)會(huì)看到“THD+N”，THD

9、+N是英文Total Hormonic Distortion +Noise 的縮寫(xiě)，譯成中文是“總諧波失真加噪聲”。它是音頻功率放大器的一個(gè)主要性能指標(biāo)，也是音頻功率放大器的額定輸出功率的條件。 THD+N表示失真+噪聲，因此THD+N自然越小越好。但這個(gè)指標(biāo)是在一定條件下測(cè)試的。一個(gè)音頻功率放大器，改變其條件，其THD+N的值有很大變動(dòng)。 這里指的條件是，一定的工作電壓VCC(或VDD)、一定的負(fù)載電阻RL、一定的輸入頻率FIN（一般常用1KHZ）、一定的輸出功率Po下進(jìn)行測(cè)試。若改變了其中的條件，其THD+N值是不同的。例如，某一音頻功率放大器，在VDD=3V、FIN=1kHz、RL=32

10、、Po=25mW條件下測(cè)試，其TDH+N=0.003%，若將RL改成16歐，使Po增加到50mW，VDD及FIN不變，所測(cè)的TDH+N=0.005%。 一般說(shuō)，輸出功率小（如幾十mW）的高質(zhì)量音頻功率放大器（如用于MP3播放機(jī)），它的THD+N指標(biāo)可達(dá)10-5，具有較高的保真度。輸出幾百mW的音頻功率放大器，要用揚(yáng)聲器放音，其THD+N一般為10-4；輸出功率在12W，其THD+N更大些，為0.10.5%.THD+N指標(biāo)大小與音頻功率放大器的結(jié)構(gòu)類(lèi)別有關(guān)（A類(lèi)功放D類(lèi)功放），如D類(lèi)功放的噪聲大，THD+N的值也較A類(lèi)大。 這里特別要指出的是資料中給出的THD+N這個(gè)指標(biāo)是在FIN=1kHz下給

11、出的，在實(shí)際上音頻范圍是20Hz20kHz，則在20Hz20kHz范圍測(cè)試時(shí)，其THD+N要大得多。例如，某音頻功率放大器在1kHz時(shí)測(cè)試，其TDH+N=0.08%。若FIN改成20Hz-20kHz,，其他條件不變，其THD+N變?yōu)樾∮?.5%。 過(guò)去有用“不失真輸出功率是多少”這種說(shuō)法來(lái)說(shuō)明其輸出功率大小。這話的意思指的是輸出的峰峰值沒(méi)有“削頂”現(xiàn)象出現(xiàn)，即Vout(P-P)=Vcc-（上壓差+下壓差）這種說(shuō)法是不科學(xué)的。即使不產(chǎn)生削頂，它也有一定的失真。較科學(xué)的說(shuō)法是THD+N在某一指標(biāo)下可輸出的功率是多少。即在一定的Vcc電壓、一定的負(fù)載電阻RL時(shí)、一定的THD+N下可輸出多少功率。這輸

12、出功率一般是在這條件下的最大輸出功率，稱(chēng)為額定功率。音頻功率的額定功率主要取決于Vcc的大小。在THD+N不變條件下，如Vcc=5V，RL=4時(shí)，輸出額定功率為2W；若Vcc=3V、RL=4時(shí)，輸出額定功率降為0.7W。第四章直流穩(wěn)壓電源第一節(jié) 兩種穩(wěn)壓類(lèi)型概述直流穩(wěn)壓電源是一種當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，或者負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓能基本保持不變的直流電源。穩(wěn)壓電源中的穩(wěn)壓電路按電壓調(diào)整元件與負(fù)載RL連接方式之不同可分為兩種穩(wěn)壓類(lèi)型：1、 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整元件與負(fù)載RL并聯(lián)，如圖2（a）所示。2、 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整原價(jià)與負(fù)載RL串聯(lián)，如圖2（b）所示。圖2圖3是帶有硅穩(wěn)壓電路的單相整流電器，是一個(gè)

13、最簡(jiǎn)單的直流穩(wěn)壓電源。其電路的工作原理，已在第一章中分析過(guò)，此處不再重復(fù)。這種穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓電路內(nèi)，調(diào)整電壓的元件硅穩(wěn)壓二極管V是與負(fù)載RL并聯(lián)的，這就是并聯(lián)型穩(wěn)壓電器。它的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，但輸出電流較?。▋H幾十毫安），輸出電壓不能調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能也較差，只適用于要求不高的小型電子設(shè)備上。廣泛實(shí)用的穩(wěn)壓電路是以晶體三極管為調(diào)整元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，作為調(diào)整元件的晶體管稱(chēng)調(diào)整管，它是和負(fù)載串聯(lián)的。這種串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路可以輸出較大的電流，輸出電壓穩(wěn)定度高，而且可以調(diào)節(jié)，下面舉例說(shuō)明它的電路特點(diǎn)和工作原理。圖3硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源 簡(jiǎn)單串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源圖4所示電路是

