音响放大器电路的设计

ur.niiiG内蒙古机电职业技术学院2016 届毕业生毕业综合实训报告题 目：言响放大器电路的设计系部名称：机电工程系专业班级：机电1310班学生姓名：白向霆学 号：1010213011指导教师：牛海霞温玉春0一五年七月一、任务书 3二、摘要 6三、项目实施的目的与要求 8（一）项目实施目的及意义 8（二）项目要求 8四、项目报告的内容 8（一）项目原理分析及其技术要求 8（二）项目实施方案的选择 10（三）项目实施方案的制定 12（四）拓展 16（五）项目成果检验 18五、项目实施的体会与收获 19六、参考文献 20、任务书校内毕业综合实训任务书一、项目题目：音响放大器加深三极管电路放大特性的理解，放大电路的原理及工作过程。2.设计任务（1）根据控制要求，进行音响放大器设计与制作。（2）根据控制要求，进行对前置放大级、功放输出级电路图设计（3）撰写项目实训报告二、进程安排周数内容8101下达任务书，搜集整理资料，对项目进行分析2选择项目实施方案3制定项目实施计划4依据实施计划完成项目内容5对照项目技术要求，对项目成果进行检验6学生和指导教师分别对项目成果进行评价7小组答辩说明：1 .在教师的指导下，以小组为单位进行项目分析、方案制定、项目实施、项目 检查及评价；2 .提前离校上岗的学生，必须在规定时间内完成校内毕业综合实训的各项任 务，及时与指导教师联系，按时返校参加答辩。三、提交成果1 .校内毕业综合实训项目报告（纸质版、电子版各 1份）2 .前置放大级、功能输出级电路图。（A3图纸）四、项目报告的格式要求1 .报告的纸型及页边距报告纸型项目报告一律用国际标准 A4型纸（297mm15kQ;失真度：丫100kQo（3）进行元器件及参数选择；画出电路原理图（或仿真电路图）；进行电路调试。四、项目报告的内容（一）项目原理分析及其技术要求1 .各模块的功能作用（1）话筒放大器：由于话筒的输出信号一般只有 5mV左右，话筒放大器的作用是不失真地放 大声音信号，并保证其输入阻抗远大于话筒的输出阻抗。(2)电子混响器：电子混响器的作用是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音 听起来具有一定的深度感和空间立体感。在“卡拉 OK伴唱机中，都带有电子 混响器。电子混响器的组成框图如下；其中BB邮件称为模拟延时集成电路，具 内部由场效应管构成多级电子开关和高精度存储器，在外加时钟脉冲作用下，对输入信号进行取样，保持并向后级传递，从而使BBD勺输出信号相对输入信号延 时了一段时间。BBD勺级数越多，时钟脉冲的频率越高，延时的时间就越长。(3) 混合前置放大器：混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混合后的声 音信号进行混合放大。音响放大的性能主要由音调控制器与功率放大器决定。(4)音调控制器：音调控制器的作用是控制调节音响放大器输出频率的高低。音调控制只对低 音或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。所以音调控制器的电 路由低通滤波器和高通滤波器共同组成。(5)功率放大器：功率放大器的作用是给音响放大器的负载(扬声器)提供一定的输出功率。 当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效 率尽可能的高。由于集成功率放大器具有性能稳定、工作可靠及安装调试简单， 故而被采用。2 .工作原理放大器由于具有对微弱信号进行放大的功能， 所以得到了广泛的应用，但因 单级放大器的增益不高，实用的放大器一般均由多级放大器构成。 多级放大器的 组成如图1所示。扬声器图1多级放大器组成图双向语音放大工作原理如图2所示，放大器是核心部分。它的作用是把话筒送来的微弱信号放大到足以使扬声器发出声音。 Y、丫2为扬声器，K为双刀双掷 开关，利用开关K的切换作用，可以改变 YY与放大电路连接的位置，使 Y、Y 交替作为话筒和扬声器使用。Y2通过K接到放大器的输入端成为话筒，Y则接到 输出端为扬声器。此时有人对着Y讲话时，丫2把声音信号转化成电信号加到放大 器的输入端，经放大器放大后可带动扬声器 Y发出声音，从而可以在 Y处听到 丫2处的讲话。当K拨到另一位置时，则可以在 Yi出讲话，Y处收听。通过K的开 关控制，能够实现双向有线电话。图2 双向语音放大工作原理图语音放大器的电路由输出级、中间级、输出级构成。前置级由两级放大器组 成，放大器第一级输入端与传感器相连（作为话筒时的丫1和丫2）,故也称输入级， 放大器的第二级将前一级输出的电压信号进行放大再传给输出级，这一级也称做中间级。