電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、13/14 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 功 率 放 大 器 的 設(shè) 計(jì) 系 別： 機(jī) 電 工 程 系 專 業(yè)： 機(jī) 電 一 體 化 班 級(jí)： 三 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 完成日期： 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院目 錄第一章 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)選題的意義設(shè)計(jì)方案功率放大電路的設(shè)計(jì) 1.3.1功率放大電路工作狀態(tài)的選擇 1.3.2所選的工作狀態(tài) 1.3.3功率選擇第二章 設(shè)計(jì)的電路 2.1.1所設(shè)計(jì)電路的原理 2.1.2所設(shè)計(jì)的電路圖 2.1.3電路的調(diào)試 2.1.4常見故障及原因第三章 設(shè)計(jì)總結(jié)參考文獻(xiàn)河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級(jí)機(jī)電一體化三班學(xué)生姓名指導(dǎo)教師課程設(shè)計(jì)題目功率放大器的設(shè)

2、計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 .功率放大電路工作狀態(tài)的選擇 .功率放大電路的設(shè)計(jì) .功率放大電路的故障與排除主要技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)指標(biāo) 輸出功率盡可能的大；失真盡可能的?。恍室?；要有散熱措施；設(shè)計(jì)要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試；文件生成與打印輸出。編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。主要參考資料及文獻(xiàn)【】楊世彥主編電工學(xué)的中冊(cè)電子技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社【】陳躍安主編 電路學(xué)與電工電子技術(shù)北京交通大學(xué)出版社；清華大學(xué)出版社【】劉蘊(yùn)陶主編電工電子技術(shù)高等教育出版社【】張志良主編電子技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)出版社功率放大器的設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 設(shè)計(jì)

3、指標(biāo) 輸出功率盡可能的大；失真盡可能的?。恍室?；要有散熱措施；設(shè)計(jì)要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試；文件生成與打印輸出。編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。第一章 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)選題的意義現(xiàn)如今，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，物質(zhì)文明已經(jīng)充分的滿足人們的需要了，而精神文明成為了生活中的難題，在滿足他們視野的同時(shí)，耳朵也需要滿足，這就需要人類發(fā)揮它們的聰明才智，發(fā)明一種功率放大器。由于以前所遇到的功率放大器是不能滿足需要，它們基本上都是小信號(hào)放大電路，并且主要用于增強(qiáng)信號(hào)的幅度，也就是說它不能放大聲音，不能驅(qū)動(dòng)負(fù)載。例如共射級(jí)放大電路

4、、共集電級(jí)放大電路、共基級(jí)放大電路、場(chǎng)效應(yīng)放大電路等等。但在實(shí)際應(yīng)用中，許多電子設(shè)備都需要輸出足夠的功率來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，例如揚(yáng)聲器、執(zhí)行電動(dòng)機(jī)等等。因此放大電路的末級(jí)一般采用能夠輸出足夠功率的功率放大器。 設(shè)計(jì)方案 實(shí)際應(yīng)用中的放大電路是有前置放大電路和功率放大電路組成，如上圖所示。 前置放大電路由多級(jí)放大電路或單級(jí)放大電路組成，工作于小信號(hào)狀態(tài)，起作用是輸出足夠大幅度的信號(hào)電壓或電流；而功率放大器的主要作用是輸出足夠大的功率，通常工作在大信號(hào)狀態(tài)。 此次的設(shè)計(jì)只涉及第三步的功率放大電路。功率放大電路的設(shè)計(jì)1.3.1功率放大電路工作狀態(tài)的選擇功率放大電路按功放的工作狀態(tài)不同可分為甲類、乙類、丙類和

