江苏大学电子技术课程设计.docx

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江苏大学电子技术课程设计

模拟电子技术课程设计报告

设计题目：

全集成电路高保真扩音机的设计

专业班级自动化0902

学号

学生姓名

指导教师

设计时间：

2011年12月26日—2011年12月30日

目录

1、概述........................................3

1.1、目的...............................................3

1.2、课程设计的组成部分.................................3

2、全集成电路高保真扩音机的设计的内容...............3

3、设计方案.....................................4

4、单元电路设计及具体参数..........................5

4.1、前置放大级设计..............................5

4.2、音调控制器设计..............................6

4.3、功率输出级设计..............................10

5、电路分级调试................................13

6、总体电路图形设计及所需元器件................16

7、所遇到的问题及解决方法.......................19

8、体会收获及建议...................................19

9、参考文献.........................................21

1、概述

1.1、目的

课程设计的目的在于巩固和加强电子技术理论学习，促进其工程应用，着重于提高学生的电子技术实践技能，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，了解开展科学实践的程序和基本方法，并逐步形成严肃、认真、一丝不苟、实事求是的科学作风和一定的生产观、经济观和全局观。

1.2、课程设计的组成部分

（1）、前置放大级

（2）、音调控制器

（3）、功率输出级

2、全集成电路高保真扩音机的设计的内容

主要技术指标：

（1）最大不失真输出功率Pom>5W。

（2）负载阻抗RL=4Ω。

（3）频率特性（功率放大电路）60Hz～1kHz。

（4）音调调节特性低音100Hz±12dB

高音10kHz±12dB。

（5）输入敏度小于5mV。

3、设计方案

扩音机实际是一个典型的多级放大器其原理框图如图1所示。

其要完成对小信号的放大。

一般要求输入阻抗要高，输出阻抗要低，频带宽度要宽，噪声要小。

音调控制级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、失真小，输出功率大。

首先根据技术指标要求，对整机电路作适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计计算。

功率放大

音调控制

前置放大

图1扩音机方框图

要求最大不是真输出功率大于5瓦特，我选定为16瓦特，此时的输出电压为:

