模电课程设计报告对讲机放大电路设计

中 原 工 学 院课程设计任务书姓 名程朋学号201000474529班级电气105学院电子信息学院题目对讲机放大电路设计设 计 任 务1、前置放大级技术指标 2.功率放大器（输出级）技术指标电压放大倍数Av=100； 最大输出功率：Pom0.25W；最大输出电压Vo=1V； 负载电阻：RL=8； 频率响应：30Hz30KHz； 失真度：5%；输入电阻：ri15K； 效率：50%；失真度：15K；失真度：15K），输出阻抗也不太低，负载取的电流也不太大（Rl=2K）,因此前置级电路采用共射级电路。由于单级放大器的电压增益为35db左右，考虑到要引入一定深度反馈（一般为1+AF=10），而电路的增益要求为100倍，所以前置级用两级共射级电路组成。静态偏置采用典型的工作点稳定电路。（3）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。本电路级间耦合采用阻容耦合方式。2.确定功率放大器电路方案；功率放大器的电路形式很多，有双电源的OCL互补对称功放电路、单电源供电的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级放大电路，输出级由互补推动输出，工作在甲乙类状态下，得到较大的输出功率。图1-4是一个OTL功放电路，T4是前置放大级，只要适当调节RP11、UB5和UB6达到所需数值，给哦T5、T6提供一个合适的偏置，从而使A点电位UA=UC6=VCC/2.当Ui=Uimsin wt时，在信号的负半周，经T4放大反向后加到T5、T6基级，使T6截止、T5导通，这时有电流通过RL，同时电容C5被充电，形成输出电压U0的正半周波形，在信号的正半周，经T4放大反向后加到T5、T6基级，使T5导通、T6截止，则已充电的电容C5起着电源的作用，并通过RL，T5放点，形成输出电压U0的负半周波形。当Ui周而复始变化时，T5、T6交替工作，负载RL上就可以得到完整的正弦波。为使输出电压达到最大峰值Ucc/2，采用自举电路的OTL功放电路。当Ui=0时，UA=Vcc/2,Ub=Vcc-iR11R2,电容C3两端电压Uc3=UB-UA=Vcc/2-iR11R2.当R11C4乘积足够大时，则可以认为Uc4基本为常数，不随Ui而变化。这样，当Ui为负半周时，T5导通，UA向Vcc/2向更正的方向变化，由于B点电位Ub=Uc4+UA,B点电位也将自动随着A点电位升高，因而，即使输出电压U0幅度升的很高也有足够的电流流过T5基级，使T5充分导电，这种工作方式称为“自举”，意思是电路本身把U0提高了.六计算原件参数 电路方案确定以后，要根据给定的技术要求进行原件参数的选择，在确定原件参数时，可以先从后级开始，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，进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 确定电源电压；为保证输出电压幅度达到指标要求，电源电压Vcc应满足如下要求：Vcc2Vom+VE+VcesVom为最大输出幅度，Vom=1.4V，Ve为三级管发射极电压，一般取13V,Vces为晶体饱和压降，一般却1V。2.前置放大级参数确定1）确定T2级的参数a. 确定T2级发射极，集电极电阻参数及静态工作点；应为T2级是放大电路的输出级，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重点，如图所示。满足条件:Vcc-VCEQ2=ICQ2R8+VE2Vceq2=ICQ2*R8RL/R8+RLVceq2Vom+VcesR9=Ve2/ICQ2指标中，RL=2K,取Ve2=3V，Vces=1V；确定R8=3.5K,R9=1.5K,取标称值，R8=3.3K，R9=1.5K，则静态值Icq=2mA,Vceq2=2.4V.b.确定T2级三级管参数；晶体管的选取主要依据晶体管的三个极限参数：BVceo三极管C-E之间的最大电压VceMAX,Icm三极管工作时的最大功耗Pcmax.