模電課程設計收音機

1、本科生課程設計題 目 收音機音頻放大電路仿真設計 學 院 機械交通學院 專 業(yè)班級姓 名學號指導教師職稱 講 師 2011 年 12 月 25 日教務處制總分：指導教師簽名：模擬電子技術課程設計評分標準項目子項目滿分得分1作品制作質量20完成效果202設計報告方案論證1050電路、計算，或仿真20調試、測試數據10規(guī)范性103其他工作態(tài)度510答辯5總分100目錄1設計目的32設計要求和設計方案分析32.1 設計要求32.2 設計方案分析32.2.1 功率放大電路的分析32.2.2 電壓放大電路的分析43 設計內容53.1 功率放大電路53.1.1 功率放大電路的分析53.1.2 功率放大電路

2、的設計計算63.1.3 功放電路73.2 電壓放大電路83.2.1 計算元件參數83.2.2 耦合電容和旁路電容的選取13反饋網絡的計算143.2.4 電壓放大電路圖形143.2.5 確定靜態(tài)工作點153.2.6 輸入電阻、輸出電阻及電壓放大倍數的計算164 圖形仿真和運行結果184.1 電路圖184.2 仿真結果185 收音機的制作過程226 心得體會231設計目的1、培養(yǎng)大學生的實際動手操作能力。2、學習和使用multisim軟件。3、訓練毅力和耐心。培養(yǎng)獨立思考問題的能力。4、 較好的把握電路圖和實物之間的聯系，并且會對造電路圖檢測錯誤。5、根據原理圖測出靜態(tài)工作點。2設計要求和設計方案

3、分析2.1 設計要求1設計一個晶體管功率放大器電路，輸入信號600mV，輸出功率1-5W。2輸出功率在1W到5W之間3放大器工作頻率范圍30Hz-30kHz4帶內增益平坦度小于1dB5效率大于40%（越高越好）6 電壓放大倍數：Au=1627 最大輸出電壓：=2.5V8 頻率響應：30Hz30kHz9 輸入電阻：ri>15k10 失真度：<10%11 電源電壓：EC=15V12 信號源電壓為10mV2.2 設計方案分析 功率放大電路的分析在多級放大電路中，輸出的信號往往是送去驅動一定的裝置?？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

4、中沒有出現過的特殊問題，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，這就存在一個效率問題。所謂效率就是負載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率的比值。這個比值越大，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下工作，所以不可避免地產生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾。但是，在不同的場合下，對非線性失真的要求不同，例如，在測量系統和電聲設備中，這個問題顯得很重要，而在

5、工業(yè)控制系統等場合中，則以輸出功率為主要目的，對非線性失真的要啟用就將為次要問題了。4功率器件的散熱問題在功率放大電路中，有相當的功率消耗在管子的集電極上，是結溫和管殼溫度升高。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重要問題。此外，在功率放大電路中，為了輸出較大的信號頻率，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問題也不容忽視。 電壓放大電路的分析電壓放大電路的框圖如圖1所示，根據設計指標選擇多級放大電路，前置級為電壓放大，輸出級為功率放大，主要對前置級電壓放大電路進行設計。圖1 電壓放大電路的框圖電路方案的確

6、定包括以下幾個方面內容：1根據總的電壓放大倍數，確定放大電路的級數。2根據輸入、輸出阻抗及頻率響應等方面的要求，確定電路晶體管的組態(tài)及靜態(tài)偏置電路。3根據三種耦合方式的不同特點，選用適當的耦合方式。3 設計內容3.1 功率放大電路 功率放大電路的分析1 電路圖的選擇 利用甲乙類雙電源用二極管進行偏置互補對稱電路，設計功率放大電路，如圖2所示圖2 甲乙類功率放大電路圖此電路中是甲乙類雙電源利用二極管進行偏置的互補對稱電路。其中如圖3所示裝置是用來調節(jié)輸出功率的。圖3 功率放大電路的設計計算1、電路設計計算（1）負載電阻的選?。?）確定電源電壓功率放大電路的最大輸出功率為1W5W，所以 W根據OC

7、L電路最大輸出功率計算公式計算得 式中，為功放管飽和壓降；為功放管發(fā)射極電阻上的壓降。為方便計算，電源電壓用下式估算取（3）功放管的選擇2、附加電壓放大電路由于信號源電壓為10mV，電壓放大倍數為162倍，不能是功率放大到指定功率，即1到5瓦，因此要在功放電路信號輸入端串聯一個電壓放大器，使電壓達到。電壓放大倍數為，。則，其阻值選擇如圖4所示。圖4 附加電壓放大電路 功放電路圖5 功放電路圖由圖可知，所以1.8K3.2 電壓放大電路 計算元件參數1、確定電源電壓為保證輸出電壓幅度能達到指標要求，電源電壓EC應滿足如下要求：圖6 電源電壓波形EC>2Vom+VE+VCES式中：Vom為最大

8、輸出幅度VE為晶體管發(fā)射級電壓，取VE=13V。VCES為晶體管飽和壓降，取VCES=1V。指標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。2、確定T2的集電極電阻和靜態(tài)工作電流因為這級的輸出電壓比較大，為使負載得到最大幅度的電壓，靜態(tài)工作點應設在交流負載線的中點。如圖7所示。由圖可知，Q點在交流負載線的中點，因此的T2靜態(tài)工作點滿足下列條件。圖7 管分析圖(1-1)因在晶體管的飽和區(qū)和截止區(qū)信號失真很大，為了使電路不產生飽和失真和截止失真，VCEQ2應滿足：VCEQ2>Vom+VCES (1-2)由（1-1）式消去ICQ2并將（1-2）式代入可得： 取VE=3