5、甲乙類。）甲類功放管在整個(gè)信號(hào)周期全導(dǎo)通，導(dǎo)通角為度，靜態(tài)工作點(diǎn)位置適中，如圖功放電路工作在甲類狀態(tài)時(shí)，只要功放管不進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，非線性失真最小。但由于甲類功放靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在負(fù)載線的中央，靜態(tài)耗能很大。既無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，靜態(tài)集電極電流很大，管耗很大。對(duì)音響功放電路來說，無(wú)聲音時(shí)，功耗和管耗很大，是很不合理的。因此甲類功放電路的致命缺點(diǎn)是效率低，最大效率在理想情況下只有百分之。）乙類功放管在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)只有半個(gè)周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角為度，靜態(tài)工作點(diǎn)在截至區(qū)，如圖所示功放管工作在乙類狀態(tài)時(shí)，輸出信號(hào)只有一半，失真嚴(yán)重。若兩個(gè)功放管在正負(fù)半周期輪流工作，然后將兩個(gè)半波拼接，失真嚴(yán)重的問題就明顯解決

6、了。乙類狀態(tài)的最大優(yōu)點(diǎn)是靜態(tài)功耗為。因其靜態(tài)集電極電流為，因此無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，功放管管耗為.兩個(gè)功放管拼接的乙類功放電路最大效率在理想情況下可達(dá)百分之。）丙類功放管在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)只有小半個(gè)周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角為度。丙類狀態(tài)僅在高頻功率放大電路中應(yīng)用。）甲乙類由上可知，既要提高功放效率，又要減小非線性失真，這是一對(duì)矛盾。理想的選擇是乙類狀態(tài)，用兩個(gè)功放管在正負(fù)半周輪流工作，輸出兩個(gè)半波信號(hào)組成一個(gè)完整信號(hào)。但由于三極管存在導(dǎo)通死區(qū)，在信號(hào)小于死區(qū)電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生截止失真，此種情況主要發(fā)生在兩個(gè)功放管交替工作的瞬間，這種失真稱為交越失真。 解決這一問題的方法是給功放管設(shè)置一定靜態(tài)偏流但這種靜態(tài)偏置絕不是

7、甲類狀態(tài)中的偏置，點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在靠近截止區(qū)的邊緣，一般，設(shè)置功放管靜態(tài)集電極電流毫安為宜。這種介于甲乙之間，成為甲乙類工作狀態(tài)，因其偏向乙類，所以用乙類狀態(tài)分析。由以上總結(jié)可得狀態(tài)一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間工作特點(diǎn)圖示甲類整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。乙類半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通失真大，靜態(tài)電流為零 ，管耗小，效率高。甲乙類半個(gè)多周期內(nèi)導(dǎo)通 失真大， 靜態(tài)電流小 ，管耗小，效率較高。在上述的電路之中似乎都有缺陷，以下還有一種，是對(duì)乙電路的一種改進(jìn)，那就是互補(bǔ)對(duì)稱電路。1.3.2所選的工作狀態(tài)互補(bǔ)對(duì)稱由兩類不同的型和型的功放管組成，要求兩個(gè)功放管參數(shù)一致，因此稱為互補(bǔ)對(duì)稱功放電路。工作原理 由

8、于電路對(duì)稱，靜態(tài)時(shí)， 設(shè)輸入信號(hào)為正弦波，當(dāng)輸入信號(hào)正半周時(shí)，導(dǎo)通，截止；輸入信號(hào)負(fù)半周時(shí)，導(dǎo)通，截止，、各自工作在乙類狀態(tài)，兩管輪流工作在負(fù)載上流過一個(gè)完整的正弦波電流信號(hào)。分析計(jì)算 . 輸出特性曲線的合成因?yàn)檩敵鲂盘?hào)是兩管共同作用的結(jié)果， 所以將、合成一個(gè)能反映輸出信號(hào)和通過負(fù)載的電流的特性曲線。合成時(shí)考慮到：（）時(shí) ， ， 因此 。 （）由流過的電流方向知與方向相反。即兩個(gè)縱坐標(biāo)軸相反。 （）特性的橫坐標(biāo)應(yīng)符合：() 的原點(diǎn)與點(diǎn)重合；的原點(diǎn)與點(diǎn)重合。 由以上三點(diǎn)，得兩管的合成曲線如圖所示。這時(shí)負(fù)載線過點(diǎn)形成一條斜線，其斜率為。顯然，允許的的最大變化范圍為，的變化范圍為（）。如果忽略的飽和