输出级由OTL功率放大器组成，把前置级的电压信号进行功率放大， 带 动扬声器。（二）项目实施方案的选择（1）前置放大级电路方案前置放大级耦合方式有三种：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合，我们设计中电 路级间耦合采用阻容耦合方式。根据总得电压放大倍数，确定放大电路的级数，实际电路中，为使放大电路的 性能稳定，引入一定深的负反馈，所以，放大倍数应留有一定的余量。根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定晶体管的组态（共射、共 基、共集）及静态偏置电路。本电路电压增益为100倍，考虑到电路的输入电阻不很高（c15k?）,输出阻 抗也不太低，负载取的电流不大，因此前置级电路采用共射电路。由于单级放大 器的电压增益为35dB左右，两级放大器的增益为65dB左右，考虑导引入一定深 度的负反馈（一般为1+AF=10左右），而电路的增益要求为100倍，所以前置级 用两级共射电路组成。静态偏置采用典型的工作点稳定电路。根据三种耦合方式（阻容耦合、变压器耦合、直接耦合）的不同特点，选用适 当的耦合方式。实训设计中电路级间耦合采用阻容耦合方式，前置放大原理图3所示。图3 前置放大器原理图(2)功率放大电路方案功率放大器的电路形式很多，有双电源的OTLS补对称功放电路、单电源的 OTL功放电路、BTL桥式推挽攻电路和变压耦合功放电路等。 这些电路各有特点， 可根据要求和具备的实验条件综合考虑，做出选择。本方案的输出功率较小，可采用单点供电的 OTL功放电路，OTL功率放大器由推 动级、输出级组成。推动级采用普通的共射极放大电路，输出级由互补电路输出， 工作在甲乙类状态下，得到放大的输出功率。图4是一个OTL功放电路，T4是前置放大级，只要适当调节 RP,就可使用Irii、 Vb5和Vb6达到所需数值，给丁5、T6提供一个合适的偏置，从而使A点电位VA=V/2，图4功放输出级原理图当ui=Vsincot时，在信号的负半周，经 T4反向放大后加到丁5、T6基极，使T6截止、T5导通，这时有电流通过 R,同时电容C5被充电，形成输出电压VO的正 半周波形，在信号的正半周，经 T4放大后加到丁5、T6基极，使T5导通、T6截止， 则已充电的电容G起着电源的作用，并通过RL和T5放电，形成输出电压Uo的负 半周波形。当Ui周而复始变化时，丁5、T6交替工作，负载 R上就可以得到完整 的正弦波。为使输出电压达到最大峰值 Vd2,采用自举电路的OTL功放电路。当 u i =0 时，V=Vc/2 , VB=Vx-i R11R11,电容 C4端电压 V=V-VA=V/2-i riiRii。当Rl1乘积足够大时，则可以认为 VC4基本为常数，不随Ui而变化。这样当W为 负半周时，T5 导通，VA 响应发生变化。由于B 点电位VB=VC4+VA， B 点电位也将自动随着A点电位升高。因而，即使输出电压Uo幅度升的很高也有足够的电流流过T5基极，使T5充分导电。这种工作方式称为“自举”。（三）项目实施方案的制定依据确定方案， 根据给定的技术要求进行元件参数的选择。 在确定元件参数时， 可以优先从后级开始， 根据负载条件确定后级的偏置电路， 然后在计算前级的偏置电路， 可一步由放大电路的频率特性确定耦合电容和旁路电容的电量， 最 后由电压放大倍数确定负反馈网络的参数。1. 确定电压电源为保证输出电压幅度达到指标要求，电源电压VCC满足如下要求VCC2VOM+VE+VCESVom为最大输出幅度，VomfV2V=1.4V, VE为三极管发射极电压，一般取13V,Vces为晶体管饱和降压，一般取IV。2. 前置放大级参数确定（ 1）确定三极管T2 参数三极管T2 发射极、集电极电阻参数及静态工作点。以为T2 是输出级，输出电压比较大，为使负载得到最大的输出幅度，静态工作点应设在负载线的中点，如图 5 所示，满足条件VCC-VCEQ=2 I CQ2R8+VE2VceqfI cq（R8X R/R8+RL）VCEQ2 VOM+VCESR9=VE2/I cQ2指标中，R_=2k,取 W=3V, VCefIV,确定 R=3.5k , R=1.5k,取标称值，R8=3.3k , R9=1.5 看，则静态值I cQ=2mA,VcEQ=2 2.4V。三极管T2 参数。