由图1-5可知，Ic2的最大值为Icmmax=2Icq2Vce最大值为Vce2max=Vcc根据甲类电路的特点，T2的最大功耗为Pcmax=Vceq2-Icq2因此T2的参数应该满足：BVceo12V，Icm2Icq2=4mA;PcmVceq2*Icq2=4.8mW选用3DG系列小功率三极管可以满足要求，2=80.C确定T2级基级电阻参数；在工作点稳定的电路中，基级电压VB2越稳定，则电路的稳定性越好，因此，在设计电路时应尽量流过基级电阻的电流大些，以满足IRIB的条件，保证VB2不受IB变化的影响。但是IB并不是越大越好，因为IR大，则R6、R7的值必然要小，这时将产生两个问题：第一增加电源的消耗；第二是第二级的输入电阻降低，而第二级的输入电阻式第一级的负载，所以IR太大时，将使第一级的放大倍数降低，为了使Vb2稳定同时第二级的输入电阻又不致太小，一般的技术时，按下式选取TR的值：IR=（5 10）IBQ 硅管IR=（10 15）IBQ 锗管 本电路选用硅管，取 IR= 5 IBQ则b.确定T1级的参数T1级发射极、集电极电阻及静态工作点： 因为T1级是放大器的输入级，其输入信号比较小，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，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，一般对小信号的输入级都不详细计算，而是凭经验直接选取： I CQ1 = 0.11 mA 硅管 I CQ1 = 0.12 mA 锗管如果输入信号较大或输出幅度较大时不能用此方法，而应该具体计算，计算方法与计算第二级的方法相同.确定T1级基级电阻参数：取IR= 10 IBQ1 ，VE1 = 3V 3）耦合电容和旁路电容的选取各级耦合电容及旁路电容应根据放大器的下限频率f1决定。这些电容的容量越大则放大器的低频相响应越好。但容量越大电容漏电越大，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，常凭经验选取：耦 合 电 容 ：2 10 F发射极旁路电容：150 200 F选取耦合电容10 F，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。4）反馈网络的计算根据上述的计算结果，得到电路图1-6，可将电路仿真，如不能达到设计要求，修改电路使其达到设计要求，然后将仿真后的电路安装调试。3、功放级参数的确定（1）确定电源电压：为了保证电路安全可靠地工作，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：Pom=（1.5 2）PO所以最大输出电压应根据Pom来计算，为：其中称为电源利用效率，一般取：=0.6 0.812V的电源可满足放大电路和OTL功率放大电路的要求。（2）功放级参数的确定： 选择合适的功率管，并使两管5=6，参数尽量对称，大功率管还应考虑其环境的温度以及散热片的问题，为了满足电路性能的要求，并便于设计计算本课题功率管选用硅管，其极限参数应满足：PCM PC max = 0.2Pom=0.20.25W=50mW。因此选用一般大功率管三极管可以满足要求。（3）计算推动级参数： 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：确定R15=250 。4取80，电阻 标称值：R15=270、R14=5.1K、RP=10K电位器。（4）确定输出级静态工作点及电组参数：电阻为标称值 ：R11=120，R12=430根据上述计算结果，可以得到功放输出级电路图1-7：C3=10F、C4=10F、C5=470F、Ce4=100F R11=120、R12=430、R13=00、R14=5.1k、R15=270、Rl=8、RP=10K七、对讲机调试方法 1、仿真调试（1）使用仿真软件画出电路原理图，标出节点。（2）对电路进行直流分析，判断放大电路及功放状态。