14、一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源。圖中V1為調(diào)整管，V2為硅穩(wěn)壓管，它穩(wěn)定V1管的基極電壓VB，作為穩(wěn)壓電路的基準(zhǔn)電壓；R1既是V2的限流電阻，又是晶體管V1的偏置電阻；R2為V1管的發(fā)射極電阻；RL為外接負(fù)載。圖4簡(jiǎn)單的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源電路的穩(wěn)壓原理如下：調(diào)整管V1工作在放大區(qū)，它與負(fù)載串聯(lián)，輸出電壓V0V1-VCE，通過(guò)VCE的變化來(lái)調(diào)整V0。假如因某種原因（電網(wǎng)電壓變動(dòng)或負(fù)載電阻變化）使輸出電壓V0增加，由于基極電壓VB被穩(wěn)壓管穩(wěn)住不變，由圖可知，VBEVB-V0，則BBE要減小，基極電流 IB也相應(yīng)減小，于是調(diào)整管V1的集電極-發(fā)射極等效電阻增加，管壓降VCE增加，結(jié)果促使輸出電壓V

15、0下降，達(dá)到維持穩(wěn)定不變的效果。因?yàn)樨?fù)載電流不再通過(guò)穩(wěn)壓管，而是通過(guò)調(diào)整管V1，所以這種串聯(lián)型穩(wěn)壓電路與并聯(lián)型穩(wěn)壓電路相比，可以供給較大的負(fù)載電流。 帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)單的串聯(lián)型晶體穩(wěn)壓電源，是直接利用輸出電壓微小變化量V0去控制調(diào)整管的發(fā)射結(jié)電壓VBE，從而改變調(diào)整管的管壓下降VCE來(lái)穩(wěn)定電源的輸出電壓，但往往由于V0的數(shù)值不大，穩(wěn)壓效果不好。如在電路中加入一級(jí)直流放大器，先把微小的輸出電壓變化量V0放大，然后用AV·V0去控制調(diào)整管的發(fā)射極電壓VBE，使調(diào)整管的管壓降有明顯的變化，就可以是穩(wěn)壓效果大為改善。圖4所示是帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。V1是調(diào)整管，穩(wěn)

16、壓管V3和它的限流電阻R3組成供給比較放大管V2的發(fā)射極基準(zhǔn)電壓。R1、RP和R2組成采樣電路，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)比較，它們的電壓差引起V2管發(fā)射發(fā)射結(jié)電壓VBE2的變化，經(jīng)過(guò)V2的放大后，送到調(diào)整管的基極，控制調(diào)整管的工作。R4是V2比較放大管的集電極電阻，比較放大管V2可簡(jiǎn)稱(chēng)為放大管。整個(gè)電路穩(wěn)壓過(guò)程表示于下：設(shè)V0VB2VC2VB1VCE1V0圖5帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源圖5的穩(wěn)壓電源，采樣電路中有一個(gè)電位器RP串接在R1和R2之間，可以通過(guò)調(diào)節(jié)RP來(lái)改變輸出電壓V0。假定流過(guò)采樣電阻的電流比IB2大得多，可用下面近似方法來(lái)估算V0的調(diào)節(jié)范圍。由圖5可知當(dāng)RP的滑動(dòng)端移到最上端時(shí)，RP0，

17、RP，V0達(dá)到最小值。即以上各式中之VBE2約為0.60.8V圖5是一種輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源，如果不用電位器RP，僅用R1、R2分壓，則變成輸出電壓固定的穩(wěn)壓電源。綜上所述，帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路，一般由四個(gè)部分組成，即采樣電路、基準(zhǔn)電壓、比較放大電路和調(diào)整元件，如圖6所示。圖6帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路第二節(jié) 穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo)和集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電源的指標(biāo)是表示穩(wěn)壓電源性能的參數(shù)。主要的有下列兩種：一 特性指標(biāo)是表明穩(wěn)壓電源工作特性的參數(shù)。例如：允許輸入的電壓，輸出電壓及其可調(diào)范圍，輸出電流等。二 質(zhì)量指標(biāo)是衡量穩(wěn)壓電源性能優(yōu)劣的參數(shù)。如：1.穩(wěn)壓系數(shù)Sr 是指當(dāng)負(fù)載不變

