音频放大电路的设计

精选优质文档-倾情为你奉上音频放大电路的设计 目录 音频放大电路仿真设计. 2 1、设计指标要求. 2 2.设计目的. 2 3、设计步骤和方法. 2 3.1、选择电路方案. 2 3.2、计算元器件参数. 3 3.2.1确定电源电压EC： . 3 3.2.2确定T2的集电极电阻R8和静态工作电流ICQ2。 . 3 3.2.3确定T2发射级电阻R9： . 4 3.2.4确定晶体管T2： . 4 3.2.5确定T2的基极电阻R6和R7 . 4 3.2.6确定T1的静态工作点 ICQ1；VCEQ . 5 3.2.7确定T1管的集电极电阻R3，发射级电阻R4、 R5： . 5 3.2.8选择T1管 . 6 3.2.9T1管基极电阻的选取 . 6 3.2.10耦合电容和旁路电容的选取. 6 3.2.11反馈网络的计算 . 7 3.2.12.电路仿真图形. 7 4、验证论参.9 4.1验证静态工作点. 9 4.2.计算输入电阻、输出电阻及电压放大倍数. 10 5、对收音机放大电路的调试 . 11 6组装收音机的心得体会. 11 7、元器件表. 11 音频放大电路仿真设计 1、设计指标要求 1、电压放大倍数：Au=102 2、最大输出电压：Uo=1.5V 3、频率响应：30Hz30kHz 4、输入电阻：ri>15k 5、失真度：<10% 6、负载电阻：RL=2k 7、电源电压：EC=12V 2.设计目的 1. 培养大学生的实际动手操作能力 2 .训练毅力和耐心。培养独立思考问题的能力。 3. 较好的把握电路图和实物之间的联系，并且会对造电路图检测错误。 4.根据原理图测出静态工作点。 3、设计步骤和方法 3.1、选择电路方案 收音机放大电路的框图如下图所示，根据设计指标选择多级放大电路，前置级为电压放大，输出级为功率放大，主要对前置级电压放大电路进行设计。 电路方案的确定包括以下几个方面内容： （1）根据总的电压放大倍数，确定放大电路的级数。 （2）根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定电路晶体管的组态及静态偏置电路。 （3）根据三种耦合方式的不同特点，选用适当的耦合方式。 2 3.2、计算元器件参数 3.2.1确定电源电压EC： 为保证输出电压幅度能达到指标要求，电源电压EC应满足如下要求： 如图1： 图1 电源电压波形 EC>2Vom+VE+VCES Vom?2 Vo式中：Vom为最大输出幅度 VE为晶体管发射级电压，取VE=3V。 VCES为晶体管饱和压降，取VCES=1V。 指标要求的最大输出电压Vo=1.5V，给定电源电压EC=12V，可以满足要求。 3.2.2确定T2的集电极电阻和静态工作电流： 因为这级的输出电压比较大，为使负载得到最大幅度的电压，静态工作点应 设在交流负载线的中点。如图2所示。 由图可知，Q点在交流负载线的中点，因此的T2静 态工作点满足下列条件。 由图2：EC?VCEQ2?ICQ2R8?VE2? R8?RL?由图3：VCEQ2?ICQ2?(1-1) R8?RL 在晶体管的饱和区和截止区，信号失真很大，为了使电路 不产生饱和失真和截止失真，VCEQ2应满足： 2 图2 T2静态工作点 3 VCEQ2>Vom+VCES (1-2) 由（1-1）式消去ICQ2并将（1-2）式代入可得： E? VE2 R8?(C?2)RLVom?VCES 取VE=3V；VCES=1V 则： 12?3 R8?(?2)?2k?1.6k?3?2?1 取R8=1.6k? 图3 静态工作点分析图 由（1-1）式消去VCEQ2可得： EC?VE212?3 ICQ2?3.12mAR8?R8/RL(1.6?1.6/2)k 3.2.3确定T2发射级电阻： VE23VR?0.96? 9ICQ23.12mA 取R9=0.96k? 3.2.4确定晶体管T2： 选取晶体管时主要依据晶体管的三个极限参数： BVCEO>晶体管c-e间最大电压VCEmax（管子截止时c-e间电压） ICM>晶体管工作时的最大电流ICmax（管子饱和时c-e回路电流） PCM>晶体管工作时的最大功耗PCmax 由图1可知：IC2最大值为IC2max=2ICQ2 VCE的最大值VCE2max=EC 根据甲类电路的特点，T2的最大功耗为：PCmax=VCEQ2ICQ2 因此T2的参数应满足： BVCEO>EC=12V ICM>2ICQ2=6.24mA PCM> VCEQ2ICQ2=9.73mW 选用S9011，其参数满足，=100 3.2.5确定T2的基极电阻： 在工作点稳定的电路中，基极电压VB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R6和R7的IR 大些，以满足IR>>IB的条件，保证VB不受IB变化的影响。但是IR并不是越大越好，因为IR大，则R6和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；第二使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 4 而第二级的输入电阻是第一级的负载，所以IR太大时，将使第一级的放大倍数降低。为了使VB稳定同时第二级的输入电阻又不致太小，一般计算时，按下式选取IR的值： IR=（510）IBQ 硅管 IR=（1015）IBQ 锗管 本电路T2选用的是硅管，取IR=5IBQ 则：由图4知： VBQ2VE2?VBE23?0.7 R7?23.7k?II5IRRBQ ER6?C?R7?53.2k? IR 取：R7=24k；R6=51k。 图4 基极电阻R6.R7分析图 3.2.6确定T1的静态工作点 ： 因为第一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。主要应考虑如何减小噪声，因输入级的噪声将随信号一起被逐级放大，对整机的噪声指标影响极大。