Vo=

=8v

要是输入的电压为5mv的信号放大到8v，所需要的总放大倍数为：

Av

扩音机各级增益的放大倍数分配为：

前置级为80倍，音调控制级为1倍，功率放大级为20。

4、单元电路设计

4.1、前置放大级设计

由于信号源提供的信号非常微弱，故一般在音调控制器前面要加一级前置放大级。

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，前置放大器的上限频率要大于音调控制器的高音转折频率。

前置放大器采用集成运算放大器电路，具体电路如图2所示。

+15V

vic13C2+7C5

21vo1

R1-R3R4R6

R2C3R5R7

C4

图2前置放大器电路

元器件参数的选择：

考虑到对噪声、频率响应的要求，运算放大器选用LF353双运放，该运放是场效应管输入型高速低噪声集成器件。

其输入阻抗极高，输入偏置电流仅有50A，噪声电压为16μV/

/_D_Dd__________ƳɉϨϨ________________

前置级由LF353组成两级放大器完成。

第一级放大器的Av1=10,即1+

=10，取R2=10KΩ,R3=100KΩ。

取Av2=10（考

虑增益余量），同样R5=10KΩ，R6=100KΩ。

电阻R1，R4为放大器的偏置电阻，取R1=R2=100KΩ。

耦合电容C1，C2取10μF,C4，C5取100μF，以保证扩音机的低频响应。

4.2音调控制器设计

音调控制器的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，达到美化声色的目的。

一般音调控制器只对低音和高音信号的增益进行提升和衰减，而中音信号的增益不变。

音调控制器的电路形式有多种形式，常用的典型电路结构如图3所示。

图4中给出了相应的转折频率：

fL1-低音转折频率。

fL2-中音下限频率。

f0-中心频率（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-中音转上限折频率。

fH2-高音转折频率。

R8RW1R10

C6C7

R9

VO1C5VO2

R11

RW2

图3音调控制器电路结构

dB

20

10

20401002004001k2k4k10k20k40k100kf（Hz）

-10

-20

图4音调控制器频率响应曲线

音调控制器的设计主要根据要求的不同转折频率，选择电位器、电阻及电容值。

（1）低频工作时元件参数的计算

音调控制器工作在低音频时（即f

V01R8C7

RW1R10

R9

VO2

图5（a）低频提升

图5（a）为电位器RW1中间抽头处于最左端，对应于低频提升最大的情况。

VO1C6

R8RW1R10

R9

V02

图5（b）低频衰减

图5（b）为电位器RW1中间抽头处在最右端，对应于低频衰减最大的情况。

（a）低频提升

由图5（a）可求出提升电路的频率响应函数为：

A（jw）=-

式中：

C7RW1,

=（RW1+R10）/（C7RW1R10）。

上式的幅频响应曲线如图6所示。

当频率远小于fL1时，电容C7近似为开路，此时增益为：

AL=

当频率升高时，C7的容抗减小，当频率远远大于fL2时，C7近似为短路，此时的增益为：

A0=

dB20

12

0

2040100200400f（Hz）

图6低频提升电路的幅频特性

在fL1

本设计要求在100Hz处有±12dB的调节范围，故当增益为0dB时，对应的转折频率为400Hz。

该频率即中音下限频率fL2=400Hz。

最大提升频率一般取10倍，因此音调控制器的低音转折频率fL1=fL2/10=40Hz。

电阻R8、R10、RW1的取值范围一般为几kΩ到几百kΩ。

若阻值取得过大，运算放大器的漏电流的影响变大；若取值过小，流入运算放大器的电流将超过其最大输出能力，这里去RW1=470kΩ。

由于A0=1，故R8=R10。

又因为wL2/wL1=（R10+RW1）/R10=10,所以R8=R10=RW1/（10-1）=52kΩ,取R8=R10=R9=51kΩ。

电容C7可由下式求得：

C7=1/（2

D_Dd__________ŷĬϨϨ__________

（b）低频衰减

在低频衰减电路中，如图5（b）。

若取电容C6=C7，则当频率f

fL1时，电容C6近似开路，此时电路增益为：

AL=

。

当f

fL2时，电容C6近似短路，此时电路增益为：

AL=

。

可见低频端最大衰减倍数为1/10（-20dB）。

（2）高频工作时元件参数的计算

音调控制器在高频段工作时：

电容C6，C7可视为短路，调节RW2可使高音的放大倍数得到提升和衰减。

经计算，R11=18kΩ，C5=330（pF）,RW2=470kΩ。

4.3功率输出级设计

图7功率放大器电路

功率输出级电路结构有许多形式，根据在模拟电子技术课程上所学的知识，我选用集成运算放大器组成典型OCL功率放大器，其电路图如图7所示。

（1）确定电源电压VCC

为了使功率放大器达到设计输出功率16W的要求，同时又保证电路的安全可靠工作，电路的最大输出功率应比实际设计指标大些，一般取POM=（1.5

/^/_D_

POM=

所以UOm=

考虑到输出功率管T2，T4的饱和压降和发射极电阻R8、R9的压降，电源电压常取

VCC=（1.2

UOm

将已知参数带入上式，电源电压取：

18V。

（2）功率输出级设计

1.输出晶体管的选择。

在选择功率三极管的时候，除应使两管的β值尽量对称外，其极限参数应满足系列关系：

U（BR）CEO>2VCC

ICM>ICmax

PCM>PCmax

2.复合管的选择。

T1、T3分别与T2、T4组成复合管，它们承受的最大压力均为2VCC，考虑到R18、R20的分流作用和晶体管的损耗，晶体管T1、T3的集电极最大电流近似为：

ICmax

晶体管T1、T3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，一定使T1、T3互补，且要尽可能对称性好。

3.电阻R17

D_Dd_____

R18、R20用来减少复合管的穿透电流，其值太小会影响复合管的稳定性，太大会影响输出功率，一般取R18=R20=

D_Dd__________؉ĻϨϨ________________D_Dd__________–ĝϨϨ_____

输出功率管T2、T4的发射极电阻R21、R22起到电流负反馈作用，使电路的工作更加稳定，减少非线性失真。

一般取R21=R22=

D

由于T1、T3管的类型不同，接法也不一样，因此两管的输入阻抗不一样，这样会使加到T1、T3管基极输入端的信号将不对称。

为此，加R17、R19作为平衡电阻，使两管的输入阻抗相等，一般选择R17=R19=R17//Ri2。

根据以上条件，电路选择元件值为：

R18=R20=240Ω，R21=R22=1Ω，R17=R19Ω。

4.确定偏置电路。

为了克服交越失真，二极管D1、D2和R15、R16、RW3共同组成输出级的偏置电路，使输出级工作于甲乙类状态。

R15、R16的阻值要根据输出级输出信号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电位应为零，即V0=0V，运算放大器的输出电位V03