18、時(shí)，穩(wěn)壓電路輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電流變化量之比。2.輸出電阻r0 是指穩(wěn)壓電路輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。3.電壓調(diào)整率KV是指額定負(fù)載不變時(shí)，電網(wǎng)電壓變化10，輸出電壓的相對(duì)變化量。4. 電流調(diào)整率KI 是指電網(wǎng)電壓不變時(shí)，輸出電流從零到最大值變化時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量。一般常用穩(wěn)壓系數(shù)Sr和輸出電阻r0這兩個(gè)主要指標(biāo)。另外還有其他的質(zhì)量指標(biāo)，如輸出紋波電壓，是指在輸出電壓中存在的交流分量，通常用有效值或峰-峰值來(lái)表示；溫度系數(shù)，指電網(wǎng)電壓和負(fù)載都不變時(shí)，由于溫度變化而引起的輸出電壓漂移量。此外還有噪聲電壓等。以上諸質(zhì)量指標(biāo)數(shù)值較小時(shí)，其穩(wěn)壓性能較好。圖5穩(wěn)壓管

19、穩(wěn)壓電源，設(shè)額定輸出電壓V012V，當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10，其輸出電壓變化量V045mV；若電網(wǎng)電壓不變，負(fù)載電流可由零變到最大值，其輸出電壓變化量V0108mV。求此穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率KV和電流調(diào)整率KI。用集成電路的形式制造的穩(wěn)壓電路稱(chēng)為集成穩(wěn)壓器。它給穩(wěn)壓電源的制作和使用帶來(lái)方便。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，應(yīng)參閱有關(guān)資料了解它們的外部特性和應(yīng)用線路連接圖，即可正確地使用。集成穩(wěn)壓器有多端式（管腳超過(guò)三個(gè)）和三端式（管腳只有三個(gè)），以三端式應(yīng)用最廣。另外根據(jù)輸出電壓是否可調(diào)，又分成固定式和可調(diào)式。根據(jù)輸出電壓的正、負(fù)極性，分為輸出正電壓的穩(wěn)壓器和輸出負(fù)電壓的穩(wěn)壓器。1.濾波器濾

20、波電容器C的容量選擇與電路中的負(fù)載電流IL有關(guān)，當(dāng)負(fù)載電流加大后，要相應(yīng)地增大電容量。表1列出的數(shù)據(jù)供選用時(shí)參考。另外，選擇濾波電容器還應(yīng)注意它的耐壓值要大于負(fù)載開(kāi)路時(shí)整流電路的輸出電壓。表1濾波電容器容量表輸出電流IL/A210.510.10.50.050.140.05以下電容器容量C/F400020001000500200500200注：此為全波整流電容器波在VL1236V時(shí)的參考值。1. 電感濾波器在整流電路輸出端和負(fù)載之間串入一個(gè)電感線L（有鐵心的線圈，稱(chēng)扼流圈），也具有濾波作用，稱(chēng)為電感濾波器。它是利用電感的直流電阻小，交流電阻抗大的特性進(jìn)行濾波的。圖7（a）是帶有電感濾波器的全波整

21、流電路，它的濾波工作原理如下：當(dāng)整流電路輸出脈動(dòng)直流電壓時(shí)，負(fù)載電流將隨著增加或減小。當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，電感線圈中將產(chǎn)生與電流方向相反的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，力圖阻止電流的增加；而當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，電感線圈中將產(chǎn)生與電流方向相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，力圖阻止電流減少。由于電感具有反抗電流變化的作用，使得負(fù)載電流的脈動(dòng)程度減小了，在負(fù)載電阻RL上也可以得到一個(gè)較平滑的直流輸出電壓，如圖7（b）的實(shí)線波形。顯然，電感量L越大，濾波效果越好。圖7帶電感濾波器的全波整流電路（a）電路（b）波形電感濾波器適用于負(fù)載電流較大并經(jīng)常變化的場(chǎng)合，但電感量較大的電感線圈，其體積和重量都較大且比較笨重，因此一般在功率較大的整流電源

22、中采用。2. 復(fù)式濾波器復(fù)式濾波器是由電感和電容或電阻和電容組合起來(lái)的濾波器。它的濾流效果比單一使用電感或電容濾波為好。常見(jiàn)的復(fù)式濾波器有下列幾種： L型濾波器 圖8所示是帶L型濾波器的橋式整流電路。虛線框內(nèi)即為電感L和電容C組成的L型濾波器。整流后輸出的脈動(dòng)直流經(jīng)過(guò)電感L，交流成分被削弱，再經(jīng)電容C濾波，就可在負(fù)載上獲得更加平滑的直流電壓。圖8帶L型濾波器的橋式整流電路 圖9帶型濾波器的橋式整流電路 型濾波器 是帶型濾波器的橋式整流電路，虛線框內(nèi)是由電容C1、C2和電感L組成的型濾波器。脈動(dòng)直流電經(jīng)過(guò)電容C1的濾波后，又經(jīng)電感L和C2的濾波，使脈動(dòng)成分大大降低，在負(fù)載上獲得平滑的直流。這種濾

