分立元件功放制作

1、 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題題 目目： 分立元件功放制作分立元件功放制作 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 院院 系系: 工程技術(shù)學(xué)院 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)：業(yè)： 電子信息 班班 級(jí)：級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 二二 一一 六六 年年 六六 月月 十五十五 日日 摘要 很多場(chǎng)合（如商場(chǎng)、學(xué)校、車(chē)站、體育場(chǎng)等）都安裝有廣播系 統(tǒng)，它的主要功能是撥那個(gè)放音樂(lè)、廣播通知和要聞，這些廣播都 含有擴(kuò)音設(shè)備，用以從話筒、等送出微弱信號(hào)放大或能推動(dòng)揚(yáng)聲器 發(fā)聲的大動(dòng)率信號(hào)，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)算放大繼承電路和音頻功率放大繼承電路 來(lái)構(gòu)成擴(kuò)聲電路，這種指標(biāo)的的擴(kuò)音器主要在于價(jià)

2、格便宜，制作簡(jiǎn) 單，不需要太多昂貴的集成塊。 Many occasions (such as stores, schools, railway stations, stadiums, etc.) are installed in the broadcasting system, its main function is to put aside the music, radio announcements and news, these broadcasts contain amplification equipment for the microphone, and so sends wea

3、k or signal amplification can push speaker sound big move rate signal, this paper proposes PA circuit performance is relatively low, the main problem in the use of computing theory describes the amplification circuit inheritance and succession circuit audio power amplifier circuit constituted PA, th

4、is loudspeaker indicators lies mainly cheap, making simple, does not require much expensive manifold 關(guān)鍵詞： 擴(kuò)音、音頻功放、放大電路 Keywords: PA, audio amplifier, amplifying circuit 目錄 一、前言.1 二、方案設(shè)計(jì).2 2.1方案比較與論證 .2 2.2方案選擇 .3 三、單元電路設(shè)計(jì).3 3.1前置放大器的設(shè)計(jì) .3 3.2音調(diào)控制器的設(shè)計(jì) .4 3.3功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì) .5 3.3.1確定電源電壓.6 3.3.2功率輸出級(jí)設(shè)計(jì).6 3.

5、3.3電阻R17R12的估算 .7 3.3.4確定靜態(tài)偏置電路.7 3.3.5反饋電阻R13與R14的確定 .7 四、電路調(diào)試.8 4.1前置級(jí)調(diào)試 .8 4.2音量控制器調(diào)試 .8 4.3功率放大器的調(diào)試 .8 4.4整機(jī)調(diào)試 .9 總結(jié).10 參考文獻(xiàn).11 附錄 1總電路原理圖及 PCB 板底圖 .12 附錄 2元件清明細(xì)表 .14 一、前言 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，話筒擴(kuò)聲電路應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它的種類(lèi)也越來(lái)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(guò)簡(jiǎn)單的外 接電路即可獲得語(yǔ)音或是各種模擬的聲響。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。其工作原理是把電

6、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，可裝置於各型耳機(jī)或頭機(jī)內(nèi)，如 隨身聽(tīng)、音響、無(wú)線電通訊、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)，也可裝置於電話自動(dòng)撥話器，用來(lái)打電話。功放集成電路價(jià)格便宜，電路結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，耗電省，所以在簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。 功放俗稱(chēng)“擴(kuò)音機(jī)”，它的作用就是把來(lái)自音源或前級(jí) 放大器的弱信號(hào)放 大，推動(dòng)音響放聲。一套良好的音響系統(tǒng)功放的作用功不可沒(méi)。 功放是音響系統(tǒng)中最基本的設(shè)備，它的任務(wù)是把來(lái)自信號(hào)源（專(zhuān)業(yè)音響系統(tǒng) 中則是來(lái)自調(diào)音臺(tái)）的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。 功率放大器簡(jiǎn)

7、稱(chēng)功放，可以說(shuō)是各類(lèi)音響器材中最大的一個(gè)家族了，其作用 主要是將音源器材輸入的較微弱信號(hào)進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲 器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)態(tài)以及不同的使用范圍和控 制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號(hào)處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同。 二、方案設(shè)計(jì) 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(jí)聯(lián)，兩者之間直接耦合成的電子管前級(jí)電路。 其功放集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖大致如圖 2-1 所示： 電子管前 級(jí)電路 信號(hào) ui 聲音信 號(hào) 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，前者為數(shù)百伏，后者

8、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(yáng)極）加有高正電 壓，可以收集這些電子。如果屏極相對(duì)陰極加負(fù)電壓則屏極排斥電子，沒(méi)有電流產(chǎn) 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(guò) 給靠近陰極的燈絲通電來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(xì)金屬絲網(wǎng)加了一個(gè)柵極，屏極加正高 壓時(shí)，柵極上加一個(gè)很小的負(fù)電壓就能夠減小屏極電流，達(dá)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(shí)柵極 和陰極之間的電壓是負(fù)電壓（負(fù)柵壓）。在這個(gè)電子管前置