晶体管的选取主要依靠晶体管的三个极限参数：Mb及ceO三极管ce间最大电压VCEMAX I CM大于三极管工作时的最大电流ICMAX PCm大于三极管工作时的最大功耗PcMAX由图5可知，IC2的最大值为：I C2MA=2I CQ2, VCe最大值为VCe2MA=VCc,根据甲电类路 特点，T2最大功耗为 PcMA=VCeQ2 x I CQ2 ,因此丁2的参数应满足： V(br)ce12V;I cM2I cQ=4mA RmVCeq2X I cQ=4.8mW选用3DG系列小功率三极管可以满足要求，B 2=80。三极管T2 基极电阻参数。在工作稳定的电路中，基极电压VB2越稳定，则电路的稳定性越好。因此，在设计电路时应尽量使流过基极电阻的电流大些，以满足I RI B 的条件，保证VB2不受Ib变化影响。但是Ir并不是越大越好，因为Ir大，则R、R的值必然要小，这是将产生两个问题： 增加电源消耗； 第二级的输入电阻降低， 而第二级的输入电阻是第一级的负载，所以Ir太大时，将使第一级放大倍数降低。为了使Vb2稳定，同时第二级输出电阻又不致太小，一半计算时，按下选取 Ir的值：Ir=(5 10)Ibq (硅管)；Ir=(10 15)I bc(错管)。本电路选用硅管，取I R=5I BQ,则：F7= VBq/I r=(Ve2+VBe2)/I r=(3+0.6)/5I bq=28.8KcdI bq=I cq/ B 2=2mA/80=0.025MAF6=VC(/I R-R7=67.8k Q取标称值，有 F7=30kQ , R9=68kQ( 2)确定三极管T1 的参数 三极管T1 的发射极、集电极电阻参数及静态工作点。因为T1 是放大器的输出级，其输出的信号比较小，放大后的输出电压也不大， 所以对于第一级失真度和输出幅度的要求比较容易实现， 主要考虑如何减小噪声， 因输出级的噪声将随信号一起被逐级放大， 对整机噪声指标影响极大。 三极管的噪声大小与工作点的选取有很大关系，减小静态电流对降低噪声是有利的，但对提高放大倍数不利，所以静态电流不能太小。在工程计算中，一般对于小信号的输入级都不详细计算，而是凭经验直接选取：Icq=0.11Ma(S管),I cq=0.1 2Ma储管)。如果输入信号较大或输出幅度较大时， 不能用此方法， 而应具体计算， 计算方法与计算第二级的方法相同。取 VEi=3V, Vceq=3V, IcQ=0.5mA,有R= VCc-(V ei+VCeq) /I cQ=(12-6)/0.5Ma=12k QR+R=VEi/I cQ=3/0.5Ma=6kQ取标称值，R=12kQ , R=56kQ , R=5.6k Q。 三极管 T1 的参数T1的参加应满足：Vbr)ceo 12V,I c40.5Ma,PcM 1.5mW选用3DG系列三极管可以满足要求。确定T1基极的电阻参数：取Ir=10Ibqi, Vei=3V,则R=VBq/I r=(Ve1+Uei)/I r=(3+0.6)/10I BQ=57.6k QI r=I bq=I bq/ B 2=0.00625mAR=VM R-R2=134.4kQ取 R1=130kQ, R2=56kQ。(3)耦合电容和旁路电容的选取各级耦合电容及旁路应根据放大器的下限频率fi决定。这些电容的容量越大，放大器的低频响应越好。但是容量越大漏电也越大，这将造成电路工作不稳 定，因此要适当的选择电容的容量，以保证收到满意的效果。工程计算中，常选 取：耦合电容210仙F;发射极旁路电容：150200。选取耦合电容10F,发射极旁路电容100F,电容的耐压值只要大于可能出现在 电容两端的最大电压即可。(3)反馈网络计算R = 1/Fv=(Ri+R)/R4R=100R-R4=5.5KQ ,取 R=5.6KQ , G=10也F。根据上述的结果，得到电路如图 6所示。/2及312kH130kQTlG,IH 33gFnr2N2222sdl治2N22223.3kQ(2N2222=12VT匕c56a%。3kQiog15.9盯 100四降二 .59-c立lOOgFRw qjey-A50% 图6 前置放大级电路图3.功放级参数确定(1)确定电源电压为了保证电路安全可靠的工作，通常使电路的最大输出功率POm比额定输出功率Po要大些，一般取Po=(1.52)P。所以最大输出电压应根据Po床计算，为V0m=，2PdR=，2X 0.5 义 8=2.8V电源电压必须大于VoM， 因为输出电压为最大值时，输出管已经接近饱和，考虑到管子的饱和降压， 以及发射极电阻的降压作用， 我们用下式表示电源电压和输出电压最大值的关系V)m= j Vc(/2PVCc=2x(1/ n )Vom=2x(1/ n )=V2PdR其中“称为电源利用效率，一般取：刀=0.60.8。要根据管子的材料、发射极电阻和扬声器阻抗来确定”值，如果上述因素 使输出电压降低很多时，”可选低些；反之可选高些。