擴(kuò)音機(jī)的設(shè)計(jì)

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告名稱：擴(kuò)音機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué)院、班級(jí)：計(jì)算機(jī)學(xué)院通信08小組成員：金銀梅(3080601030)于莉麗(3080601002)馮佳慧(3080601032)劉安(3080601028)戴興(3080601016)指導(dǎo)老師：唐平實(shí)驗(yàn)完成日期：2010年1月14日實(shí)驗(yàn)名稱：擴(kuò)音機(jī)的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握音調(diào)控制、電子分頻、功率放大電路的設(shè)計(jì)方法及其調(diào)試（2）學(xué)習(xí)電路元件的選用（3）掌握各元電路主要性能及指標(biāo)調(diào)試方法（4）學(xué)習(xí)運(yùn)用Multisim軟件進(jìn)行仿真二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有輸入級(jí)、音調(diào)控制、功率放大的擴(kuò)音機(jī)電路輸出功率為8W,負(fù)載阻抗為8q,-3dB，通頻帶為80HZ?6000HZ，在100HZ和10KHZ處有+/-12dB的調(diào)節(jié)范圍。三、技術(shù)指標(biāo)：額定輸出功率：Po>8W.頻率范圍：fL=20Hz,fH=20kHz.音頻控制范圍：低音：100Hz+/-12dB.高音：10kHz+/-12dB.分頻頻率：800Hz.衰減區(qū)：18dB/oct.負(fù)載阻抗：RL=8q功放增益：Au=30四、電路設(shè)計(jì)4.1整體方案設(shè)計(jì)擴(kuò)音機(jī)的基本組成框圖原理框圖為：Ui—輸入級(jí)一音調(diào)控制一電子分頻一功率放大一揚(yáng)聲器圖一擴(kuò)音機(jī)的基本框圖4.2單元電路的設(shè)計(jì)《1》放大電路的輸入級(jí)輸入級(jí)電路設(shè)計(jì)圖（a）如圖所示，圖（a）電路由場(chǎng)效應(yīng)管共源電路和共漏電路組成，它具有一定的電壓增益，輸入阻抗高，輸入電阻為電路中的R],又引入了

電流負(fù)反饋，增加了電路的穩(wěn)定性。第二級(jí)為源級(jí)輸出電路，帶負(fù)載能力較強(qiáng)。共源放大電路的設(shè)計(jì)：①靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇:根據(jù)輸入電阻要求，當(dāng)結(jié)型管滿足要求時(shí)不再選用MOS管,般選3DJ2、3DJ6就可以了。為了滿足放大器動(dòng)態(tài)要求，管子的參數(shù)【DSS、UGs(off)、UGs(off)、gm不冃匕太小，一般要求1-1)當(dāng)管子確定IDSS>1mA，|UGS(off)|>1V，gm>0.5mA/V1-1)當(dāng)管子確定后，式(1-1)所指出的管子的實(shí)際參數(shù)可利用圖示儀測(cè)出。為了減小噪聲系數(shù)，在轉(zhuǎn)移特性上選IDQ時(shí)，IDQ應(yīng)選小些，即UGS選大些,一般使UGS>1/2IUGS(off)lo當(dāng)UGS確定后也可利用下式求出IDQ，即IDQ=IDSS(1-UGS/UGS(off))2因?yàn)?因?yàn)?UGS=US通常取(1-2)UDS=(1~2)US(1-2)UD=UDS+US①2元件參數(shù)的計(jì)算：因輸入級(jí)的輸入電阻就是R］，所以R］的選擇應(yīng)根據(jù)輸入電阻要求來選。R2、R3、R4的取由電路知R2+R3=|UGS|/IDQ (1-3)R4=(VDD-UD)/IDQ (1-4)由共源電路電壓放大倍數(shù)(中頻段)公式知Aum1=gm*RD/(1+gmRS)RD=R4//ri2^R4RS=R3則 Aum1=gm*R4/(1+gmR3)當(dāng)1+gmR3>>1時(shí)Aum1^R4/R3即R3=R4/|Aum1|R2=|UGS|/IDQ-R3耦合電容Cl、旁路電容c2的選擇取C]$(3?10)*l/2fLR2。