模電課程設(shè)計(jì)收音機(jī)

1、本科生課程設(shè)計(jì)題 目 收音機(jī)音頻放大電路仿真設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械交通學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)班級(jí)姓 名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師職稱(chēng) 講 師 2011 年 12 月 25 日教務(wù)處制總分：指導(dǎo)教師簽名：模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目子項(xiàng)目滿分得分1作品制作質(zhì)量20完成效果202設(shè)計(jì)報(bào)告方案論證1050電路、計(jì)算，或仿真20調(diào)試、測(cè)試數(shù)據(jù)10規(guī)范性103其他工作態(tài)度510答辯5總分100目錄1設(shè)計(jì)目的32設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案分析32.1 設(shè)計(jì)要求32.2 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)內(nèi)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(shè)計(jì)計(jì)算63.1.3 功放電路73.2 電壓放大電路83.2.1 計(jì)算元件參數(shù)83.2.2 耦合電容和旁路電容的選取13反饋網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算143.2.4 電壓放大電路圖形143.2.5 確定靜態(tài)工作點(diǎn)153.2.6 輸入電阻、輸出電阻及電壓放大倍數(shù)的計(jì)算164 圖形仿真和運(yùn)行結(jié)果184.1 電路圖184.2 仿真結(jié)果185 收音機(jī)的制作過(guò)程226 心得體會(huì)231設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力。2、學(xué)習(xí)和使用multisim軟件。3、訓(xùn)練毅力和耐心。培養(yǎng)獨(dú)立思考問(wèn)題的能力。4、 較好的把握電路圖和實(shí)物之間的聯(lián)系，并且會(huì)對(duì)造電路圖檢測(cè)錯(cuò)誤。5、根據(jù)原理圖測(cè)出靜態(tài)工作點(diǎn)。2設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案

3、分析2.1 設(shè)計(jì)要求1設(shè)計(jì)一個(gè)晶體管功率放大器電路，輸入信號(hào)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(nèi)增益平坦度小于1dB5效率大于40%（越高越好）6 電壓放大倍數(shù)：Au=1627 最大輸出電壓：=2.5V8 頻率響應(yīng)：30Hz30kHz9 輸入電阻：ri>15k10 失真度：<10%11 電源電壓：EC=15V12 信號(hào)源電壓為10mV2.2 設(shè)計(jì)方案分析 功率放大電路的分析在多級(jí)放大電路中，輸出的信號(hào)往往是送去驅(qū)動(dòng)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(méi)有出現(xiàn)過(guò)的特殊問(wèn)題，這些問(wèn)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(yùn)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(gè)效率問(wèn)題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給的直流功率的比值。這個(gè)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(hào)下工作，所以不可避免地產(chǎn)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(yán)重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對(duì)主要矛盾。但是，在不同的場(chǎng)合下，對(duì)非線性失真的要求不同，例如，在測(cè)量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個(gè)問(wèn)題顯得很重要，而在

5、工業(yè)控制系統(tǒng)等場(chǎng)合中，則以輸出功率為主要目的，對(duì)非線性失真的要啟用就將為次要問(wèn)題了。4功率器件的散熱問(wèn)題在功率放大電路中，有相當(dāng)?shù)墓β氏脑诠茏拥募姌O上，是結(jié)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(gè)重要問(wèn)題。此外，在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)頻率，器件承受的電壓要高，通過(guò)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(hù)問(wèn)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(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇多級(jí)放大電路，前置級(jí)為電壓放大，輸出級(jí)為功率放大，主要對(duì)前置級(jí)電壓放大電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(gè)方面內(nèi)容：1根據(jù)總的電壓放大倍數(shù)，確定放大電路的級(jí)數(shù)。2根據(jù)輸入、輸出阻抗及頻率響應(yīng)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(jù)三種耦合方式的不同特點(diǎn)，選用適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞健? 設(shè)計(jì)內(nèi)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(lèi)雙電源用二極管進(jìn)行偏置互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，設(shè)計(jì)功率放大電路，如圖2所示圖2 甲乙類(lèi)功率放大電路圖此電路中是甲乙類(lèi)雙電源利用二極管進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路。其中如圖3所示裝置是用來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率的。圖3 功率放大電路的設(shè)計(jì)計(jì)算1、電路設(shè)計(jì)計(jì)算（1）負(fù)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(jù)OC

7、L電路最大輸出功率計(jì)算公式計(jì)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(jì)算，電源電壓用下式估算?。?）功放管的選擇2、附加電壓放大電路由于信號(hào)源電壓為10mV，電壓放大倍數(shù)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(hào)輸入端串聯(lián)一個(gè)電壓放大器，使電壓達(dá)到。電壓放大倍數(shù)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(jì)算元件參數(shù)1、確定電源電壓為保證輸出電壓幅度能達(dá)到指標(biāo)要求，電源電壓EC應(yīng)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(jí)電壓，取VE=13V。VCES為晶體管飽和壓降，取VCES=1V。指標(biāo)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?yàn)檫@級(jí)的輸出電壓比較大，為使負(fù)載得到最大幅度的電壓，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。如圖7所示。由圖可知，Q點(diǎn)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，因此的T2靜態(tài)工作點(diǎn)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(hào)失真很大，為了使電路不產(chǎn)生飽和失真和截止失真，VCEQ2應(yīng)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(diǎn)分析圖由圖8 靜態(tài)工作點(diǎn)分析圖得由（1-1）式消去VCEQ2可得：3、確定T2發(fā)射級(jí)電阻取R9=4224、確定晶體管T2（1）選取晶體管時(shí)主要依據(jù)晶體管的三個(gè)極限參數(shù)：BVCEO>晶體管c-e間最大電壓VCEmax（管子截止時(shí)c-e間電壓）ICM>晶體管工作時(shí)的最大電流ICmax（管子飽和時(shí)c-e回路電流）PCM>晶體管工作時(shí)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(jù)甲類(lèi)電路的特點(diǎn)，T2的最大功耗為：PCmax=VCEQ2·ICQ2因此T2的參數(shù)應(yīng)滿

