模电课程设计报告扩声电路

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1、-电子工程系课程设计 专业名称： 电子工程系 课程名称： 模拟电路课题设计 课题名称： 扩 声 电 路 设计人员： 指导教师： 年 月 日课程设计报告书评阅页课题名称：班 级：姓 名： 年 月 日指导教师评语：考核成绩： 指导教师签名：2011 年 月 日课程设计任务书一、课题名称：扩声电路二、技术指标要求： 最大输出功率为8W。 负载阻抗为8。 非线性失真系数不大于3%。 具有音频调节功能，即用两只电位器分别调节高音和低音。 输出功率的大小连续可调，即用电位器调节音量的大小。 频率响应：当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位置时，-3dB的频带围是80HZ至6kHZ。 输入信号源为话筒输入

2、，输入灵敏度不大于20。 输入阻抗不小于50K 输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mV，直流输出电压不超过50mV，静态电源电流不超过100mV。指导教师：学 生：电子工程系年 月 日【摘要】在很多场合如商场、学校、车站、体育馆等都安装有播送系统，它的主要功能是播放背景音乐、播送通知和要闻。这些播送系统都含有扩声设备，用以把从话筒、录放卡座、CD机送出来的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号。根据实际需要和放大器件的不同，扩声电路的设计也有很多种类。作为电子设计线路的课程设计，我们将采用采用理论课程里介绍的运算放大集成电路和音频功率放大集成电路来构成扩声电路。On many o

3、ccasions (like market, school, station, stadium, etc) DouAn equipped with broadcasting system, its main function is to play background music, radio notice and headline news. These radio systems contain amplification equipment to the microphone, recording gets stuck, from CD to send out faint signals

4、 can promote enlarged speaker voice the high-powered signal. According to the actual needs of the device and magnified different, amplifying circuit design also has many types. As electronic design the circuit design of the course, we will use the theory in the course of operation amplifier is intro

5、duced of integrated circuits and audio power amplifier integrated circuit to form amplifying circuit. 【关键字】功率放大系数、集成运放放大器、低频和高频、频率响应、衰减和提升。目录【摘要】- 4 -第1节扩声电路的设计- 6 -一、目的- 6 -二、设计任务和要求- 6 -三、根本原理概述- 7 -四、元器件清单- 7 -第2节扩声电路各单元电路设计- 8 -一、前置放大器的设计- 8 -二、音调控制器的设计- 9 -三、功率输出级的设计- 10 -第3节、调试要点- 14 -一. 前置级调试

6、- 14 -二. 音调控制器调试- 14 -三. 功率放大器调试- 14 -四. 整机调试- 14 -附录一- 16 -附录二- 17 -附录三- 18 -心得体会- 19 -参考文献:- 20 -第1节 扩声电路的设计一、目的 掌握一些集成运放电路的使用。 掌握熟悉功率放大电路的设计。 了解什么是前置放大。 音频控制器的设计、功率输出级的设计等模电知识。二、设计任务和要求 最大输出功率为8W。 负载阻抗为8。 非线性失真系数不大于3%。 具有音频调节功能，即用两只电位器分别调节高音和低音。 输出功率的大小连续可调，即用电位器调节音量的大小。 频率响应：当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位

7、置时，-3dB的频带围是80HZ至6kHZ。 输入信号源为话筒输入，输入灵敏度不大于20。 输入阻抗不小于50K 输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mV，直流输出电压不超过50mV，静态电源电流不超过100mV。三、根本原理概述扩声电路实际上是一个典型的多级放大器。其原理如下列图所示。前置放大主要完成对小信号的放大，一般要求输入高阻抗，输出低阻抗，频带要宽，噪声要小；音频控制主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率、非线性失真系数等指标，要求效率高、输出功率大。设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进展具体

8、的设计。因为P0max=8W，所以此时的输出电压U0=。要使输入为5mV的信号放大到输出的8V，所需要的总放大倍数为Au=u0/ui=8V/5mV=1600三、元器件清单元器件名称 参数数量元器件名称 参数数量元器件名称 参数数量 LF3532 电阻100K5 电位器4702三极管90131 电阻10K2 电位器4.7K1三极管90151 电阻22K1 电位器1K1三极管 3DD012 电阻51K3二极管IN41482 电阻18K1电解电容 10uF2 电阻15k1电解电容 100uF3 电阻1k1电解电容0.01uF2 电阻11K2电解电容 4.7uF1 电阻302瓷片电容 330uF1 电

9、阻2702瓷片电容 100pF1 电阻12瓷片电容 0.1uF1 电阻271第2节 扩声电路各单元电路设计一、前置放大器的设计由于话筒提供的信号非常微弱，故一般在音频控制器前面要加一个前置放大器。该前置放大器的下限频率要小于音调控制器的低音转折频率，上限频率要大于音调控制器的高音转折频率。考虑到所设计电路对频率响应及零输入即输入短路是的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器LF353。它是一种双路运算放大器，属于高输入阻抗低噪声集成器件。其输入阻抗高位10000M，输入偏置电流仅有50x10-12A，单位增益频率为4MHz，转换速率为13V/us，用作音频前置放大器十分理想。其外

