分立元件功放制作.docx

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分立元件功放制作

电力电子技术课程设计

题目：

分立元件功放制作

学生姓名：

指导教师：

院系:

工程技术学院

专业：

电子信息

班级：

学号：

二○一六年六月十五日

摘要

很多场合（如商场、学校、车站、体育场等）都安装有广播系统，它的主要功能是拨那个放音乐、广播通知和要闻，这些广播都含有扩音设备，用以从话筒、等送出微弱信号放大或能推动扬声器发声的大动率信号，本课题提出的扩声电路性能指标比较低，主要采用理论课题里介绍的运算放大继承电路和音频功率放大继承电路来构成扩声电路，这种指标的的扩音器主要在于价格便宜，制作简单，不需要太多昂贵的集成块。

Manyoccasions（suchasstores,schools,railwaystations,stadiums,etc.）areinstalledinthebroadcastingsystem,itsmainfunctionistoputasidethemusic,radioannouncementsandnews,thesebroadcastscontainamplificationequipmentforthemicrophone,andsosendsweakorsignalamplificationcanpushspeakersoundbigmoveratesignal,thispaperproposesPAcircuitperformanceisrelativelylow,themainproblemintheuseofcomputingtheorydescribestheamplificationcircuitinheritanceandsuccessioncircuitaudiopoweramplifiercircuitconstitutedPA,thisloudspeakerindicatorsliesmainlycheap,makingsimple,doesnotrequiremuchexpensivemanifold

关键词：

扩音、音频功放、放大电路

Keywords:

PA,audioamplifier,amplifyingcircuit

目　录

一、前言1

二、　方案设计2

2.1　方案比较与论证2

2.2　方案选择3

三、　单元电路设计3

3.1　前置放大器的设计3

3.2　音调控制器的设计4

3.3　功率输出级的设计5

3.3.1　确定电源电压6

3.3.2　功率输出级设计6

3.3.3　电阻R17～R12的估算7

3.3.4　确定静态偏置电路7

3.3.5　反馈电阻R13与R14的确定7

四、　电路调试8

4.1　前置级调试8

4.2　音量控制器调试8

4.3　功率放大器的调试8

4.4　整机调试9

总　结10

参考文献11

附录1　总电路原理图及PCB板底图12

附录2　元件清明细表14

一、　前言

随着电子技术的飞速发展，话筒扩声电路应用越来越广泛，它的种类也越来越繁多。

功放集成电路是一种大规模的集成电路。

使用功放集成电路，通过简单的外接电路即可获得语音或是各种模拟的声响。

经过功力晶体再把放大的信号.透过扬声器放出声音。

其工作原理是把电气讯号转换为声音讯号的转换器。

扬声器为电子产品之声音输出端的重要零组件，其应用范围广泛，可装置於各型耳机或头机内，如随身听、音响、无线电通讯、多媒体电脑、录音工程或电子字典，用来收听声音与音乐，也可装置於电话自动拨话器，用来打电话。

功放集成电路价格便宜，电路结构简单，工作稳定可靠，耗电省，所以在简单的电子产品中广泛应用。

功放俗称“扩音机”，它的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大，推动音响放声。

一套良好的音响系统功放的作用功不可没。

功放是音响系统中最基本的设备，它的任务是把来自信号源（专业音响系统中则是来自调音台）的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音。

功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。

由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。

二、　方案设计

2.1　方案比较与论证

1．方案一：

电子管功放电路

采用SRPP电路和阴极输出器的级联，两者之间直接耦合成的电子管前级电路。

其功放集成电路内部结构方框图大致如图2-1所示：

阴极输出级

SRPP电路

图2-1　电子管功放电路原理框图

电子管的工作电压比晶体管高得多，前者为数百伏，后者仅需几伏。

显然两者不能直接替换。

第二，电子管依靠阴极受热后发射电子，屏极（阳极）加有高正电压，可以收集这些电子。

如果屏极相对阴极加负电压则屏极排斥电子，没有电流产生，这就是电子管二极管的整流原理。

所以，电子管要工作需要加热，这一般通过给靠近阴极的灯丝通电来实现，否则电子管不能工作。

这也是电子管发热大的原因。

第三，三极管工作原理是在阴极和屏极间用细金属丝网加了一个栅极，屏极加正高压时，栅极上加一个很小的负电压就能够减小屏极电流，达到控制屏极电流的目的。

所以于NPN型晶体管放大电路需要在基极加正向偏置不同，电子管正常工作时栅极和阴极之间的电压是负电压（负栅压）。

在这个电子管前置电路中阴极电流会产生几伏的压降。

由于栅极通过电阻接地，栅极就自然产生了相对于阴极的负栅压。

这种偏置方法还有自动稳定的作用。

例如某外界原因导致阴极电流（就是屏极电流，栅极电流为零）变大，则栅压自动变负，阴极电流又自动变小。

但是高档的电子管放大器不是这样偏置的，因为这样偏置不精确。

它的特点是特高频相应好,当晶体管确定时，分布电容就定了，那么要提高上限频率，只能增大负载电阻。

选用普通电阻自然不能增大太多，否则电路工作点就不对了。

2．方案二：

扩声电路

采用运算集成电路和音频功率放大集成电路设计一个对话筒输出信号具有放大能力的扩声电路。

其电路方框图如图2-2所示：

图2-2　扩声电路原理框图

前置放大主要完成对小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带要宽，噪声要小；音量控制主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减。