10、足：BVCEO>EC=15V ICM>2ICQ2=5.747mA PCM> VCEQ2·ICQ2=172.14mW選用S9011，其參數(shù)為：BVCEO>30V；ICM>30mA；PCM>400mW；滿足要求。5、確定T2的基極電阻在工作點(diǎn)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(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡量使流過(guò)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?yàn)镮R大，則R6和R7的值必然要小，這時(shí)將產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題：第一增加電源的消耗；第二使第二級(jí)的輸入電阻降低，而第二級(jí)的輸入

11、電阻是第一級(jí)的負(fù)載，所以IR太大時(shí)，將使第一級(jí)的放大倍數(shù)降低。為了使VB穩(wěn)定同時(shí)第二級(jí)的輸入電阻又不致太小，一般計(jì)算時(shí)，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(duì)硅管和鍺管是不同的，這是因?yàn)殒N管的ICBO隨溫度變化大，將會(huì)影響基極電位的穩(wěn)定，因此IR取值一般比較大。對(duì)硅管來(lái)說(shuō)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?。篟7=10k；R6=31k。5、確定晶體管T1（1）確定T1的靜態(tài)工作點(diǎn)因?yàn)榈谝患?jí)是放大器的輸入級(jí)，其輸入信號(hào)比較小，放大后的輸出電壓也不大。

12、所以對(duì)于第一級(jí)，失真度和輸出幅度的要求比較容易實(shí)現(xiàn)。主要應(yīng)考慮如何減小噪聲，因輸入級(jí)的噪聲將隨信號(hào)一起被逐級(jí)放大，對(duì)整機(jī)的噪聲指標(biāo)影響極大。晶體管的噪聲大小與工作點(diǎn)的選取有很大的關(guān)系，減小靜態(tài)電流對(duì)降低噪聲是有利的，但對(duì)提高放大倍數(shù)不利。所以靜態(tài)電流不能太小。在工程計(jì)算中，一般對(duì)小信號(hào)電路的輸入級(jí)都不詳細(xì)計(jì)算，而是憑經(jīng)驗(yàn)直接選取： ICQ1=0.11mA 鍺管 ICQ1=0.12mA 硅管VCEQ=（23）V如果輸入信號(hào)較大或輸出幅度較大時(shí)不能用此方法，而應(yīng)該具體計(jì) 算。計(jì)算方法與計(jì)算第二級(jí)的方法相同。（2）確定T1管的集電極電阻，發(fā)射級(jí)電阻 由圖10知： 取：VE1=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管基極電阻的選取取：IR=10IBQ，VE1=3V由圖11知； 圖11 T1管電阻選取分析圖?。篟1=113k；R2=37k 耦合電容和旁路電容的選取各級(jí)耦合電容及旁路電容應(yīng)根據(jù)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(yīng)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(dāng)?shù)倪x擇電容的容量，以保證收到滿意的效果。在設(shè)計(jì)時(shí)一般按下式計(jì)算：其中：RS是信號(hào)源內(nèi)阻，ri1是第一級(jí)輸入電阻。其中：r01是第一級(jí)輸出電阻，ri2是第二級(jí)輸入電阻。其中：ro2是

14、第二級(jí)輸出電阻。其中：Rb=R6/R7/R3由于這些公式計(jì)算繁瑣，所以在工程計(jì)算中，常憑經(jīng)驗(yàn)選?。厚詈想娙荩?10F發(fā)射極旁路電容：150200F現(xiàn)在用第二種方法確定C1、C2、C3、Ce1和Ce2?。篊1=C2=C3=10FCe1=Ce2=100F電容器的耐壓值只要大于可能出現(xiàn)在電容兩端的最大電壓即可。3.2.3反饋網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算根據(jù)深度反饋的計(jì)算方法，由圖7知：圖12 深度反饋網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)圖14 T2管靜態(tài)圖圖15 T1管靜態(tài)圖 根據(jù)靜態(tài)分析圖靜態(tài)工作點(diǎn)分析圖 如下

15、求得T1,T2管的靜態(tài)工作點(diǎn)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(shù)的計(jì)算根據(jù)小信號(hào)模型法T1管圖 16 T1管的小信號(hào)模型T2管圖17 T2管的小信號(hào)模型 而原始數(shù)據(jù)；Av=162 誤差 =162-169=7 誤差在范圍內(nèi):誤差小于5%，在允許的范圍內(nèi)4 圖形仿真和運(yùn)行結(jié)果4.1 電路圖圖18 設(shè)計(jì)電路圖4.2 仿真結(jié)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(jí)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(dāng)頻率達(dá)到100Hz時(shí)，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(dāng)頻率達(dá)到1KHz時(shí)，相位角趨于穩(wěn)定。2、功率仿真結(jié)果圖23 設(shè)計(jì)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(jī)的制作過(guò)程（1）用萬(wàn)用表測(cè)量每個(gè)電阻的阻值，并與表中參數(shù)對(duì)應(yīng)為電阻標(biāo)號(hào)。（2）用萬(wàn)用表測(cè)量各電容大小，確定各電容標(biāo)號(hào)。（3）用萬(wàn)用表確定三極管管腳B、E、C 。（4）確定二極管陰陽(yáng)極，紅色一邊為陽(yáng)極，黑色一