23、波器在小功率整流電路中常被采用。第三節(jié) 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路二極管整流電路附加濾波電路后，能把交流電換成較平滑的直流電輸出。但是，在交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)或整流電路負(fù)載變化時(shí)，仍會(huì)造成輸出直流電壓的不穩(wěn)定，通常還要有穩(wěn)定輸出電壓的電路，最簡(jiǎn)單的是硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路。1.硅穩(wěn)壓二極管的伏安特性及符號(hào)如圖10所示。從伏安特性曲線可知，當(dāng)反向電壓增大到擊穿電壓VA時(shí)，反向電流開(kāi)始急劇增大。前已指出，只要反向電流小于它的最大允許值，穩(wěn)壓二極管就不發(fā)生熱擊穿而損壞。在擊穿區(qū)（圖中曲線的AB段），反向電流的變化（IZ）很大，但管子兩端電壓變化（VZ）很小，這就是穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性。當(dāng)外加反向電壓減少或撤除后，穩(wěn)

24、壓二極管能恢復(fù)到擊穿前的狀態(tài)，所以它可以反復(fù)使用。2.穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)1. 穩(wěn)定電壓VZ每個(gè)穩(wěn)壓管只有一個(gè)穩(wěn)定電壓VZ。但由于同一型號(hào)的穩(wěn)壓參數(shù)差別較大，一般在半導(dǎo)體器件手冊(cè)等資料中給出某一型號(hào)管子的穩(wěn)定電壓范圍。2. 穩(wěn)定電流IZ 指穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓下的工作電流，在圖10（a）中，用IB表示。3. 最大穩(wěn)定電流IZmax 是穩(wěn)壓管允許長(zhǎng)期通過(guò)的最大反向電流。在圖10（a）中，用IB表示。4. 動(dòng)態(tài)電阻rZ 是穩(wěn)壓管兩端電壓變化量與通過(guò)電流變化量之比值，即r2VZ/IZrZ愈小，則說(shuō)明VZ變化就愈小，可見(jiàn)，動(dòng)態(tài)電阻小的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能好。圖10硅穩(wěn)壓管的伏安特性及符號(hào)（a）伏安特性曲線 （b

25、）符號(hào)3.硅穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電路的工作原理圖11電路圖中，電阻R和穩(wěn)壓管V組成穩(wěn)壓電路。當(dāng)電網(wǎng)電壓u1或負(fù)載RL變化時(shí)，設(shè)輸出電壓V0下降，則穩(wěn)壓二極管內(nèi)反向電流IZ也減小，導(dǎo)致通過(guò)限流電阻R上的電流也減小，這樣使壓降VR也下降，根據(jù)V0V1-VR發(fā)關(guān)系，使V0值的下降收到限制圖11設(shè)計(jì)題目思路形式并進(jìn)行逐級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)算，下面分別予以說(shuō)明。前面已經(jīng)指出，實(shí)際的音頻放大電路可以有不同的結(jié)構(gòu)方案，下面根據(jù)由集成運(yùn)放和晶體管組成的電路形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。第五章基本設(shè)計(jì)方法第一節(jié)各級(jí)電壓增益的分配整機(jī)電壓增益為式中輸入電壓由技術(shù)指標(biāo)給出，輸出電壓要根據(jù)額定輸出功率和負(fù)載電阻求出（為有效值）所以輸出電壓為于是可求

26、得整機(jī)總的電壓增益。設(shè)輸入級(jí)電壓增益、音調(diào)控制電路電壓增益和輸出級(jí)電壓增益分別為和，則=其中（射極輸出器），可選?。?10），包括音調(diào)控制電路中電壓放大器的增益和音調(diào)控制電路本身的中頻衰減（對(duì)衰減式RC音調(diào)控制電路而言），可適當(dāng)大些，它實(shí)際上是輸出級(jí)的推動(dòng)級(jí)電路的增益。電源電壓的高低決定著輸出電壓的大小。為了保證電路安全可靠地工作，通常使電路的最大輸出功率要比額定輸出功率大一些，一般取=（1.52）所以，最大輸出電壓應(yīng)該根據(jù)來(lái)計(jì)算，即考慮到管子的飽和壓降以及發(fā)射極限流電阻的降壓作用，電源電壓必須大于，數(shù)量關(guān)系為式中為電源利用系數(shù)，一般取=0.60.8。在確定了各級(jí)電壓增益的電源電壓以后，就可以