此设计中POM=0.25WVRL=8Q，效率450% 所以，Vcc=2(1/ 4)VoM=2(1/ 4)，2FOMR=2(1/0.5) V2X 0.25 乂 8=8V由此可确定12V的电源可满足放大电路和 OTL功率放大电路的要求。2) 确定输出级功放管参数选择合适的功率管，并使B5=B 6,参数尽量对称，大功率管还应考虑其工作环境的温度以及散热片的问题， 为了满足电路性能的要求， 并便于设计计算，应选择硅管，其极限参数应满足MbR)CE VcemaxI Ch/L I CMAXPcmC PcmaxV(br)ceo Vcema=2X V:c/2=12VI cm I cma=V0MRl=(Vcc/2-V ce()/R L=(6-1)/8=625mAPcm Pcma=0.2PoM=0.2 X 0.25W=50mW因此选用一般大功率三极管可以满足要求。3) 计算推动及电路确定T4 的工作电流：为保证信号不失真，T4 工作在甲类放大状态，静态工作点应设在负载线的中点，要求I CQ 3I B5MaX 3 X (I C6MAX B 6)一般取I cq=210mA此设计中取值I cQ=10mA静态是，OTL电路的A点电位V=2/1Vcf6V,所以，VCe4取23V。Vc4=6-VBE4=5.5VVc4=VcE4+IcQ4R15确定 R15=250Q。I rP=(510)I bq=(510)(I cq4 B 4)Vb4=*4+VBe=I Cq4R15+Vbe4=3.1VR4=V/I RP=3.1/0.625mA=4.96k QR=(Va-Vb4)/I rp=(6-3.1)/5(Icq/ B4)=6-3.1/0.625mA=4.64K B 4选取80,选取电阻标称值 R15为270Q ,R14为5.1k Q、RP为10kQ电 容器。(4)确定输出级静态工作点及电阻参数静态时，OTL 电路的 A 点电位 V=2/1VcC=6V,则 Vbq=6.5V,Vbq=5.5V,则R3=(Vbq-Vbq/I cQ=(6.5-5.5)10mA=100 QRi+R2=(VcgVbq)/I cQ4=(12-6.5)/10mA=550 QRlRl2确定电阻标称值 Ri为120Q,Ri2为430Q。根据上述计算结果，可以得到功放输出级电路图如图7所示。II-WpF50%l120Q为214430Q410*BD243C-12 Vf/cc2N222210klKuy=/为5& 3JlOOfl AC5 HI 470J1FBD244Cp70kCj00图7功放输出级电路图（四）拓展1.调试方法(1)合理布局，分级装调音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局， 一般 按照电路的顺序一级一级地布线， 功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在 一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激.安装前应检查元器件的质量，安装 时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接 错。从输入级开始向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。 安装一级调 试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。(2)调解RP使A点电位为VCC/2改变R11的阻值使ICQ4 ICQ5= (510) mA实际中R11的取值为100Q。以上两部反复调解，直达达到要求为止。经上述调试后，放大器能正常工作。按图 2所示的图中位置，对着 Y2讲话 时，Y1处对应能听到清晰、洪亮的声音。当K拨到另一位置时，对着Y1讲话时， Y2出应能听到声音清晰、洪亮的声音。最后需要说明的是，如接好线路后，扬声器中有广播电台的声音，则因在放大器 的输入端与地之间接一电容，其容量为 0.01 pF,也可以由试验确定。实验仪器设备及元件实验仪器设备：直流稳压元、数字万用表。根据上述原件选型结果以及所设计的整机电路图，完成本设计所需的元器件明细表如图8所小。电器兀件表SU -=-:W攵1 WtCIc R 2K 士左上士1诉5皿RL 口 HLVOk -由钙 i-ans F 反七段七.口口R.SRGJEZ中口目 .口_干后 g rrrR.XLN5sdijf 向 sd iFH.ro g rrrjlHh百寸MJ壮士H旦口, CYJL JLw 方寸M月 中113rlFtdL2R.X3X OOk一s.iki-rjR-JL5rtr*1 OImt L. N七但S3KWJLOkm中.