晶体管的噪声大小与工作点的选取有很大的关系，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，一般对小信号电路的输入级都不详细计算，而是凭经验直接选取： ICQ1=0.11mA 锗管 ICQ1=0.12mA 硅管 VCEQ=（23）V 取Icq1=0.5mA,VCE1=3V 3.2.7确定T1管的集电极电阻，发射级电阻 ： 由图5知： EC?(VE1?VCEQ1) R3?ICQ1 取：VE1=3V；VCEQ1=3V；ICQ1=0.5mA 则： 图5电阻R3.R4.R5分析图 ( 12 ?3?3)VR?12k?3 0.5mA 取：R3=12k V 3 V E1R4?R5 ?6k? ICQ10.5mA 取：R4=56；R5=5.6k 5 3.2.8选择T1管 选取原则与T2相同：BVCE0Ec=12V； ICM0.5mA； PCM1.5mW，根据现有条件选用S9011。=100 3.2.9T1管基极电阻的选取 取：IR=5IBQ，VE1=3V 由图6知； V?VBE13?0.7 R2?E1?148k?0.55IBQ1 5?100 EcR1?R2?332k? IR 取：R1=150k；R2=330k 图6 T1管电阻选取分析图 3.2.10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。在设计时一般按下式计算： 1C1? 2?fl(Rs?ri1) 其中：RS是信号源内阻，ri1是第一级输入电阻。 1C2? 2?fl(r01?ri2) 其中：r01是第一级输出电阻，ri2是第二级输入电阻。 1 C3?2?fl(ro2?RL) 其中：ro2是第二级输出电阻。 ?1Ce1? 2?fl(rbe1?1R4) ?2Ce2? 2?fl(Rb?rbe2) 其中：Rb=R6/R7/R3 由于这些公式计算繁琐，所以在工程计算中，常凭经验选取： 6 耦合电容：210F 发射极旁路电容：150200F 现在用第二种方法确定C1、C2、C3、Ce1和Ce2 取：C1=C2=C3=10F Ce1=Ce2=100F 电容器的耐压值只要大于可能出现在电容两端的最大电压即可。 3.2.11反馈网络的计算 根据深反馈的计算方法，由图7知： 图7 深反馈网络图 Rf?R41?vf?102Fvv R4 Rf=102R4-R45.656k 取： Rf=5.6k，Cf=10F 3.2.12.电路仿真图形 用EWB做出仿真电路如下图所示： 7 图8 EWB电路仿真图 利用双踪示波器 作出电路的仿真波形图如下： 图9 EWB示波器输入输出波形图 8 图10 幅频响应波形图 幅频特性：随着频率的增加，电压幅值也随之增加。当频率达到100Hz时，幅值趋于稳定。 相频特性：随着频率的增加，相位角随之减小。当频率达到1KHz时，相位角趋于稳定。 4.设计参数的理论验证 4.1验证静态工作点 两管直流通路如下图： 9 图11 T1管静态图 图12 T2管静态图 根据静态分析图静态工作点图分析如下 求得T1,T2管的静态工作点 IB1=0.005mA IC1=0.5mA VCE1=3V IB2=0.0312mA IC2=3.12mA VCE2=3.12V 4.2.计算输入电阻、输出电阻及电压放大倍数 根据小信号模型法，其小信号模型图 如下 图13 电路小信号模型图 计算输入电阻、输出电阻及电压放大倍数 ri1= 5.23K ro1=12K Av1=-126.6 ri2=0.98K ro2=1.25 Av2=-120.2 Av=Av1Av2 =15217.3 AV AVf? 1?AVF Avf=99.3 rif?(1?AVF)ri10 5.对收音机放大电路的调试 1.在电路；连接完成后，把电池安装上，把开关打开，开始没有声音，调节后发现出声。 2.调节频率信号比较强烈后，再调节T3中周信号由小到大，再调节中周（绿）信号由小到大，然后调节中周信号（黑）信号由小到大即可。 3.调节到不同的频率，反复操作2步骤2-3次。 6组装收音机的心得体会 通过音频放大电路设计学到如何设计电路，使我能更灵活应用所学的知识组装收音机，培养我们的动手能力。 通过老师的认真讲解，我深刻的认识到这门课对我们很重要，尤其我们学的是工科，动手能力对我们来说十分的重要，这不仅对我们学习这门课更重要的是在我们工作过程中动手能力是很重要的。通过这次收音机安装，调试过程使我初步体会到电子技术这一门课程对于我们专业的重要，更重要的是我们要在这个过程中养成严谨认真的态度。在这之中我们要时刻保持我们的注意力，认真的听老师讲的每一个细节问题，比如电容的正负极，二极管的阴阳极的问题。让我知道了做设计时我们应该保持认真的，严谨的态度，不急不躁，认认真真做好每一步。 电工电子实习，是以学生自己动手为主，掌握一定操作技能并亲手设计、制作、组装与调试为特色的课程。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神，。作为信息时代的大学生，仅会操作鼠标是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。这不仅在学习中是我们更深刻的了解理论知识，也能使我们在以后的工作中能够熟练的运用我们所学的知识。 从这次学习中所得的收获： 1、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、收音机的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义。 2、对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如在焊接芯片时，怎样把那么多脚分开焊接对我们来说是个难题，可是经过训练后，我们做到了。虽然在实习中会遇到难题，但是从中我学到了很多，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向，增进专业知识的强化 7、AM收音机元器件表 简介：该收音机我六管中波段袖珍式半导体收音机，体积小巧，外形美观，音质清晰，洪亮，噪声低，携带使用方便，采用可靠的全硅管线路，具有机内磁 11 性天线，收音效果良好，并设有外界耳机插口。 表（1） 表（2） 12 13专心-专注-专业