擴音機電路的設計--畢業(yè)設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)設計(論文)題目: 擴音機電路的設計 專 業(yè): 通信技術 班 級: 通技 06-2 學 號: 1 姓 名: 指導教師: 二八年十二月三十日精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書學生姓名學號1班級通技 06-2專業(yè)通信技術設計（或論文）題目擴音機電路的設計指導教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注工程師技術學院電子系5高級工程師電子科技股份有限公司1878設計（論文）內容：設計一種具有：1、要求采用運算放大集成電路和音頻功率放大

2、集成電路設計；2、最大輸出功率 8W；3、負載阻抗為 8；4、在通頻帶內、滿功率下非線性失真系數不大于 3%；5、具有音調控制功能，即用兩只電位器分別調節(jié)高音和低音；6、輸出功率的大小連續(xù)可調；7、輸入阻抗不小于 50K，通頻為 6KHz，輸入靈敏度不大于 20mV。進度安排：第一階段（2008，092008，10）：完成資料的收集；第二階段（2008，102008，11）：完成硬件設計,即完成單元電路及總電路圖的設計和工作原理的敘述，電路性能指標的驗算；第三階段（2008，112008，12）：進行調試、仿真，編寫報告準備答辯。主要參考文獻、資料(寫清楚參考文獻名稱、作者、出版單位)：1王川

3、.實用電源技術 ，重慶大學出版社，20002胡宴如.模擬電子技術 ，高等教育出版社（第二版） ，20063陳曉文.電子線路課程設計 ，電子工業(yè)出版社，20074錢金法.電子設計自動化技術 ，機械工業(yè)出版社，2005審批意見教研室負責人：年 月 日備注：任務書由指導教師填寫，一式二份。其中學生一份，指導教師一份。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目錄精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘要很多場合（如商場、學校、車站、體育場等）都安裝有廣播系統(tǒng)，它的主要功能是播放音樂、廣播通知和要聞。這些廣播系統(tǒng)都含有擴音設備，用以把從話筒、錄放卡座、CD 機送出的微弱信號放大成能推動揚聲器發(fā)聲的

4、大功率信號。根據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。作為電子線路的課題設計，本課題提出的擴聲電路性能指標比較低，主要采用理論課題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成擴聲電路。這種性能指標低的擴音器主要在于價格便宜，制作簡單，不需要太多昂貴的集成塊。關鍵詞關鍵詞擴聲；音頻功放；放大電路精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第 1 章概述隨著電子技術的飛速發(fā)展，話筒擴聲電路應用越來越廣泛，它的種類也越來越繁多。功放集成電路是一種大規(guī)模的集成電路。使用功放集成電路，通過簡單的外接電路即可獲得語音或是各種模擬的聲響。經過功力晶體再把放大的信號.透過揚聲器放出聲音。

5、其工作原理是把電氣訊號轉換為聲音訊號的轉換器。揚聲器為電子產品之聲音輸出端的重要零組件，其應用范圍廣泛，可裝置於各型耳機或頭機內，如隨身聽、音響、無線電通訊、多媒體電腦、錄音工程或電子字典，用來收聽聲音與音樂，也可裝置於電話自動撥話器，用來打電話。功放集成電路價格便宜，電路結構簡單，工作穩(wěn)定可靠，耗電省，所以在簡單的電子產品中廣泛應用。功放俗稱“擴音機” ，它的作用就是把來自音源或前級 放大器的弱信號放大，推動音響放聲。一套良好的音響系統(tǒng)功放的作用功不可沒。功放是音響系統(tǒng)中最基本的設備，它的任務是把來自信號源（專業(yè)音響系統(tǒng)中則是來自調音臺）的微弱電信號進行放大以驅動揚聲器發(fā)出聲音。功率放大器簡

6、稱功放，可以說是各類音響器材中最大的一個家族了，其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進行放大后，產生足夠大的電流去推動揚聲器進行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動態(tài)以及不同的使用范圍和控制調節(jié)功能，不同的功放在內部的信號處理、線路設計和生產工藝上也各不相同。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第 2 章方案設計2.1方案比較與論證1方案一：電子管功放電路采用 SRPP 電路和陰極輸出器的級聯(lián)，兩者之間直接耦合成的電子管前級電路。其功放集成電路內部結構方框圖大致如圖 2-1 所示：電子管前級電路信號 ui聲音信號 uo圖 2-1電子管功放電路原理框圖電子管的工作電壓比晶體管高得多，