2三(1+翻)/2化源極輸出器的設(shè)計(jì)：①靜態(tài)工作點(diǎn)為了得到較大的跟隨范圍，靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)得較高，一般設(shè)UGS=UGS(off)/2 (l-5)再利用IDQ=IDSS(1-UGS/UGS(off))2求出【DQ,且US=-UGS①2元件參數(shù)RS=US/IDQ即R6=US/IDQR5=Ri2對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管來說，一般可選幾百千歐甚至兆歐。③本級(jí)的電壓增益Aum2=RS/(1/gm+RS)RS=RS//RL=R6//RL輸入電阻R0=RS//1/gm=R6//1/gm0Sm6m《2》多級(jí)放大電路的音調(diào)控制反饋式高低音調(diào)節(jié)電路的設(shè)計(jì)Key=A1k|.如圖所示的反饋式音調(diào)控制電路，圖中r5為低音調(diào)節(jié)，r6為高音調(diào)節(jié)。為了使電路得到較滿意的效果，C1，C2容量要適當(dāng)，其容抗和有關(guān)電阻相比在低頻時(shí)要足夠大，在中、高頻時(shí)要足夠小，就是說C1、C2只讓中、高音信號(hào)通過不讓低音信號(hào)通過，而C3只讓高音信號(hào)通過而不讓低中音信號(hào)通過。為討論問題方便，在電路設(shè)計(jì)時(shí)常設(shè)R1=R2=R3=RR5=R6=9RC1=C2>>C3其電路的幅頻特性：(a)信號(hào)在低頻區(qū)由于C3的數(shù)值較小，低頻時(shí)呈現(xiàn)的阻抗很大，上下兩個(gè)支路相比R4C3支路相當(dāng)于開路。設(shè)運(yùn)算放大器為理想元件，則E點(diǎn)與E'點(diǎn)電位相等且近似于零，R3的影響可以忽略。當(dāng)R5的觸點(diǎn)移到左端A點(diǎn)時(shí)G被短路，此電路中信號(hào)通過R］加到反相輸入端,反饋信號(hào)通過R2、R5也加到反相輸入端，輸入端，對(duì)中、高音信號(hào)而言，C2相當(dāng)于短路,反饋支路只有R2,反饋量最大時(shí)電路增益很小，輸出U0很小。隨著頻率的降低，C2容抗增大，反饋支路除R2外還有R5〃XC2，即反饋量減少，增益增加，輸出U0上升。當(dāng)頻率很低時(shí)，C2相當(dāng)于開路，反饋支路相當(dāng)于R5+R2，且由于R5?Ri，此時(shí)反饋量極小，從而獲得最大增益，輸出U0最大，這就是低頻提升。(b)信號(hào)在高頻區(qū)由于頻率較高，大電容G、C2可視為短路，而C3再不能視為開路了，將圖中Y形接法改為△形接法，如圖所示Key=A10kC其中Ra=R1+R3+R1R3/R2=3RRb=R2+R3+R2R3/R1=3RRc=R1+R2+R1R2/R3=3Rc1 2 1 2 3從該電路圖中看出，通過Rc、Ra反饋到輸入端的信號(hào)極小，這一支路的反饋信號(hào)大部分被信號(hào)源短路。同樣，信號(hào)Ui通過Rc、Rb加到反相輸入端的也極小，可見Rc對(duì)電路的影響相當(dāng)于開路。另外R6數(shù)值較大。當(dāng)觸點(diǎn)移到C點(diǎn)時(shí)經(jīng)R6送回的反饋信號(hào)相當(dāng)微弱，D、C間相當(dāng)開路。當(dāng)觸點(diǎn)移到D點(diǎn)時(shí)，由于R6很大，信號(hào)幾乎不可能通過R6送到反相端，C、D間相當(dāng)開路，當(dāng)觸點(diǎn)接到C與D這兩個(gè)特殊點(diǎn)時(shí)，其規(guī)律為：中頻區(qū)增益為0dB;w=wHl時(shí)增益為+/-3dB；w=wH2時(shí)增益為+/-17dB；wH1與wH2之間為6dB/倍頻程變化，最大提升和衰減量為+/-20dB。通過以上分析可以看出：?R5控制低音，R6控制高音。?當(dāng)R5從A向B滑動(dòng)時(shí)，低音信號(hào)衰減逐漸加大，反饋逐漸加強(qiáng)，使低音從提升轉(zhuǎn)向衰減，同樣道理當(dāng)R6從C向D滑動(dòng)時(shí)高音信號(hào)衰減加大，反饋也增強(qiáng)，使高音信號(hào)從提升轉(zhuǎn)向衰減，把r5、r6放在不同位置時(shí)，可得到高低音的不同提升或衰減。?音調(diào)控制電路中音增益Auf=-1不因R5、R6改變而改變。?電路的最大提升量是依靠減少輸入信號(hào)衰減或減弱負(fù)反饋量來達(dá)到的，因此電路的放大級(jí)必須有足夠的開環(huán)增益，才能依靠強(qiáng)的負(fù)反饋獲得較寬的調(diào)節(jié)量。輸出波形為：常用的分頻方法有兩種：第一種分頻方法:輸入信號(hào)--功率放大器--分頻電路-高音-低音第二種分頻方法:輸入信號(hào)--電子分頻器--功率放大器--高音--低音該電路中選用的為電子分頻器（2）分頻電路的設(shè)計(jì)①電路選取