9、電路中陰極電流會(huì)產(chǎn)生 幾伏的壓降。由于柵極通過(guò)電阻接地，柵極就自然產(chǎn)生了相對(duì)于陰極的負(fù)柵壓。這 SRPP 電路 陰極輸出 級(jí) 種偏置方法還有自動(dòng)穩(wěn)定的作用。例如某外界原因?qū)е玛帢O電流（就是屏極電流， 柵極電流為零）變大，則柵壓自動(dòng)變負(fù)，陰極電流又自動(dòng)變小。但是高檔的電子管 放大器不是這樣偏置的，因?yàn)檫@樣偏置不精確。它的特點(diǎn)是特高頻相應(yīng)好,當(dāng)晶體管 確定時(shí)，分布電容就定了，那么要提高上限頻率，只能增大負(fù)載電阻。選用普通電 阻自然不能增大太多，否則電路工作點(diǎn)就不對(duì)了。 2方案二：擴(kuò)聲電路 采用運(yùn)算集成電路和音頻功率放大集成電路設(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 2-

10、2 所示： 圖 2-2擴(kuò)聲電路原理框圖 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，噪聲要小；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。 2.2方案選擇 擴(kuò)聲電路和方案一比起來(lái),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(jiǎn)單音樂(lè)集成電路價(jià)格便宜，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，滿(mǎn)足工作穩(wěn)定可靠， 耗電省的要求。由此，確定該產(chǎn)品采用方案二實(shí)現(xiàn)。 三、單元模塊設(shè)計(jì) 3.1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

11、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，輸入 偏置電流僅有 5010-12A，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 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(jí)放大 電路的 Au1=10，即 1+R3/R2=10，取 R2=10K，R3=100K。取 Au2=10（考慮增益余 量），同樣 R5=10

12、K，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(kuò)聲電路的低 頻響應(yīng)。 3.2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(mǎn)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 3-3 所示。 該電路的音調(diào)控制曲線（即頻率響應(yīng)）如圖 3-4 所示。音調(diào)控制曲線中給出了 相應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率：Fl1表示低音轉(zhuǎn)折頻率，F(xiàn)l2表示中音下限頻率，F(xiàn)0表示

13、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，F(xiàn)h1表示中音上限頻 率，F(xiàn)h2表示高音轉(zhuǎn)折頻率。 圖 3-3音調(diào)控制器電路 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)。 3.3功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì) 功率輸出級(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 運(yùn)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(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，VT3，VT4組成的復(fù)合管為功率輸 出級(jí)。三級(jí)管 VT1與 VT2都為 NPN

14、管，仍組成 NPN 型的復(fù)合管。VT3與 VT4為不同 類(lèi)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。 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(shè)計(jì)要求是最大輸出功率。由公式WPO8 max 可得：可得?？紤]到輸 LOm RUPO/2/1 2max RL UomUom POm 2 1 L RPouom max 2 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 VCC=（1.21.5）UOm。將已知參數(shù)帶入上式，電源電壓選取12V。 3.3.2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

15、與 VT4 選擇同類(lèi)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(shí)，除應(yīng)使兩管 的值盡量對(duì)稱(chēng)外，其極限參數(shù)還應(yīng)滿(mǎn)足系列 關(guān)系：VBRCEO2VCC，ICMICmax，PCMPCmax，PCMPCmax。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。VT1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

16、管 VT1與 VT3的 集電極功耗：PCmax=（1.1-1.5）PC2max/2 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(lèi)型的三極管，一定要使 VT1，VT3互補(bǔ),其要求盡 VT3稱(chēng)性好。 可選用 VT1為 9013，VT3選用 9015。 3.3.3電阻R17R12的估算 R18與 R20用來(lái)減小復(fù)合管的穿透電流，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 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(lái)計(jì)算，大功率管的 rbe 約為 10， 為 20 倍。 輸出功率管的發(fā)

17、射極電阻 R21與 R22起到電流的負(fù)反饋?zhàn)饔茫闺娐返墓ぷ鞲?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(lèi)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(chēng)。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(jù)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

18、對(duì)復(fù)合管 的偏置電路，使輸出級(jí)工作于甲乙類(lèi)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（VT1與 VT3應(yīng)處于微導(dǎo)通狀態(tài)），即 U0=0V。運(yùn)算放大器的輸出電 位 UO30V。若取電流 IO=1mA，RRP3=0（RP3用于調(diào)整復(fù)合管的微導(dǎo)通狀態(tài)，其調(diào) 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(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 1515315 7 . 012 RR VVcc RR UVcc Io D RP D 所以 R15=11.3K

19、,取 R15=11K。為了保證對(duì)稱(chēng),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： 201 14 43 R RR Au RP 取 R14=1K,則 R13+RRP4=19K。為了使功率放大器增益可調(diào)，取 R13=15K，RRP4=4.7K。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，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 R