9、壓降，。 . 計(jì)算輸出功率在輸入正弦信號(hào)幅度足夠的前提下，即能驅(qū)使工作點(diǎn)沿負(fù)載線在截止點(diǎn)與臨界飽和點(diǎn)之間移動(dòng)。如圖所示波形。 輸出功率用輸出電壓有效值和輸出電流的乘積來表示。設(shè)輸出電壓的幅值為，則這恰好是圖中的面積。因?yàn)?，所以圖中的 、可以看成工作在射極輸出器狀態(tài)，。當(dāng)輸入信號(hào)足夠大，使 和時(shí)，可獲得最大的輸出功率 由上述對(duì)的討論可知，要提供放大器的輸出功率，可以增大電源電壓或降低負(fù)載阻抗。 但必須正確選擇功率三極管的參數(shù)和施加必要的散熱條件，以保證其安全工作。的管耗、電源提供的功率、效率1.3.3功率的選擇、最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系上式表明：當(dāng) 時(shí)，具有最大的管耗， 因此，功率三極管的選

10、擇應(yīng)滿足以下條件： 第二章 設(shè)計(jì)的電路所設(shè)計(jì)的電路的原理及電路圖2.1.1所設(shè)計(jì)的電路的原理所設(shè)計(jì)的功放電路的原理與的原理相似，這里只介紹功放電路如圖所示：圖示是互補(bǔ)對(duì)稱式功放電原理圖。它具有非線性失真小，頻率響應(yīng)寬，電路性能指標(biāo)較高等優(yōu)點(diǎn)，是目前電路在各種高保真放大器應(yīng)用電路中較為廣泛采用的電路之一。工作原理： 是前置放大管，采用 型硅管，溫度穩(wěn)定性較好。要降低噪聲，就要從前級(jí)做起，否則，噪聲會(huì)經(jīng)后級(jí)放大，變得很明顯。這里最主要是要避免從基極引入噪聲。本電路中， 的基極偏置電源由、 穩(wěn)壓得到，進(jìn)一步提高了穩(wěn)定性。發(fā)射極電阻 的阻值很小，對(duì)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用不大，其主要起交流負(fù)反饋?zhàn)饔谩?是

11、激勵(lì)放大管，它給功放級(jí)足夠的推動(dòng)信號(hào)，輸入信號(hào)經(jīng)、兩級(jí)放大后，具備了驅(qū)動(dòng)、（輸出級(jí)）的能力。、是的偏置電阻，、是的集電極負(fù)載電阻。 、 是末級(jí)互補(bǔ)輸出對(duì)管，該管主要是為了給喇叭提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，、的放大倍數(shù)應(yīng)盡可能一致，這樣才可以保證輸出信號(hào)的正負(fù)半周信號(hào)對(duì)稱，讓失真更小。互補(bǔ)對(duì)管的意思是指一個(gè)管是型，一個(gè)管是型。和、 和、的 極三部分共同組成、的偏置電路，保證、在無(wú)信號(hào)時(shí)輸出中點(diǎn)電壓。 和 的作用就是保證給、 基極提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的左右的電壓， 和千萬(wàn)不能開路，否則、會(huì)有很大的基極電流，導(dǎo)致、的集電極電流劇增，立即發(fā)熱燒壞。但是，和的分壓也不能太低，否則，在小信號(hào)時(shí)會(huì)聽出明顯的截止失直（