選取電子分頻電路如圖所示，為獲得較好的分頻效果，分頻電路輸入端采用輸出電阻較小射極輸出器，分頻電路輸出端采用輸入電阻較高的射極輸入端，以減少分頻電路負(fù)載。輸入端加了RWi、RW2控制音量。?各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的確定及電路元件的計(jì)算選取電源電壓為12V?？紤]到各級(jí)電流不大，T］?T5選取高頻小功率管3DG6（=70）。選取T1、T2、T4ICQ=1mAT3、T5ICQ=0.5mA選取UCeq=5.8V,則R3=6.2kQIBQ1=ICQ1/=14.28uAR2=UB/10IBQ1=（UE1+0.7V）/10IBQ1=48.5kQ 取51kQR1=(VCC-UB)/10Ibqi=35.9kQ取39kQ選取UCeq2=5.8V,則R6=6.2kQ，取6.2kQ。選取UCeQ3=5.8V,則R3=12.4kQ，取12kQ。因射極輸出器輸出IcQ=(1.5?2)Iom,故選取Rw1=22kQ。因UE4的數(shù)值為Ue1減UBE4和IB4在R9、Rio上的壓降，又因UEi=6.2V,IcQ4=lmA，故取UE4=5.1V估算，即R11=5.1kQ。取UE5按4.3V估算，則R13=9.1kQ，取RW2=15kQ。耦合電容取c1=c5=c9=1ouF。③濾波元件的計(jì)算：取R=30kQ。由式得R4=R7=R/2=15kQR5=2R=6okQ因R5=R5//R5=6okQ又因VCC=12V,Ue=6.2V，即UB2=6.9VR5/R5=5.1/6.9解出R5=141kQ 選130kQ與11kQ串聯(lián)R5=104kQ 選100kQ與3.9kQ串聯(lián)以同樣方法求出R7=141kQ 選33kQ與2.2kQ串聯(lián)R7=26kQ 選100kQ與2kQ串聯(lián)并算出C2=C3=6600pF,C4=0.0132uF,用電容并聯(lián)滿足設(shè)計(jì)值。低通濾波電路：選R=15kQ，由式求出R9=R10=R12=15kQ，C6=0.0265uFC7=6600pF,C6=0.0132uF（3）電路調(diào)試①靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試在高通濾波器中，晶體管的偏流電阻、輸入電阻都是濾波元件，但因射極輸出器輸入電阻很高，在設(shè)計(jì)時(shí)僅把偏流電阻作為濾波元件計(jì)算；在調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，可改變射極電阻Re而不能改變?yōu)V波元件Rb。在低通濾波器中，偏流由前級(jí)經(jīng)濾波元件流入，發(fā)射極電位逐漸降級(jí)，當(dāng)測(cè)量值偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，也可改變Re給以調(diào)整。②截止頻率的調(diào)整因元件的標(biāo)稱值與實(shí)際值總存在著誤差，測(cè)量中當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際值與設(shè)計(jì)值有誤差時(shí)，可改變電路元件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，但因電阻與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，一般只改變?yōu)V波電容來滿足截止頻率fc的要求，因?yàn)樾枰脑⒎嵌际菢?biāo)稱值，有時(shí)需要幾只元件串聯(lián)或并聯(lián)，在制印刷電路板上要留有空位置?！?》音頻功率放大電路的設(shè)計(jì)集成運(yùn)放與晶體管組成的功率放大器電路設(shè)計(jì):由集成運(yùn)放與晶體管組成的OCL功率放大器電路如圖所示，其中運(yùn)算放大器A組成驅(qū)動(dòng)級(jí)，晶體管T1~T4組成復(fù)合式互補(bǔ)對(duì)稱電路。