20、23=27，C10=0.1uF。一般取 C9=4.7uF。 四、四、電路調(diào)試電路調(diào)試 在調(diào)試安裝前，首先將所選用的電子元器件測(cè)一遍，以確保完好。在進(jìn)行元器 件安裝時(shí)，布局要合理，連線應(yīng)盡可能短而直，所用的測(cè)量?jī)x器要準(zhǔn)備好。 4.1前置級(jí)調(diào)試 當(dāng)無(wú)輸入交流信號(hào)時(shí)，用萬(wàn)用表分別測(cè)試 LF353 的輸出電位，正常時(shí)應(yīng)在 0V 附近。若輸出短直流電位為電源電壓值，則可能運(yùn)算放大器已壞或工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)。 輸出端加入 ui=5mV，f=1000Hz 的交流信號(hào)，用示波器觀察有無(wú)輸出波形。如 有自激振蕩，應(yīng)首先消除（例如通過(guò)在電源對(duì)地端并接濾波電容等措施）。當(dāng)工作 正常后，用交流毫伏表測(cè)量放大器的輸出，并求

21、其電壓放大倍數(shù)。 輸入信號(hào)幅值保持不變，改變其頻率，測(cè)量幅頻特性，并畫(huà)出幅頻特性曲線。 4.2音量控制器調(diào)試 靜態(tài)測(cè)試同上。 動(dòng)態(tài)調(diào)試：用低頻信號(hào)發(fā)生器在音調(diào)控制器輸入 400mV 的正弦信號(hào)，保持幅值 不變。將低音控制電位器調(diào)到最大提升，同時(shí)將高音調(diào)到最大衰減，分別測(cè)量幅頻 特性曲線；然后將兩個(gè)電位器調(diào)到相反的狀態(tài)，重新測(cè)試其幅頻特性曲線。若不符 合要求，應(yīng)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(diào)試 靜態(tài)調(diào)試：首先將輸入電容 C8輸入端對(duì)地短路，然后接通電源，用萬(wàn)用表測(cè)試 U0，調(diào)節(jié)電位器 RP3，使輸出電位近似為零。 動(dòng)態(tài)調(diào)試：在輸入端接入 400

22、mV，1000Hz 的正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出波 形的失真情況，調(diào)整電位器 RP3使輸出波形交越失真最小。調(diào)節(jié)電位器 RP4使輸出 電壓的峰值不小于 11V，以滿(mǎn)足輸出功率的要求。 4.4整機(jī)調(diào)試 將三級(jí)電路連接起來(lái)，在輸入端連接一個(gè)話筒時(shí)，調(diào)節(jié)音量控制電位器 RP4， 能改變音量的大小。調(diào)節(jié)高、低音控制電位器，應(yīng)能明顯聽(tīng)出高、低音調(diào)的變化。 敲擊電路板應(yīng)無(wú)聲音間斷和自激現(xiàn)象。 設(shè) 計(jì) 總結(jié) 隨著我國(guó)教育體制結(jié)構(gòu)的調(diào)整，高等職業(yè)教育的發(fā)展受到用人單位和社會(huì)的廣 泛關(guān)注。高等職業(yè)教育肩負(fù)著培養(yǎng)生產(chǎn)、服務(wù)、管理第一線的德、智、體、美、勞 全面發(fā)展的高等技術(shù)應(yīng)用型專(zhuān)門(mén)人才的重任。我們專(zhuān)科畢業(yè)生應(yīng)該

23、具備較強(qiáng)的理論 水平，又要有足夠的實(shí)踐能力，而電子信息很強(qiáng)的學(xué)科體系，其畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅包括 電路設(shè)計(jì)、電路的組裝和調(diào)試等實(shí)踐內(nèi)容，還要清晰的反映學(xué)生理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng) 用能力，使理論和實(shí)踐得到統(tǒng)一。在對(duì)我們的大學(xué)生涯做一個(gè)全面總結(jié)的同時(shí)，也 為我們以后培養(yǎng)職業(yè)能力、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，擴(kuò)聲電路應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它的種類(lèi)也越來(lái)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(guò)簡(jiǎn)單的外接電路 即可獲得語(yǔ)音或是各種模擬的聲響。功放集成電路價(jià)格便宜，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作 穩(wěn)定可靠，耗電省，所以在簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走向未來(lái)的重要一步。從最初的選題，開(kāi)題到計(jì)算直到完 成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改電路，每一個(gè)過(guò)程都 是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。通過(guò)這次實(shí)踐，我了解了話筒擴(kuò)聲放大電路的用 途及工作原理，熟悉了的擴(kuò)聲電路的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己 獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次設(shè)計(jì)是對(duì)我專(zhuān)業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)的一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí) 也是走向工作崗位前的一次熱身。 當(dāng)然，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我真心的感謝曹老師給予我們的幫助與支持，還有同 學(xué)給我的建議與幫助使我順