27、進(jìn)行電路中各級(jí)的估算，通常要按照由后級(jí)向前級(jí)的順序原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二節(jié)功率輸出級(jí)計(jì)算1. 選擇大功率管準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放級(jí)四只管子中的是大功率管，要根據(jù)晶體管的三個(gè)極限參數(shù)來(lái)選取。1.管子承受的最大反向電壓為： 2.每管最大集電極電流為：3. 單管最大集電極功耗為：然后就可以根據(jù)這些極限參數(shù)選取功率管，使選取的功率管極限參數(shù)滿足：注意應(yīng)選取兩功放管參數(shù)盡量對(duì)稱(chēng)，值接近相等。2. 選擇互補(bǔ)管，計(jì)算和1.確定，由于功放管參數(shù)對(duì)稱(chēng)，它們的輸入阻抗為：要使互補(bǔ)管的輸出電流大部分注入到功放管的基極，通常取。平衡電阻可按選取。2. 選擇互補(bǔ)管因?yàn)榉謩e與組成復(fù)合管，它們承受的最大反向電壓相同（均為），而集電極最

28、大電流和最大功率可近似認(rèn)為：式中分別為功放管（）的集電極最大電流和最大管耗，為功放管的電流放大系數(shù)。選擇互補(bǔ)管，使其極限參數(shù)滿足：3. 計(jì)算偏置電阻功放級(jí)互補(bǔ)管（）的靜態(tài)電流由，二級(jí)管和支路提供。要使，式中，分別為互補(bǔ)管的集電極最大電流和電流放大系數(shù)，而，所以的阻值應(yīng)為，而中流過(guò)的電流大于互補(bǔ)管的基極電流，即（一般取 =1.2）的阻值和相等。第三節(jié)推動(dòng)級(jí)和衰減式音調(diào)控制電路計(jì)算推動(dòng)級(jí)要有較大的電壓放大倍數(shù)，前面已根據(jù)總電路的電壓增益確定了推動(dòng)級(jí)的放大倍數(shù)；其大小由閉環(huán)負(fù)反饋決定：阻值不要過(guò)小，一般為左右，于是反饋電阻的大小也就確定了。1.確定轉(zhuǎn)折頻率因?yàn)橥l帶為，所以?xún)蓚€(gè)轉(zhuǎn)折頻率分別為又因?yàn)樵?/p>

29、和之間，高低音提升，衰減曲線按/倍頻程的斜率變化，所以根據(jù)低頻處和高頻處的提升量，即可求出所需要的另外兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率和：=·2. 確定電位器和的數(shù)值因?yàn)檫\(yùn)放的輸入阻抗很高（一般大于500k），又要求和的阻值大于和的阻值，同時(shí)還要滿足提升和衰減量的要求，所以電位器、的阻值應(yīng)選取的較大，通常為100500k范圍。3. 計(jì)算阻容元件值由前面分析得到的各轉(zhuǎn)折頻率的表達(dá)式，可計(jì)算出音調(diào)控制電路中的阻容元件值：4. 音調(diào)控制電路的電壓放大器根據(jù)前面電壓增益分配的討論，已知音調(diào)控制電路總的電壓增益為，它包括音調(diào)控制電路的衰減量和電壓放大器的增益，所以有 是由電壓放大器中引入的負(fù)反饋決定的，即整機(jī)電壓

30、增益為式中輸入電壓由技術(shù)指標(biāo)給出，輸出電壓要根據(jù)額定輸出功率和負(fù)載電阻求出（為有效值）所以輸出電壓為于是可求得整機(jī)總的電壓增益。設(shè)輸入級(jí)電壓增益、音調(diào)控制電路電壓增益和輸出級(jí)電壓增益分別為和，則=其中（射極輸出器），可選取（510），包括音調(diào)控制電路中電壓放大器的增益和音調(diào)控制電路本身的中頻衰減（對(duì)衰減式RC音調(diào)控制電路而言），可適當(dāng)大些，它實(shí)際上是輸出級(jí)的推動(dòng)級(jí)電路的增益。第四節(jié) 功率輸出電路的設(shè)計(jì)1.選擇大功率管VT1和VT2：主要考慮三個(gè)參數(shù)，即晶體管c-e結(jié)承受的最大反向電壓，集電極最大電流和集電極最大功耗。VT1和VT2承受的最大反壓：UCEmax2Ucc單管最大集電極電流，忽略管壓

31、降： IcEmax VT1和VT2的發(fā)射極電阻R1和R2選得過(guò)小，復(fù)合管穩(wěn)定性差；過(guò)大又會(huì)損耗較多的輸出功率。一般取 R1=RL=(0.050.1)RL若 若取R1=R2=0.5,及取R1<<RL,則：Ic1maxL（3）單管的最大集電極功耗：兩管在推挽工作時(shí)，單管最大集電極功耗為：Pc1max=Pom（4）根據(jù)功率管極限參數(shù)選VT1和VT2:,大功率管考慮其工作環(huán)境的溫度以及散熱片的問(wèn)題。為了滿足電路性能要求，便于設(shè)計(jì)計(jì)算，本課題三極管和二極管均選用硅管。2.元件參數(shù)的設(shè)計(jì)與選擇（1） R3、R4 的計(jì)算公式因?yàn)閂T1、VT2輸入電阻為： ri1=rbe1 +(1+1)R1ri2