三極管T］、T2為相同類型的NPN管，所組成的復(fù)合型仍為NPN型。t3、t4為不同類型的晶體管，所組成的復(fù)合型的導(dǎo)電極性由第一只管決定，即為PNP型。R4、R5、Rp2及二極管D］、所組成的支路是復(fù)合型的基極偏置電路，靜態(tài)時(shí)支路電流I?？捎墒接?jì)算Io=（2VCC-2UD）/（R4+R5+RP2）式中：UD——二極管的正向壓降。為減少靜態(tài)功耗和克服交越失真，靜態(tài)時(shí)T］、T3應(yīng)工作在微導(dǎo)通狀態(tài)，即滿足下列關(guān)系UABQUD1+UD2QUbei+Ube2二極管D］、D2與三極管T］、T3應(yīng)為相同類型的半導(dǎo)體材料，如D］、D2為硅二極管2CP10，T］、T3也應(yīng)為硅三極管，T］為3DG6，則T3可為3CG21。Rp2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，一般采用幾百歐或一千歐電位器（最好采用精密可調(diào)電位器）。安裝電路時(shí)首先應(yīng)使Rp2的阻值為零，調(diào)整輸出級(jí)靜態(tài)工作電流或輸出波形的交越失真時(shí)再逐漸增大阻值。否則靜態(tài)時(shí)因Rp2的阻值較大而使復(fù)合管的電流過大而損壞。R6、R7用于減小復(fù)合管的穿透電流，提高電路的穩(wěn)定性，一般為幾十歐至幾百歐。R8、R9為直流負(fù)反饋電阻，可以改善功率放大器的性能，一般為幾歐。Rio、R11為平衡電阻，使T］、T3的輸出對(duì)稱，一般為幾十至幾百歐。R12、C3稱為消振網(wǎng)絡(luò)，可改善負(fù)載接揚(yáng)聲器時(shí)的高頻特性因揚(yáng)聲器呈感性，易引起高頻自激，此容性網(wǎng)絡(luò)并入可使等效負(fù)載呈阻性。此外感性負(fù)載易產(chǎn)生瞬時(shí)過壓，有可能損壞晶體三極管T2、t4。R12、C3的取值依據(jù)揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)而定，以效果最佳為好。一般R12為幾十歐，C3為幾千皮法至O.luF。功率放大器在交流信號(hào)輸入時(shí)的工作過程如下：當(dāng)音頻信號(hào)Ui為正半周期時(shí)，運(yùn)算放大器A的輸出電壓Uc上升，UB亦上升，結(jié)果T3、T4截止，T］、T2導(dǎo)通，負(fù)載Rl中只有正向電流IL，且隨Ui增加而增加。反之，當(dāng)Ui為負(fù)半周期時(shí)，負(fù)載Rl中只有負(fù)向電流IL，且隨Ui的負(fù)向增加而增加。只有當(dāng)口變化一周時(shí)負(fù)載Rl才獲得一個(gè)完整的交流信號(hào)。（2）靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置設(shè)電路參數(shù)完全對(duì)稱，靜態(tài)時(shí)功率放大器的輸出端O點(diǎn)Uo=0，常稱O點(diǎn)為“交流零點(diǎn)”電阻R］接地，一方面決定了同相放大器A的輸入電阻，另一方面保證了靜態(tài)時(shí)同相電位為零，即U+=0.由于運(yùn)放A的反相端經(jīng)R3、Rp］接交流零點(diǎn)，所以U-=0.故靜態(tài)時(shí)功率放大器的輸出Uc=0。R3、Rpi構(gòu)成的負(fù)反饋支路能夠穩(wěn)定交流的零點(diǎn)的電位為零，對(duì)交流信號(hào)亦起負(fù)反饋?zhàn)饔?。調(diào)節(jié)Rp1電位器可改變負(fù)反饋深度。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)主要由I。決定，I。過小會(huì)使晶體管t2、T4工作在乙類狀態(tài)，輸出信號(hào)會(huì)出現(xiàn)放大器，一般取1。=1?3mA，以使T2、T4工作在甲乙類狀態(tài)。（3）輸出的波形：《5》電路保護(hù)1）輸入端保護(hù)電路設(shè)計(jì)R2Key=A1kQ. 50%蘭D1■1. 50%蘭D1■1BJTNPNVIRTUAL202BZ2.02BZ2?2Q1=R1孑8Q2）輸出端短路保護(hù)及強(qiáng)信號(hào)沖擊保護(hù)設(shè)計(jì)?R6、?PN513610m；.11i10m；,JVEE—■￥PN5136D21BH6210m；.VEE-5V3）揚(yáng)聲器的