7、前者為數百伏，后者僅需幾伏。顯然兩者不能直接替換。第二，電子管依靠陰極受熱后發(fā)射電子，屏極（陽極）加有高正電壓，可以收集這些電子。如果屏極相對陰極加負電壓則屏極排斥電子，沒有電流產生，這就是電子管二極管的整流原理。所以，電子管要工作需要加熱，這一般通過給靠近陰極的燈絲通電來實現，否則電子管不能工作。這也是電子管發(fā)熱大的原因。第三，三極管工作原理是在陰極和屏極間用細金屬絲網加了一個柵極，屏極加正高壓時，柵極上加一個很小的負電壓就能夠減小屏極電流，達到控制屏極電流的目的。所以于 NPN 型晶體管放大電路需要在基極加正向偏置不同，電子管正常工作時柵極和陰極之間的電壓是負電壓（負柵壓） 。在這個電子管

8、前置電路中陰極電流會產生幾伏的壓降。由于柵極通過電阻接地，柵極就自然產生了相對于陰極的負柵壓。這種SRPP 電路陰極輸出級精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)偏置方法還有自動穩(wěn)定的作用。例如某外界原因導致陰極電流（就是屏極電流，柵極電流為零）變大，則柵壓自動變負，陰極電流又自動變小。但是高檔的電子管放大器不是這樣偏置的，因為這樣偏置不精確。它的特點是特高頻相應好,當晶體管確定時，分布電容就定了，那么要提高上限頻率，只能增大負載電阻。選用普通電阻自然不能增大太多，否則電路工作點就不對了。2方案二：擴聲電路采用運算集成電路和音頻功率放大集成電路設計一個對話筒輸出信號具有放大能力的擴聲電路。其

9、電路方框圖如圖 2-2 所示：圖 2-2擴聲電路原理框圖前置放大主要完成對小信號的放大，一般要求輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶要寬，噪聲要小；音量控制主要實現對輸入信號高、低音的提升和衰減。2.2方案選擇擴聲電路和方案一比起來,它不需要加熱，不需要加那么高的電壓，它具有安全的特性。方案二制作簡單音樂集成電路價格便宜，電路結構簡單，滿足工作穩(wěn)定可靠，耗電省的要求。由此，確定該產品采用方案二實現。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第 3 章單元電路設計3.1前置放大器的設計由于話筒提供發(fā)信號非常弱，故一般在音調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頻控制器的低音轉折頻率

10、，上限頻率要大于音頻控制器的高音轉折頻率。考慮到所設計電路對頻率響應及零輸入（及輸入短路）時的噪聲、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。其輸入阻抗高為 104M，輸入偏置電流僅有 5010-12A，單位增益頻率為 4MHZ，轉換速率為 13V/us，用做音頻前置放大器十分理想，其外引線圖如圖 3-1 所示圖 3-1LF353 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 3-2 所示。第一級放大電路的 Au1=10，即 1+R3/R2=10，取 R2=10K，R3=100K。取 Au2=10（考慮

11、增益余量） ，同樣 R5=10K，R6=100。電阻 R1、R2為放大電路偏置電阻，取R1=R4=100K。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。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3-2前置放大器其他元器件的參數選擇為：C3=100pF，R7=22K。電路電源為12V。3.2音調控制器的設計音調控制器的功能是，根據需要按一定的規(guī)律控制、調節(jié)音響放大器的頻率響應，更好地滿足人耳的聽覺特性。一般音調控制器只對低音和高音信號的增益進行提升或衰減，而中音信號的增益不變，音調控制器的電路結構有多種形式，常用的典型電路結構如圖 3-3 所示