12、和交越失真相同）。注意：這種失真只在小信號(hào)時(shí)才有明顯的反應(yīng)。在高檔功放電路中，和會(huì)用其它元件代替，同時(shí)還會(huì)引入溫度補(bǔ)償。 是自舉電容。當(dāng)信號(hào)正半周時(shí)，基極電壓上升，由于、 兩端的電壓變小，不能給提供足夠大的基極電流，電流輸出能力急劇下降，造成信號(hào)頂部失真（這種失真只會(huì)在大信號(hào)時(shí)才會(huì)發(fā)生。）由于自舉電容的出現(xiàn)， 發(fā)射極電壓升高時(shí)會(huì)將 的正極電位舉高，高于電源電壓，這就可以通過 給提供較大的基極電流。 、 是電源低頻濾波電容，主要作用是濾除電源交流聲，同時(shí)給交流信號(hào)提供電流回路，容量應(yīng)該取得比較大，這樣才有較好的效果！ 是電源高頻濾波電容，主要作用是濾除高頻雜音，同時(shí)也可以給高頻交流信號(hào)提供電流回

13、路，讓高音效果改善。該電容建議選擇滌綸電容或者金屬膜電容，容量在之間，要求不高時(shí)，也可以用陶瓷電容代替。 是輸出耦合電容。有音頻信號(hào)輸入時(shí)，、的發(fā)射極電壓會(huì)大幅度變化的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)中有一個(gè)直流分壓存在，不能直接加到喇叭上，必須經(jīng)過一個(gè)隔直流通交流的電容隔開。注意：電解電容都是有極性的，正極接在高電壓的那端。 和 組成輸出高頻補(bǔ)償電路。 取值應(yīng)在 之間，不能太小，否則，相當(dāng)于高頻對(duì)地短路了；也不能太大，否則， 就起不到應(yīng)有的作用。 是輸出高頻補(bǔ)償電容。對(duì)于高頻信號(hào)來說，喇叭的等效阻抗要比低頻高得多，同時(shí)高頻信號(hào)更容易通過分布電容向四處傳輸，這很可能讓電路產(chǎn)生高頻信號(hào)正反饋，產(chǎn)生高頻振蕩或者寄生

14、振蕩，從而影響音質(zhì)。因此，可以讓電路在高頻時(shí)的輸出阻抗也得以降低，防止信號(hào)非正常的反饋，使整個(gè)電路進(jìn)入平衡穩(wěn)定的工作狀態(tài)。實(shí)際上應(yīng)用中，該電容對(duì)音質(zhì)影響較大，特別是在一些高檔功放中（含集成電路功放），有的電路中如果沒有這個(gè)電容，甚至完全無(wú)法工作。該電容一般取值在 之間，并且一般都要串聯(lián)一個(gè)歐姆的電阻。 揚(yáng)聲器是將電能轉(zhuǎn)換成聲能的元件，也就是喇叭。它的工作原理是利用電流在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用來完成振動(dòng)發(fā)出聲音的。 2.1.2設(shè)計(jì)的電路圖 2.1.3電路的調(diào)試()通電前的檢查。電路安裝完畢后，應(yīng)先對(duì)照電路圖按順序檢查一遍，一般地：檢查每個(gè)元件的規(guī)格型號(hào)、數(shù)值、安裝位置管腳接線是否正確。檢查每個(gè)焊點(diǎn)

15、是否有漏焊、假焊和搭錫現(xiàn)象，線頭和焊錫等雜物是否殘留在印制電路板上。檢查調(diào)試所用儀器儀表是否正常，清理好測(cè)試場(chǎng)地和臺(tái)面，以便做進(jìn)一步的調(diào)試。()靜態(tài)調(diào)試。用萬(wàn)用表逐級(jí)測(cè)量各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)節(jié)偏置電阻，使各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)正常。若測(cè)量值與計(jì)算值相差太遠(yuǎn)的話，應(yīng)考慮該級(jí)偏置電路有虛焊或元件有錯(cuò)的錯(cuò)誤，要檢查修正。下面是本例中關(guān)鍵點(diǎn)的靜態(tài)電位值：、接上 電源（ 開關(guān)處于斷開狀態(tài)），用電流表接在 開關(guān)兩端，電流正常值約為左右。然后接通開關(guān)，用電壓表測(cè)量、 管的發(fā)射極中點(diǎn)電壓，調(diào)節(jié)的阻值，使中點(diǎn)電壓為。、用測(cè)量集電極電壓，調(diào)節(jié)的阻值，使集電極電位在左右。()動(dòng)態(tài)測(cè)試。在輸入端輸入 的正弦波信號(hào)，用示波器觀