2.2　方案选择

扩声电路和方案一比起来,它不需要加热，不需要加那么高的电压，它具有安全的特性。

方案二制作简单音乐集成电路价格便宜，电路结构简单，满足工作稳定可靠，耗电省的要求。

由此，确定该产品采用方案二实现。

三、　单元模块设计

3.1　前置放大器的设计

由于话筒提供发信号非常弱，故一般在音调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频控制器的低音转折频率，上限频率要大于

音频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（及输入短路）时的噪声、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。

其输入阻抗高为104MΩ，输入偏置电流仅有50х10-12A，单位增益频率为4MHZ，转换速率为13V/us，用做音频前置放大器十分理想，其外引线图如图3-1所示

图3-1　LF353外引线图

前置放大电路由LF353组成的两极放大电路完成，如图3-2所示。

第一级放大电路的Au1=10，即1+R3/R2=10，取R2=10KΩ，R3=100KΩ。

取Au2=10（考虑增益余量），同样R5=10KΩ，R6=100Ω。

电阻R1、R2为放大电路偏置电阻，取R1=R4=100KΩ。

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。

3.2　音调控制器的设计

音调控制器的功能是，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行提升或衰减，而中音信号的增益不变，音调控制器的电路结构有多种形式，常用的典型电路结构如图3-3所示。

该电路的音调控制曲线（即频率响应）如图3-4所示。

音调控制曲线中给出了相应的转折频率：

Fl1表示低音转折频率，Fl2表示中音下限频率，F0表示中音频率（即中心频率），要求电路对此频率信号没有衰减和提升作用，Fh1表示中音上限频率，Fh2表示高音转折频率。

图3-3　音调控制器电路

音调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。

3.3　功率输出级的设计

功率输出级电路结构有许多种，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。

为了巩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OCT功率放大器，其电路如图3-11所示，其中由运算放大器组成输入电压放大驱动级，由晶体管VT1，VT2，VT3，VT4组成的复合管为功率输出级。

三级管VT1与VT2都为NPN管，仍组成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只脚决定，为PNP型复合管。

图3-11　功率放大电路

3.3.1　确定电源电压

功率放大器的设计要求是最大输出功率

。

由公式

可得：

可得

。

考虑到输出功率管VT2与VT4的饱和压降和发射极R11与R22的压降，电源电压常取VCC=（1.2～1.5）UOm。

将已知参数带入上式，电源电压选取±12V。

3.3.2　功率输出级设计

1、输出晶体管的选择。

输出功率管VT2与VT4选择同类型的NPN型大功率管。

其承受的最大反向电压为UCEmax=2VCC。

每只晶体管的最大集电极电流为ICmaxVCC/RL=1.5A，每只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β的值尽量对称外，其极限参数还应满足系列关系：

VBRCEO＞2VCC，ICM＞ICmax，PCM＞PCmax，PCM＞PCmax。

根据上式关系，选择功率三极管为3DD01。

2、复合管的选择。

VT1与VT3分别与VT2与VT4组成复合管，它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失，晶体管VT1与VT3的集电极功耗：

PCmax=（1.1-1.5）PC2max/β2而实际选择VT1，VT3参数要大于最大值。

另外为了复合出互补类型的三极管，一定要使VT1，VT3互补,其要求尽VT3称性好。

可选用VT1为9013，VT3选用9015。

3.3.3　电阻R17～R12的估算

R18与R20用来减小复合管的穿透电流，其值过小会影响复合管的稳定性，太大又会影响输出功率，一般取R18=R20=（5－10）Ri2。

Ri2为VT2管的输入端等效电阻，其大小可用公式Ri2=rbe+（1+β2）R21来计算，大功率管的rbe约为10Ω，β为20倍。

输出功率管的发射极电阻R21与R22起到电流的负反馈作用，使电路的工作更加稳定，从而减少非线性失真。

一般取R21=R22=（0.05～0.1）RL。

由于VT1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=R18∥Ri2。

根据以上条件，选择电路元器件值为：

R21=R22=1Ω，R18=R20=270Ω，R17=R19=30Ω。

3.3.4　确定静态偏置电路

为了克服交越失真，由R15，R16，RP3和二节管VD1，VD2共同组