千女总RTT与qk工二后巨i满七rt=i三6芦1 J_-1 GN.ZW 士 2：津-r二=tt.cr _a.nrsTO13 ONZ3T CZ Z P Z) BONF 3工力中方如*:U ZLUNN3M i qixi r#内77-&匚三科石首日三壬多LTi dl -rAr*i-rt =feJA-4-v dl -rJ. 二“二】五1 口口ZI w生 WU匚f人0 xr xo c-r-i WR咎匚口 Nur=-i ori r实践拓展在学生宿舍楼、医院病房或多室住宅中，为了管理、联系方便或快速传递信 息，安装对将系统是最有效的方法之一。根据双向语音放大电路可进一步设计出 对讲机，使加以任何一方可用扬声器向对方讲话，或收听对方讲话。（五）项目成果检验R1275klR31RR1R3247。470c47oR22录音机D-30k 1C310.01广，C32T0.01FC21R2力10JC23R23-F Tl_Q-F 10F 30IQ+9V61一 LM324 4A2111510klC241R3447k+9V七RR110klR2470k 1100 11。处 LM324 4A3, “i 11C33 I 470pR3313RP10C3510-F600*+9V1213LA41021635Cba220FCH10C41 rl 10LFC442器吁51PF CDi卜1410+560pFV52/F 074RL8五、项目实施的体会与收获随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设 计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的 单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。 通过这次毕业 设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我 才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习， 努力提高自己知识和综合素质在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步 了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量， 听听不同的看法对我们 更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较 多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。 此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！ 有些东西以为学会 了，但真正到在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过 程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式， 使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我 懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心， 相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力， 使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。六、参考文献1王金旺，张洪润。电工电子技术教程。北京：科学出版社，2007。2刘蕴陶。电工电子技术。北京：高等教育出版社，2009。3中凤琴。电工电子技术基础。北京：机械工业出版社，2012。4晏明军，姚卫华。电工与电子技术项目化教程。北京：中国建材工业出版社， 2012。6余明辉。电工电子实验实训。北京：北京理工大学出版社，2009。7崔爱红，宗云。模拟电子技术项目化教程。青岛：中国海洋大学出版社，20118叶水春。电工电子实训教程。北京：清华大学出版社，2011。9冯奕红。电工电子实验实训指导。青岛：中国海洋大学出版社，2001。10李爱军，任淑。维修电工技能实训I。北京：北京理工大学出版社，2007。11王鼎，王桂琴。电工电子技术。北京：机械工业出版社，2013。12谢演f萍，王金旺。电工电子技术基础。北京：北京交通大学出版社，201013王屹，刘海霞。电工电子技术与应用。北京：中国科技出版社，2010。