12、。該電路的音調控制曲線（即頻率響應）如圖 3-4 所示。音調控制曲線中給出了相應的轉折頻率：Fl1表示低音轉折頻率，Fl2表示中音下限頻率，F0表示中音頻率（即中心頻率） ，要求電路對此頻率信號沒有衰減和提升作用，Fh1表示中音上限頻率，Fh2表示高音轉折頻率。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3-3音調控制器電路f/HzAu/dB-20db/10倍數FL1100Hz10HzFH2圖 3-4音頻控制器頻率響應曲線音調控制器的設計主要是根據轉折頻率的不同來選擇電位器、電阻及電容參數。3.2.1低頻工作時元器件參數的計算音調控制器工作時在低音時（即 FFl） ，由于電容 C5C6=C7

13、故在低頻時 C5可精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)看成開路，音頻控制電路此時可簡化為圖 3-5，圖 3-6 所示電路。圖 3-5 所示為電位器 RP1中間抽頭處在左端，對應于低頻提升最大的情況。圖 3-6 所示電位器 RP1中間抽頭處在最右端，對應于低頻衰減最大的情況。下面分別進行討論。圖 3-5低頻提升電路圖 3-6低頻衰減器1、低頻提升由圖 3-5 可求出低頻提升電路的頻率響應函數為精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)式中，11218110)(0wljwwljwRRRPRUUji，1711RPRCwL )()(10171012RRCRRPwLRP當頻率 F 遠遠小于 Fl1

14、時，電容 C7近似開路，此時的增益為8101RRRARPL當頻率升高時，C7的容抗減小，當頻率 F 遠遠小于 Fl1時，C7近似短路，此時的增益為8100RRA 在 Fl1FFl2的增益范圍內電壓增益衰減率為-20dB/10 倍頻，即-6dB/倍頻（若40HZ 對應的增益是 20dB，則 2 40HZ=80HZ 時所對應的增益是 14dB）本設計要求中頻增益為 A0=1（0dB） ，且在 100HZ 處有12dB 的調節(jié)范圍。故當增益為 0dB 時，對應的轉折頻率為 400HZ（因為從 12dB 到 0dB 對應兩個倍頻程，所以對應頻率是 400HZ）因此音調控制器的低音轉折頻率f11=fl2

15、/10=40HZ。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 RRP1=470K。由于 A0=1，故 R8=R10。又因為wl2/wl1=（RRP1+R10）/R10=10，所以 R8=R10=RRP1/（10-1）=52K，取R9=R8=R10=51K。電容 C7可由式求得：C7=0.00085uF，取)114. 32(117RPLRfCC7=0.01uF。2、低頻衰減在低頻衰減電路中，如圖 6 所示，若取電容 C6=C7，則當工作頻率 f 遠小于fL1，電容 C

16、6近似開路，此時電路增益1810RPLRRRA精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)當頻率 F 遠大于 F12時，電容近似短路，此時電路增益8100RRA 可見，低頻端最大衰減倍數為 1/10(即-20dB)。3.2.2高頻工作時元器件參數的計算音調控制器在高頻端工作時，電容 C6，C7近似短路，此時音調控制電路可簡化成圖 3-7 所示電路。為便于分析，將星形連接的電阻 R8=R9=R10轉換成三角形連接，轉換后如圖 3-8 所。所以 Ra=Rb=Rc=3R8。由于 Rc 跨接在電路的輸入端和輸出端之間，對控制電路無影響，故它可忽略不記。圖 3-7音調控制電路在高頻段時的簡化等效電路精選優(yōu)

17、質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3-8音調控制電路高頻段簡化電路的等效變換電路當 RP2中間抽頭處于最左端時，此時高頻提升最大，等效電路如圖 3-9 所示；當 RP2中間抽頭處于最右端時，此時高頻衰減最大，等效電路如圖 3-10 所示。圖 3-9高頻提升電路精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3-10高頻衰減電路1、高頻提升。由圖 3-9 可知，該電路是一個典型的高通濾波器，其增益函數為 2111(wHjwwHjwRaRbUiUojwA）其中，。5)1111CRRawH（51112CRwH當 F 遠小于 Fh1 時，電容 C5可近似開路，此時的增益為（中頻增益）10bRRAa