9、V；VCES=1V則：取R8=1k 圖8 靜態(tài)工作點分析圖由圖8 靜態(tài)工作點分析圖得由（1-1）式消去VCEQ2可得：3、確定T2發(fā)射級電阻取R9=4224、確定晶體管T2（1）選取晶體管時主要依據晶體管的三個極限參數：BVCEO>晶體管c-e間最大電壓VCEmax（管子截止時c-e間電壓）ICM>晶體管工作時的最大電流ICmax（管子飽和時c-e回路電流）PCM>晶體管工作時的最大功耗PCmax由圖6可知：IC2最大值為IC2max=2ICQ2VCE的最大值VCE2max=EC根據甲類電路的特點，T2的最大功耗為：PCmax=VCEQ2·ICQ2因此T2的參數應滿

10、足：BVCEO>EC=15V ICM>2ICQ2=5.747mA PCM> VCEQ2·ICQ2=172.14mW選用S9011，其參數為：BVCEO>30V；ICM>30mA；PCM>400mW；滿足要求。5、確定T2的基極電阻在工作點穩(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，在設計電路時應盡量使流過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，因為IR大，則R6和R7的值必然要小，這時將產生兩個問題：第一增加電源的消耗；第二使第二級的輸入電阻降低，而第二級的輸入

11、電阻是第一級的負載，所以IR太大時，將使第一級的放大倍數降低。為了使VB穩(wěn)定同時第二級的輸入電阻又不致太小，一般計算時，按下式選取IR的值：IR=（510）IBQ硅管IR=（1015）IBQ鍺管在上式中IR的選取原則對硅管和鍺管是不同的，這是因為鍺管的ICBO隨溫度變化大，將會影響基極電位的穩(wěn)定，因此IR取值一般比較大。對硅管來說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則：由圖9知：圖9 基極電阻R6.R7分析圖取：R7=10k；R6=31k。5、確定晶體管T1（1）確定T1的靜態(tài)工作點因為第一級是放大器的輸入級，其輸入信號比較小，放大后的輸出電壓也不大。

12、所以對于第一級，失真度和輸出幅度的要求比較容易實現。主要應考慮如何減小噪聲，因輸入級的噪聲將隨信號一起被逐級放大，對整機的噪聲指標影響極大。晶體管的噪聲大小與工作點的選取有很大的關系，減小靜態(tài)電流對降低噪聲是有利的，但對提高放大倍數不利。所以靜態(tài)電流不能太小。在工程計算中，一般對小信號電路的輸入級都不詳細計算，而是憑經驗直接選?。?ICQ1=0.11mA 鍺管 ICQ1=0.12mA 硅管VCEQ=（23）V如果輸入信號較大或輸出幅度較大時不能用此方法，而應該具體計 算。計算方法與計算第二級的方法相同。（2）確定T1管的集電極電阻，發(fā)射級電阻 由圖10知： ?。篤E1=3V；VCEQ1=3V；

13、ICQ1=1mA則： 圖10 電阻R3 R4 R5 分析圖取：R3=10k?。篟4=24；R5=2.7k（3）T1管基極電阻的選取?。篒R=10IBQ，VE1=3V由圖11知； 圖11 T1管電阻選取分析圖取：R1=113k；R2=37k 耦合電容和旁路電容的選取各級耦合電容及旁路電容應根據放大器的下限頻率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。因此要適當的選擇電容的容量，以保證收到滿意的效果。在設計時一般按下式計算：其中：RS是信號源內阻，ri1是第一級輸入電阻。其中：r01是第一級輸出電阻，ri2是第二級輸入電阻。其中：ro2是

14、第二級輸出電阻。其中：Rb=R6/R7/R3由于這些公式計算繁瑣，所以在工程計算中，常憑經驗選?。厚詈想娙荩?10F發(fā)射極旁路電容：150200F現在用第二種方法確定C1、C2、C3、Ce1和Ce2取：C1=C2=C3=10FCe1=Ce2=100F電容器的耐壓值只要大于可能出現在電容兩端的最大電壓即可。3.2.3反饋網絡的計算根據深度反饋的計算方法，由圖7知：圖12 深度反饋網絡圖所以 Rf=100R4-R44.3k取： Rf=4.7k，Cf=10F 電壓放大電路圖形圖13 multisim電路仿真圖確定靜態(tài)工作點圖14 T2管靜態(tài)圖圖15 T1管靜態(tài)圖 根據靜態(tài)分析圖靜態(tài)工作點分析圖 如下

15、求得T1,T2管的靜態(tài)工作點IB1=0.01mAIC1=1mA VCE1=1.276VIB2=0.072mA IC2=7.2mA VCE2=4.76V輸入電阻、輸出電阻及電壓放大倍數的計算根據小信號模型法T1管圖 16 T1管的小信號模型T2管圖17 T2管的小信號模型 而原始數據；Av=162 誤差 =162-169=7 誤差在范圍內:誤差小于5%，在允許的范圍內4 圖形仿真和運行結果4.1 電路圖圖18 設計電路圖4.2 仿真結果1、利用示波器做出電壓放大的仿真波形圖圖19電壓放大電路仿真波形圖20 功率級放大電路波形圖圖21 幅頻曲線圖22 相頻曲線幅頻特性：隨著頻率的增加，電壓幅值也隨之增加。當頻率達到100Hz時，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。當頻率達到1KHz時，相位角趨于穩(wěn)定。2、功率仿真結果圖23 設計電路功率仿真圖圖24 最小輸出功率圖25 最大輸出功率5 收音機的制作過程（1）用萬用表測量每個電阻的阻值，并與表中參數對應為電阻標號。（2）用萬用表測量各電容大小，確定各電容標號。（3）用萬用表確定三極管管腳B、E、C 。（4）確定二極管陰陽極，紅色一邊為陽極，黑色一