32、=rbe2 +(1+2)R2rbe2=300+(1+)大功率管rbe1、rbe2一般為10左右。又因?yàn)橐骎T3的發(fā)射極電流大部分注入VT1基極，所以通常取： R3=（510）ri1同理： R4=（510）ri2 因?yàn)閮晒軈?shù)對(duì)稱(chēng)，所以ri1=ri2則取： R3=R4=(510) ri1。（2）平衡電阻R5設(shè)計(jì)： 因?yàn)閂T3和VT4分別NPN和PNP兩種管型，電路接法又不一樣，所以?xún)晒茌斎胱杩共幌嗟龋瑫?huì)使加在兩管基極的輸入信號(hào)不對(duì)稱(chēng)，為此，需加平衡電阻R5，以盡量保證兩復(fù)合管輸入電阻相等。要求：R5=R3/ ri1（3）選擇VT3和VT4因?yàn)閂T3和VT4，分別別與VT1、VT2復(fù)合，它們承受

33、的最大反壓相同，均為2Ucc,所以在計(jì)算集電極最大電流和最大功耗時(shí)，要考慮大R3、R4的分流作用和晶體管內(nèi)部造成的損耗。在工程計(jì)算中可近似認(rèn)為： Ic3max =(1.11.5) =Ic4maxPc3max = (1.11.5) =Ic4max選擇VT3、VT4，使其極限參數(shù)滿足：Ube > UBEnaxIC > I c3maxPcM > PC3maxVT3為NPN型，VT4為PNP型，并使3 =4。3.偏置電路的設(shè)計(jì)因?yàn)?UB3 -UB4 UBE3 + UBE1 + UBE4設(shè)： UBE3=UBE1 =UBE4 =0.7VUB3 -UB4 2.1V又因?yàn)閂T9接成電壓并聯(lián)負(fù)

34、反饋型，所以其給出的偏置電壓穩(wěn)定，輸出電阻很小，并具有溫度補(bǔ)償作用。UCE9 = UB3 -UB4 UBE9( UBE9=0.7V)=3R8 = 2R9為了保證VT9基極電壓穩(wěn)定，取IR8=（510）(其中ICQ9為VT9靜態(tài)工作電流，它要根據(jù)VT9的工作電流來(lái)確定，若忽略IR8和 IB3的分流作用，可以近似認(rèn)為ICQ9 ICQ5)， 則 R9= R8=2R9為了調(diào)節(jié)偏置電壓的數(shù)值，R8可以改用一固定電阻和可調(diào)電阻并聯(lián)，使其并聯(lián)值等于R8.VT9管因?yàn)樽畲箅娏骱湍蛪阂蟛桓?，可以選普通3DG型管。4.推動(dòng)級(jí)電路的設(shè)計(jì)（1）確定VT5的工作電流：為保證信號(hào)不失真，VT5工作在甲類(lèi)放大狀態(tài)，要求I

35、CQ53IB3max一般取：ICQ5=210mA（2） R6、R7的設(shè)計(jì)與計(jì)算公式因?yàn)閂T9偏置電路輸出阻抗很小、VT5的直流負(fù)載主要是（R6=R7），又因?yàn)閁B40.7v所以 R6+R7= 從交流通路來(lái)說(shuō)，R7實(shí)際與負(fù)載RL并聯(lián)。其阻值太小會(huì)損耗信號(hào)輸出功率，太大又必然使R6減小。R6為共射電路有效負(fù)載，R6太小將會(huì)使推動(dòng)級(jí)的增益下降。一般取： （R6+R7）> R7 > 20RL確定R7，則可求出R6。（3） 自舉電容C1的設(shè)計(jì):自舉電容是為了提高放大器增益或擴(kuò)大電路的動(dòng)態(tài)范圍，為了在最低工作頻率時(shí)C1的容抗遠(yuǎn)小于R7，一般?。篊1=（310）其中：fL為下限截止頻率。（4）選