18、當 F 遠大于 Fh2 時，電容 C5 近似為短路，此時的電壓增益為11RaRRAbH當 Fh1FFh2 時，電壓增益按 20dB/10 倍數的斜率增加。由于設計任務中要求中頻增益 A0=1，在 10kHz 處有12dB 的調節(jié)范圍，所以求得 Fh1=2.5kHz。又因為 H1/H2=（R11+Ra）/R11=AH，高頻最大提升量 AH 一般也取 10 倍，所以 Fh2=AHFh1=25kHz。由(R11+Ra)/R11=AH 得：R11=Ra/(AH-1)=17K,取 R11=18k。由 H2=1/R11C5得：C5=1/(2Fh2R11)=354pF,取 C5=330pF。高音調節(jié)電位器

19、Rp2的阻值與 Rp1相同，取 RRp2=470K。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。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)所以有高頻衰減的轉折頻率與高頻提升的轉折率相同。高頻最大衰減 1/10（即-20dB） 。3.3功率輸出級的設計功率輸出級電路結構有許多種，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的理論知識，這里選用集成運算放大器組成的典型 OCT 功率放大器，其電路如圖 3-11 所示，其中由運算放大器組成輸入電壓放大驅動級，由晶體管 VT1，VT2，VT3，VT4組成的復合管為功率輸出級。三級管

20、VT1與 VT2都為 NPN 管，仍組成 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 只腳決定，為 PNP 型復合管。圖 3-11功率放大電路3.3.1確定電源電壓功率放大器的設計要求是最大輸出功率。由公式WPO8max可得：可得?？紤]到輸LOmRUPO/2/12maxRLUomUomPOm21LRPouommax2出功率管 VT2 與 VT4 的飽和壓降和發(fā)射極 R11與 R22的壓降，電源電壓常取精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)VCC=（1.21.5）UOm。將已知參數帶入上式，電源電壓選取12V。3.3.2功率輸出級設計1、輸出晶體管

21、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ICmaxVCC/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，除應使兩管 的值盡量對稱外，其極限參數還應滿足系列關系：VBRCEO2VCC，ICMICmax，PCMPCmax，PCMPCmax。根據上式關系，選擇功率三極管為 3DD01。2、復合管的選擇。VT1與 VT3分別與 VT2與 VT4組成復合管，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

22、體管的損失，晶體管 VT1與 VT3的集電極功耗：PCmax=（1.1-1.5）PC2max/2 而實際選擇 VT1，VT3參數要大于最大值。另外為了復合出互補類型的三極管，一定要使 VT1，VT3互補,其要求盡 VT3稱性好?？蛇x用 VT1為 9013，VT3選用 9015。3.3.3電阻R17R12的估算R18與 R20用來減小復合管的穿透電流，其值過小會影響復合管的穩(wěn)定性，太大又會影響輸出功率，一般取 R18=R20=（510）Ri2。Ri2為 VT2管的輸入端等效電阻，其大小可用公式 Ri2=rbe+（1+2）R21來計算，大功率管的 rbe 約為 10， 為 20 倍。輸出功率管的發(fā)

23、射極電阻 R21與 R22起到電流的負反饋作用，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=R18Ri2。根據以上條件，選擇電路元器件值為：R21=R22=1，R18=R20=270，R17=R19=30。3.3.4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共同組成兩對復合管的偏置電

24、路，使輸出級工作于甲乙類狀態(tài)。R15與 R16的阻值要根據輸出級輸出信號精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)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位為 0（VT1與 VT3應處于微導通狀態(tài)） ，即 U0=0V。運算放大器的輸出電位 UO30V。若取電流 IO=1mA，RRP3=0（RP3用于調整復合管的微導通狀態(tài)，其調節(jié)范圍不能太大，可采用 1k 左右的精密電位器，其初始值應調在零阻值，當調整輸出級靜態(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15153157 . 012RRVVccRRUVccIoDRPD所以 R15=11.3K,取