16、察輸出信號(hào)波形，信號(hào)由小逐漸增大，直至輸出波形增大到恰好不失真為止。觀察輸出波形有無(wú)交越失真，波形正負(fù)半周是否對(duì)稱。測(cè)電壓放大倍數(shù)，即用交流毫伏表測(cè)量輸入輸出信號(hào)電壓的有效值?；蛑苯佑檬静ㄆ鳒y(cè)量輸入、輸出的峰峰值。測(cè)量最大不失真功率。方法： 采用間接測(cè)量的方法，在電路的輸出端固定負(fù)載 ，輸入端加單音頻正弦信號(hào)（ ），用示波器觀測(cè)負(fù)載 上的波形，調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的幅度，使輸出信號(hào)為最大且不出現(xiàn)削頂失真（即只考慮限幅失真）。測(cè)得輸出幅度 （有效值），即可求得：測(cè)量電路的轉(zhuǎn)換效率斷開電源支路，按電流流向，將 檔電流表串入電源支路，可測(cè)得直流穩(wěn)壓電源的輸出電流 。電源輸出功率。最大不失真時(shí)的輸出效率 。測(cè)

17、試數(shù)據(jù)填入表中。帶寬測(cè)試。保持輸入信號(hào)的幅度不變，調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的頻率，升高頻率直到輸出電壓降到時(shí)的頻率為；降低頻率，直到輸出電壓降到時(shí)的頻率為，則帶寬為。動(dòng)態(tài)調(diào)試過程中若出現(xiàn)故障，應(yīng)先排除。2.1.4常見故障及原因產(chǎn)生低頻自激振蕩 如揚(yáng)聲器發(fā)出“撲撲”聲:或“嘟嘟”聲。造成的原因可能是電源內(nèi)阻過大，或電源濾波電容、退耦電容開路或失效引起的。產(chǎn)生高頻自激振蕩從揚(yáng)聲器里聽不到聲音，但推挽管的工作電流很大。消除高頻自激，可在的集電極和基極之間并聯(lián)一只的電容器，對(duì)高頻信號(hào)產(chǎn)生并聯(lián)電壓伏反饋排除。調(diào)節(jié)時(shí)，如果中點(diǎn)對(duì)電壓不變，則可能是損壞或短路等原因造成的。放大器無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，常有輕微的“沙沙”的聲；如用

18、整流電源供電，則可能有輕微的交流聲。這主要是由于放大器的通頻帶很寬，頻率較高的晶體管噪聲和頻率很低的交流都得到放大的緣故。如果放大器產(chǎn)生的“沙沙”聲較大，可在的集電極和基極之間并聯(lián)一只 的負(fù)反饋電位器，這對(duì)降低晶體管噪聲，穩(wěn)定放大器的工作有明顯的作用。電路抗交流電干擾能力較差，應(yīng)加強(qiáng)電源濾波和穩(wěn)壓。第三章 設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次對(duì)功率放大電路的設(shè)計(jì)，讓我了解設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于功率放大電路的設(shè)計(jì)理念。以前老師在課堂上講一些，課下做一些習(xí)題，對(duì)此問題了解甚少，但經(jīng)過此次的設(shè)計(jì)就完全不同了。課程設(shè)計(jì)都需要刻苦耐勞，努力鉆研的精神。對(duì)于每一個(gè)事物都會(huì)有第一次的吧，而沒一個(gè)第一次似乎都必須經(jīng)歷由感覺困難重重，挫折不斷到一步一步克服，可能需要連續(xù)幾個(gè)小