0V，若取电流I0=1mA,RW3=0Ω,则

I0

==

所以R15=17.3kΩ，取R15=18kΩ。

为了使静态工作点能在一定范围内调节，取RW3=1kΩ。

为了保证对称，电阻R15=R16=18kΩ。

5.反馈电阻R13、R14的确定

功率放大器的电压增益可表示为：

AV==20，取

R14=1kΩ，则R13+R14=19kΩ，为了使功率放大器增益可调，取R13=15kΩ，RW4=5kΩ。

电阻R12是运算放大器的偏置电阻，电容C8是输入耦合电容，其容量大小决定扩音机的下限频率。

取R12=100kΩ，C8=100μF。

并联在扬声器两端的R23，C10消振网络，可以改善扬声器的高频响应。

5.电路调试

1、前置放大级测试

输入信号Vi=5mV，f=1000Hz,第一级输出端电压V1=0.467V，则第一级增益为A1=V1/Vi=93.4。

达到设计要求。

第一级输出电压波形：

2、音调控制级

将第二级与第一级连起来，输入电压不变，测得第二级输出端电压为V2=0.467V,则第二级增益A2=1，即第二级放大倍数为1，符合设计要求。

并且在输入低音时，调节RP1可以改变低音的放大倍数；输入高音时，调节RP2可以改变高音的放大倍数。

低频衰减电压波形：

低频提升电压波形：

高频提升电压波形：

高频衰减电压波形：

3.功率放大级

直接将信号源接入第三级时输出电压为90mV，放大倍数为18,将第三级接入总电路并接上4Ω的负载时，输出电压为8.32V，此时总电路放大倍数A=1664，达到实验要求。

功率放大级电压波形：

6、总体电路图形设计

将三级电路连接起来，在前置放大器端加入输入信号，在功放端加入喇叭或音响，组成整体电路如图8所示。

测量Pomax：

信号发生器输出功率f=1KHz，输出电压5mV，音调控制器的两个电位器RW1,RW2置于中间位置，使用双踪示波器观察Vi,Vo的波形。

在功率放大器的输出端接额定的负载电阻4Ω，输入端接Vi，调节RP3使Vo的波形刚好不出现削波失真，此时输出的电压为最大输出电压，则Pomax=Vo*Vo/RL.测量得最大输出电压为8.32V，则Pomax=17.032W>16W,符合要求。

图8整体电路

低频衰减波形（RW1右移）：

低频提升波形（RW1左移）：

完整高频衰减（RW2右移）：

完整高频提升（RW2左移）：

多种元件如下表

名称

规格

数量

名称

规格

数量

电阻器

100K

5

电位器

470K

2

电阻器

10K

2

电位器

5K

2

电阻器

22K

1

电容器

10μF

2

电阻器

51K

3

电容器

100pF

1

电阻器

17K

1

电容器

100μF

3

电阻器

1K

1

电容器

0.01μF

2

电阻器

15K

1

电容器

0.1μF

1

电阻器

18K

2

电容器

330pF

1

电阻器

30

3

功率放大器

LF353

2

电阻器

240

2

功率放大器

UA741

2

电阻器

1

2

二极管

1N4148

2

功率三极管

3DD01

2

功率三极管

8050

2

7、所遇到的问题及解决方法

在设计的过程中，最大的问题就是对各种元器件的参数不了解，无法根据实际的电路要求来选择具体的元器件。

导致无法得到最后的结果。

对于遇到的这些问题通过老师的解答、查阅课内课外的有关参考资料及网络资料得到了很好的解决。

8、体会收获及建议

几天的课程设计下来，从起初的茫然，到最后看到设计的成果，其中的点滴辛酸与成功时刻的喜悦定会成为我珍藏的记忆。

通过这次的课程设计，让我更加深刻的意识的理论与实践相结合的重要性。

在近一个学期的模拟电子技术的学习中，我已然掌握了一部分的理论知识，在开始课程设计之前，总觉得学的还好，但着手设计电路时，才不得不承认之前的学习都还只是浮在表面，并未深入研究，或许在不久之后一个学期的知识将会被我遗忘。

对于抽象的东西，自己在课堂上并不能领悟的深刻。

可是在课程设计中运用到了模电知识，比如说放大器、集成运放，在寻找有关知识时，也加深了对所学内容的印象。

在课程设计的过程中，不断的碰到新的问题迫使我一次次的去研究电路本身的性质，以及各种元器件的参数。

这其中需要的不仅仅是各种基础知识，更需要实践联系与细心和毅力。

“不积蹞步,无以至千里;不积小流,无以成江海。

骑骥一跃,不能十步;驽马十驾,功在不舍”。

通过此次课程设计，我更加深刻的明白这个道理。

什么事情都没有想像的简单，单有一个总体还远远不够，那只是成功的第一步，想要达到真正的成功，还需要一步步踏踏实实的走下去，包括其中的每一个细节。

通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。

在做课程设计的同时也是对课本知识的加强和巩固，让我们对本课程有了更深入、详细的了解。

此外，在与同学的讨论交流中，学到了许多课堂以外的知识。

本次实验使我的动手能力得到很大的提高，并且使我享受到了动手实验的乐趣，更加坚信有付出就会有收获。

9、参考文献

（1）《模拟电子技术》成立版东南大学出版社

（2）《电子电路设计与实践》姚福安版山东科学技术出版社