25、 R15=11K。為了保證對稱,電阻 R16=11K。取RRP3=1K。電路中的 VD1與 VD2選為 1N4148。3.3.5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：2011443RRRAuRP取 R14=1K,則 R13+RRP4=19K。為了使功率放大器增益可調，取R13=15K，RRP4=4.7K。電阻 R12是運算放大器的偏置電阻，電容 C8是輸入耦合電容，其大小決定了擴聲電路的下限頻率。取 R12=100K，C8=100uF。并聯(lián)在揚聲器的 R23與 C10消振網絡，可以改善揚聲器的高頻響應。這里取R23=27，C10=0.1uF。一

26、般取 C9=4.7uF。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第 4 章電路調試附錄 2 為擴聲電路 PCB 圖。在調試安裝前，首先將所選用的電子元器件測一遍，以確保完好。在進行元器件安裝時，布局要合理，連線應盡可能短而直，所用的測量儀器要準備好。4.1前置級調試當無輸入交流信號時，用萬用表分別測試 LF353 的輸出電位，正常時應在 0V附近。若輸出短直流電位為電源電壓值，則可能運算放大器已壞或工作在開環(huán)狀態(tài)。輸出端加入 ui=5mV，f=1000Hz 的交流信號，用示波器觀察有無輸出波形。如有自激振蕩，應首先消除（例如通過在電源對地端并接濾波電容等措施） 。當工作正常后，用交流毫伏表測

27、量放大器的輸出，并求其電壓放大倍數。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。4.2音量控制器調試靜態(tài)測試同上。動態(tài)調試：用低頻信號發(fā)生器在音調控制器輸入 400mV 的正弦信號，保持幅值不變。將低音控制電位器調到最大提升，同時將高音調到最大衰減，分別測量幅頻特性曲線；然后將兩個電位器調到相反的狀態(tài)，重新測試其幅頻特性曲線。若不符合要求，應檢查電路的連接、元器件的值、輸入輸出耦合電容是否真確、完好。4.3功率放大器的調試靜態(tài)調試：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U0，調節(jié)電位器 RP3，使輸出電位近似為零。動態(tài)調試：在輸入端接入 400m

28、V，1000Hz 的正弦信號，用示波器觀察輸出波形的失真情況，調整電位器 RP3使輸出波形交越失真最小。調節(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。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.4整機調試將三級電路連接起來，在輸入端連接一個話筒時，調節(jié)音量控制電位器 RP4，能改變音量的大小。調節(jié)高、低音控制電位器，應能明顯聽出高、低音調的變化。敲擊電路板應無聲音間斷和自激現象。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)總結隨著我國教育體制結構的調整，高等職業(yè)教育的發(fā)展受到用人單位和社會的廣泛關注。高等職業(yè)教育肩負著培養(yǎng)生產、服務、管理第一線的德、智、體、美、勞全面

29、發(fā)展的高等技術應用型專門人才的重任。我們大專畢業(yè)生應該具備較強的理論水平，又要有足夠的實踐能力，而通信技術專業(yè)是實踐性很強的學科體系，其畢業(yè)設計不僅包括電路設計、印制板設計、電路的組裝和調試等實踐內容，還要清晰的反映學生理論知識的實際應用能力，使理論和實踐得到統(tǒng)一。在對我們的大學生涯做一個全面總結的同時，也為我們以后培養(yǎng)職業(yè)能力、創(chuàng)新精神、實踐能力和創(chuàng)業(yè)能力打下堅實的基礎。隨著電子技術的飛速發(fā)展，擴聲電路應用越來越廣泛，它的種類也越來越繁多。功放集成電路是一種大規(guī)模的集成電路。使用功放集成電路，通過簡單的外接電路即可獲得語音或是各種模擬的聲響。功放集成電路價格便宜，電路結構簡單，工作穩(wěn)定可靠，耗電省，所以在簡單的電子產品中廣泛應用。此次畢業(yè)設計是我們從大學畢業(yè)走向未來的重要一步。從最初的選題，開題到計算直到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改電路，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。通過這次實踐，我了解了話筒擴聲放大電路的用途及工作原理，熟悉了的擴聲電路的設計步驟，鍛煉了設計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設計能力。此次畢業(yè)設計是對我專業(yè)知識和基礎知識的一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。當然，在這次畢業(yè)設計中我真心的感謝劉老師及電子工程系其他老師給予我的幫助與支持，還有同學給我的建