（3）对电路进行交流分析，通过对不同节点的分析观察其幅频特性是否满足设计要求。（4）对电路进行瞬态分析，观察放大级输出的波形，波形不失真，输出电压、带宽等达到要求。调试图如下图一：图二：图三： 经调试图四：图五：2、实际电路调试 在仿真的基础上，焊好电路并检查无误后，即可经行调试。如果设计正确，前置级一般不必调整即可正常工作。3、OTL输出级的简单调整方法 （1）调解Rp使A点电位为vcc/2。 （2）调解R13使Icq4、5=(510)mA其中（1）（2）两步要反复调解，直到达到要求为止。八、问题及解决方法五、调试过程中出现的问题及解决方法电路图设计出来后，接下来的工作变是实验操作，按图接好线后开始验证设计电路的准确性，也就是进行调试。刚开始的时候，电路没有反应，根本不能进行通话的功能，找过来几个同学，但是都没有解决问题，看上去电路硬实没怎么出错，但就是有错误找不出。于是无奈之下跑到图书馆借了相关的参考书，看了好半天也没得到结论。正当我焦头烂额之时，老师发现了我的一出低级错误：二极管接反了。我摸着头，这才发现错误原来这么简单，自己竟然没找出来，不过我很快反应过来，找到了解决的办法：找一个万用表来测试，看用欧姆档时，指针的偏转情况。 完成了第一个调试任务后，我又发现，信号没有放大。当然，理论上错误应该出在功率放大器上。于是我很自然的想到查看功率放大器的组件有没有异常，但令我失望的是测试出来并没有出错。仔细看着图，思索良久，老师讲过电阻的阻值会随温度的升高而增大，那么说电阻在通电后温度也会上升，而且电阻的老化也会影响其阻值的大小，这样一来，电阻的过大会影响放大器，使之失真。因此，我断定问题就出在此处。后来证实确实是这样，解决办法如下： 换掉所有老化的电阻； 进行参数的计算，估算阻值的大小； 使用时，选取比计算值小一点的。 最后还面临了一次调试，那就是电路不稳定所引起的声音忽大忽小。解决的办法就是尽可能的选取直流稳压电源稳定性能好的，再就是选择干扰信号少一点的环境来做。九、心得体会通过一周的模拟电子技术课程设计我才知道自己的专业知识还是多么的薄弱，使我认识到学好专业知识的重要性，而对于我这样的初学者的知识基础较薄弱，对一些应用操作理解起来较为困难，我想要能从整体概念上较好地理解和把握设计原理和思路，不是仅仅靠听别人说自己不动手，买几本培训的书籍、囫囵吞枣地看一遍、然后没有选择的摘录下来就可以大功告成的。因此学习过程中我们应该要注意多做笔记，要注意结合实际应用。因为我们不仅要掌握大量的模拟电子技术应用方面的知识和技能，并且还经常要把这些知识传授给别人。通过模拟电子技术的课程设计，使我体会到了很多道理，也明白了不少事情。刚开始的时候，老师说题目很简单，资料很容易就可以查到，用不了多久就能做出来。于是我在前两天基本上没为我的设计报告做多少事情，因为连我自己也觉得有线对讲机的设计实在是太简单了，就没必要浪费时间查资料了。后来，同组的人说我们的课程设计的电路图很难用模电做出来，她尝试了好多遍了，得到的电路图不是太繁琐就是错误一大堆。这时，我才从懒散中醒悟过来：不能小看任何事情。然后同组的人聚在了一起，讨论电路图出错的草稿有哪些地方错了，哪些地方需要修改，哪些地方需要重新来过。我们为此探讨了整整一天时间，竟然毫无所获。因为在以前的学习中，我们没有设计过电路图，一下子要我们搞个必须用模电知识解决的电路图实在是有点吃不消。但是，我们没有放弃，化整为零：有的去图书馆查资料，有的去上网搜索，还有的就找相关的杂志，剩下的就执笔记下所有查来的信息。最终，皇天不负有心人，经过两人的努力，我们成功的画出了电路图。同时，也使我体会到：团结的力量和坚持不懈的精神的可贵之处。 当然，通过这次实习，对我的影响远不只以上这些，对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！ 它对我在以后的学习和生活中将会起到不可估量的作用。因此，学校安排的这次课程设计的目的显然会在我们这些人上得到体现。最后，我建议学校多搞些这样的设计，在锻炼我们的同时还丰富了我们的生活，还建议在今后的设计报告中，提供一些好的报告让我们参考，谢谢！图EWB