10、引线图如左所示。前置放大电路由LF353组成的两级放大电路完成，如下列图所示。第一级放大电路的Au1=10，即1+R3/R2=10，取R2=10K，R3=100K。取Au2=10考虑增益余量，同样R5=10K，R6=10K。电阻R1，R4为放大电路偏置电阻，取R1=R4=100K。耦合电容C1与C2取10uF，C4与C11取100uF，以保证扩声电路的低频响应。其他元器件的参数选择为：C3=100pF，R7=22K。电路电源为12V。二、音调控制器的设计音频控制器的功能是根据需要按一定的规律控制、调节音响放大器的频率响应，更好地满足人耳的听觉特性。一般音调控制器只对低音和高音信号的增益进展提升

11、和衰减，而中音信号的增益不变。音调控制器的电路构造有很多形式，我们选用最常见的电路构造如下。、音频控制器的设计主要是根据转折频率的不同来选择电位器、电阻及电容参数。1低频工作时元器件参数的计算。音频控制器工作在地音频时即ffL，由于电容C5C6=C7，故在低频时C5可看成开路，音调控制电路此时可简化为下列图a，b所示。图a所示为电位器RP1中间抽头处在最左端，对应于低频提升最大的情况。图b所示为电位器RP1中间抽头处在最右端，对应于低频衰减最大的情况。本设计要求中频增益为Ao=10dB，且正在100Hz处有12dB的调节围。故当增益为0dB时，对应的转折频率为400Hz因为从2dB到0dB对应

12、两个倍频程，所以对应频率是2X2X100Hz=400Hz，该频率既是中音下限频率fL2=400Hz。最大提升增益一般取10倍，因此音调控制器的低音转折频率fL1=fL2/10=40Hz。电阻R8，R10及RP1的取值围一般为几千欧姆到数百欧姆。假设取值过大，那么运算放大器的漏电流的影响变大；假设取值过小，那么流入运算放大器的电流将超过其最大输出能力。这里取RP1=470K。由于Ao=1。故R8=R10。又因为wL2/wL1=(RP1+R10)/R10=10,所以R8=R10=RP1/10-152K，取R9=R8=R10=51K。电容C7可由式1/2fL1XRP1求的：C7=0.0085uF，取

13、0.01uF。三、功率输出级的设计 功率输出级电路构造有许多种形式，选择由分立元器件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可。为了稳固在电子线路课程中所学的理论知识，这里选用集成运算放大器组成的典型OCL功率放大器，其电路如图6.10所示。其中由运算放大器组成输入电压放大驱动管，由晶体管VT1,VT2.VT3,VT4组成的复合管为功率输出级。三极管VT1与VT2都为NPN型的复合管。VT3与VT4为不同类型的晶体管，所组成的复合管导电极性由第1只管决定，为PNP型复合管。（1） 确定电源电压Vcc。功率放大器的设计要最大输出功率Pomax=8W。由式Pomax=12 可得：uomax=2Pom

14、axRL。考虑到输出功率管VT2与VT4的饱和压降和发射极电阻R21与R22d的压降，电源电压常取：Vcc=1.21.5Uom。将以知参数带入上式，电源电压取1.2V。（2） 功率输出级设计：1. 输出晶体管的选择。VT1与VT4选择同类型的NPN型大功率管。其承受的量最大反向电压为Ucemax=2Vcc。每支晶体管的最大集电极电流为Icmax=VccRL1.5A；每支晶体管的最大集电极功耗为：Pcmax=0.2Pomax=1.6W。所以，在选择功率三极管时，除应使两管B的值尽量对称外，其极限参数还应满足系列关系：VBRCEO2Vcc，IcmIcmax，PcmPcmax。根据上式关系，选择功率

15、三极管为3DD01。2. 复合管的选择。VT1与VT4组成复合管，他们承受的最大电压均为2Vcc，考虑到R18与R20的分流作用和晶体管的损耗，晶体管VT1与VT3的集电极功耗为：Pcmax1.11.5Pc2maxB2，而实际选择VT1，VT3的参数要大于其最大值。另外为了复合出互补类型的三极管，一定要使VT1,VT3互补，且要求尽可能对称性好。可选用VT1为9013，VT3选用9015.3. 电阻R17R22的估算。R18与R20用来减小复合管的穿透电流，其值太小会影响复合管的稳定性，太大又会影像输出功率，一般取R18=R20=(510)ri2.ri2为VT2管的输入端等效电阻，其大小可用公