36、擇VT5管：因?yàn)閂T5是工作在甲類(lèi)放大狀態(tài)，一般要求：UCCEO > VcEmax = 2Ucc(最大反向電壓)PcM>>UccIcQ5（一般?。?UccIcQ5）5.輸入級(jí)電路的設(shè)計(jì)（1）確定差分管工作電流：差分管VT6、VT7的集電極電流太大，會(huì)增加管耗，并使失調(diào)電壓和漂移增大；太小又會(huì)降低電路的開(kāi)環(huán)增益，一般選：IC6 = IC7 （0.52）mAIC8 = IC6 + IC7（2） R10、R11和R12的設(shè)計(jì)與計(jì)算公式：R10=（UBE50.7V） 為了使恒流源VT8的工作點(diǎn)穩(wěn)定，應(yīng)使流過(guò)D1、D2的電流IDIB8。IB8=一般取ID3mA則 R11= R12（3）

37、選擇VT6、VT7和VT8管：為是差分放大電路能穩(wěn)定可靠地工作，要求VT6、VT7滿足：BUCEO>1.2UccPCM>5PC=5(IC8Ucc)6 = 7,并且反向電流越小越好。VT8管亦可選用同類(lèi)型的晶體管。6.反饋支路設(shè)計(jì)（1）差分電路引入電壓串聯(lián)反饋，使其輸入電阻提高，因此，基極電阻R15對(duì)該機(jī)輸入阻抗影響很大。一般取R15=1547k之間。另外，要使電路對(duì)稱(chēng)，要求：R13=R15又因?yàn)?Auf 1+所以 R14反饋電容C2應(yīng)保證在低頻截止頻率時(shí)，其容抗遠(yuǎn)小于R14，一般?。篊2（310）耦合電容一般?。篊3（310）（2）補(bǔ)償元件的選取為了使負(fù)載在高頻時(shí)仍為純電阻，需要加

38、補(bǔ)償電阻R10和補(bǔ)償電容C6。一般?。篟16=RLC6=(fH為放大器的高頻上限頻率)。為了消除電路高頻自激，通常在VT5的b、c極之間，R13兩端加消振電容，一般取100200p第五節(jié) 音調(diào)控制電路的設(shè)計(jì)1.電路形式的選擇常用的音調(diào)控制電路有三種：一是衰減式RC音調(diào)控制電路，其調(diào)節(jié)范圍較寬，但容易失真；另一種是反饋型電路，其調(diào)節(jié)范圍小一些，但失真?。坏谌N是混合式音調(diào)控制電路，其電路較復(fù)雜，多用于高級(jí)收音機(jī)中。為使電路簡(jiǎn)單、信號(hào)失真又小，本級(jí)采用反饋型音調(diào)控制電路。其原理電路圖如12所示。圖12負(fù)反饋型音調(diào)控制電路Z1和Zf是由RC組成的網(wǎng)絡(luò)，放大單元為集成運(yùn)放A1。因?yàn)锳1開(kāi)環(huán)增益高，所以

39、：AUf=當(dāng)信號(hào)頻率不同時(shí)，Z1和Zf的阻抗值也不同，所以Auf隨著頻率的改變而變化。假設(shè)Z1和Zf包含的RC元件不同，可以組成四種不同形式的電路，如圖13所示。例圖（1）：若C1取值較大，只在頻率很低時(shí)起作用。則當(dāng)信號(hào)頻率在低頻區(qū)，f時(shí)，則=,所以=因此可以得到低音提升。在如圖（2）：若C3較小，只在高頻時(shí)起作用。當(dāng)信號(hào)頻率在高頻區(qū)，f時(shí)，=所以，因此可得到高音提升。同理，圖（3）、（4）分別可得到高低音、低音衰減。 圖13四種不同電路形式將四種形式的電路組合起來(lái)，即可得到反饋型音調(diào)控制電路，如圖14所示圖14反饋型音調(diào)控制電路為了分析方便，先假設(shè)：R1=R2=R3=RW1=W2=9RC1=

40、C2>>C3（1）信號(hào)在低頻區(qū)：因?yàn)镃3很小，C3、R4支路可視為開(kāi)路。反饋網(wǎng)絡(luò)主要由上半邊起作用。又因?yàn)锳1開(kāi)灤增益很高，放大器輸入阻抗又很高，所以UE UE （虛地），因此R3的影響可以忽略。當(dāng)電位器W2的滑動(dòng)端移動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)，C1被短路，其等效電路如圖15所示，它和1-4很相似，可以得到低頻提升。圖15低頻提升等效電路該電路的分頻特性分析： Z1=R1 Zf=R2+(W2/ Auf= -令： L1 =2FL1=L2=2FL1=則： Auf=-根據(jù)前邊假設(shè)條件， 。當(dāng),即信號(hào)接近中頻時(shí)， ( 20lg)時(shí)， ( 20lg) 時(shí)，7.07 ( 20lg)時(shí)，10 ( 20lg)綜上

41、所述，可以畫(huà)出圖16所示的幅頻特性。圖16 低頻提升幅頻特性在f=fL2和fL1，（提升量3dB和17dB）曲線變化較大，稱(chēng) fL2 和fL1轉(zhuǎn)折頻率。在兩轉(zhuǎn)折頻率之間曲線斜率為-6Db/倍頻程。則fL1 和fL2 折現(xiàn)的拐點(diǎn)。此時(shí)，低音最大提升量為20dB。表示為:AuB=10(20dB) 同樣分析法可知，在W2滑動(dòng)端至B點(diǎn)時(shí)，低頻衰減。 轉(zhuǎn)折頻率為:fL1=fL1fL2=fL2最大衰減量：Auc=(-20dB)（2）信號(hào)在高頻區(qū)：C1和C2對(duì)高頻可視為短路。此時(shí)C3和R4支路已起作用，等效電路如圖17所示。為分析方便將電路中Y型接法的R1、R2和R3，變換成型接法的Ra、Rb、Rc， 圖1

42、7音調(diào)控制電路其中：Ra=R1+R3 +=3R ()Rb=R2 + R3 + =3RRc=R1+R2+=3R因?yàn)榍凹?jí)輸出電阻很?。?lt;500），輸出信號(hào)Uo通過(guò)Rc反饋到輸入端的信號(hào)被前級(jí)輸出電阻所旁路，所以Rc的影響可以忽略，視為開(kāi)路。當(dāng)W1滑動(dòng)至C和D點(diǎn)時(shí)，等效電路可以畫(huà)成下圖所示（因?yàn)閃1數(shù)值很大，亦可視為開(kāi)路）。通過(guò)幅頻特性分析，可以得到高頻最大提升量為： AVT=高音最大衰減量為： AVC= 高頻轉(zhuǎn)折頻率為：fH1=fH2=2.設(shè)計(jì)方法（1）確定轉(zhuǎn)折頻率：因?yàn)橐阎娐返霓D(zhuǎn)折頻率fL1和fH2。又知fLx和fHx處的提升衰減量，根據(jù)公式可求出：fL2=fLx fH1=fHx （2）

43、各元件參數(shù)計(jì)算公式C 1=R2=R4=(Ra=3R1)C3=（3） 耦合電容的設(shè)計(jì)：因?yàn)樵诘皖l時(shí)音調(diào)控制電路輸入阻抗近似為R1，所以要求： C (fL為低頻截止頻率)F007 按管腳界限要求連接。調(diào)零端可接電位器（中點(diǎn)接負(fù)電源），也可以接兩個(gè)等值的電阻再接負(fù)電源。第六章印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì)一、元件封裝二、設(shè)置元件封裝按動(dòng)Tab鍵盤(pán)，或光標(biāo)在已經(jīng)布置的元件封裝上雙擊鼠標(biāo)左鍵就可以打開(kāi)元件封裝屬性對(duì)話框。三、PCB圖設(shè)計(jì)流程及遵循原則電路設(shè)計(jì)的最終目的是為了制作電子產(chǎn)品，而電子產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)是通過(guò)印制電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，在電路原理圖繪制好后，接著是設(shè)計(jì)印刷制電路板圖，印刷電路板簡(jiǎn)稱(chēng)為

44、PCB（Printed Circuit Board）。Protel 99SE 為用戶(hù)提供了一個(gè)完整的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，方便高效。既可以用它進(jìn)行人工設(shè)計(jì)，又可以全自動(dòng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的結(jié)果可以用光繪文件的形式輸出。PCB圖設(shè)計(jì)流程PCB圖的設(shè)計(jì)流程就是指印制電路板圖的設(shè)計(jì)步驟，一般可按下圖所示的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則印制電路板（PCB）設(shè)計(jì)的好壞對(duì)電路板的抗干擾能力影響很大。因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。要使電子電路獲得最佳性能，元件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計(jì)出質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB，應(yīng)遵循下面講述的一般原則。1、 布局2、 布線3、 焊盤(pán)大小4、 印制電路板電路的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)常用措施做一些說(shuō)明5、 去偶電容配置6、 各元件之間的接線7、 裝載網(wǎng)絡(luò)加載元件封裝后，就可以加載網(wǎng)絡(luò)表了為了能夠充分利用PCB設(shè)計(jì)器的自動(dòng)布局和布線功能，網(wǎng)絡(luò)表本身一定要包括所有的電路原理圖中的元件，而且必須為其中的所有元件指定管腳封裝（應(yīng)為在設(shè)計(jì)原理圖時(shí)，有很多元件沒(méi)有管腳封裝，如電阻、電容、晶體管、八段顯示數(shù)碼管LED等，因此需要手工給這些元件指定管腳封裝），否則加載網(wǎng)絡(luò)表時(shí)將出現(xiàn)元件不能放置到布局區(qū)域的錯(cuò)誤信息。四、裝載網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行“ToolAuto Placem