16、式ri2=rbe2+1+B2R21来计算，大功率管的 rbe约为10欧姆，B 为20倍。输出功率管的发射极电阻R21与R22起到电流的负反应作用，是电路的工作更加稳定，从而减少非线性失真，一般取R21=R22=(0.050.1)RL。由于VTI与VT3管的类型不同，接法也不一样，因此两只管子的输入阻抗不一样，这样加到VT1与VT3管基极输入端的信号将不对称。为此，增加R17与R19作为平衡电阻，使两只管子的输入阻抗相等。一般选择R17=R19=R18ri2。根据以上条件，选择电路元器件值为R21=R22=1欧 R18=R20=270 R17=R19=30确定静态偏置电路。为了克制交越失真，由R

17、15,R16,RP3和二极管VD1,VD2共同组成两对复合管的偏置电路，使输出级工作于甲乙类状态。R15与R16的阻值要根据输出级输出信号的幅度和前级运算放大器的最大允许输出电流来考虑。静态时功率放大器的输出端对地的电流应为0VT1与VT3应处于微导通状态，即u0=0V。运算放大器的输出电位u030V，假设取电流I0=1Ma,Rrp3=0，RP3用于调整复合管的微导通状态，其调节围不能太大，可采用1K欧左右的精细电位器，其初始位置应调在0阻值，当调整输出级静态工作电流或者输出波形的交越失真时再逐渐增大阻值，那么 I0Vcc-UdR15+Rrp3=Vcc-UdR15=12-0.7R15 所以R1

18、5=11.3K欧，取R15=11K欧。为了保证对称，电阻R16=11K欧，Rrp3=1K欧。电路中的VD1与VD2选为1N4148.5 为了反应电阻R13与R14确实定。在这里，运算放大器选用LF353，功率放大器的电压增益可表示为：Au=1+(R13+Rrp4)R14=20.取R14=1K欧，那么R13+Rrp4=19K欧，为了使功率放大器增益可调，取R13=15K欧，Rrp4=4.7K欧。电阻R12是运算放大器的偏置电阻，电容C8是输入耦合电容，其容量大小决定了扩声电路的下线频率。取R12=100K,C8=100皮法。并连在扬声器两端的R23与C10消网络，可以改善扬声器的高频响应。这里取

19、R23=27，C10=0.1一般取C9=4.7皮法。功率输出级电路设计原理图第3节、调试要点上图为扩声电路PCB图，在调试安装前，首先将所选用的电子元器件测试一遍，以确保元器件完好。在进展元器件安装时，布局要合理，连线应尽可能短而直，所用的测量仪器也要准备好。一. 前置级调试当无输入交流信号时，用万用表分别测量LF353的输出电位，正常时应在0V 附近。假设输出端滞留电流为电源电压值时，那么可能运算放大器已坏或工作在开环状态。输入端参加ui=5mV，f=1000HZ的交流信号，用示波器观察有无输出波形。如有自激震荡，应首先消除。当正常工作后。用交流毫伏表测量放大器的输出，并求其电压放大倍数。输

20、入信号幅值保持不变，改变其频率。测量幅频特性，并画出幅频特性曲线。二. 音调控制器调试静态测试同上动态调试：用低频信号发生器在音调控制器输入400mV的正弦信号，保持幅值不变。将低音控制电位器调到最大提升，同时将高音控制电位器调到最大衰减，分别测量其幅频特新曲线；然后将两个电位器的位置调到相反状态，重新测试其幅频特新曲线。假设不符合要求，应检查电路的连接、元器件值、输入输出耦合电容是否正确、完好。三. 功率放大器调试静态调试：首先将输入电容C8输入端对地短路，然后接通电源，用万用表测试Uo，调节电位器RP3，使输出的电位近似为0.动态调试：在输入端接入400mV。1000Hz的正弦信号，用示波

21、器观察输出波形的失真情况，调整电位器RP3使输出波形交越失真最小。调节电位器RP4使输出电压的峰值不小于11V，以满足输出功率的要求。四. 整机调试将三级电路连接起来，在输入端连接一个话筒，此时，调节音量控制电位器RP4，应能改变音量的大小。调节高、低音控制电位器，应能明显听出高、低音调的变化。敲击电路板应无声音连续和自激现象。附录一附录二扩声电路总体设计原理图，PCB图见下附录三3D安装原理对照图心得体会在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，

22、这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不管是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助，我相信，通过这次的课程设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精。同时，通过本次课程设计，稳固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、缺乏，以便于在日后的学习中得以改良、提高；通过使用电路CAD 软件Protel DXP , 也让我们了解到计算机辅助设计(CAD)的智能化,有利于提高工作效率。参考文献:1) 元挺.电子技术技能训练.：高等教育，20022) 戴伏生.根底电子电路设计与实践.:国防工业，20023) 福. 电子电路设计与实践.:科学技术20014) 高桔祥.电子技术根底实验与课程设计.:电子工业，19955) 梁宗善.电子技术根底课程设计.:华中理工大学，19956) 燕，爱明. Protel设计实例.:机械工业，2000. z.