对讲机放大电路设计.docx

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对讲机放大电路设计

一设计要求

1画出电路原理图；

2元器件及参数选择；

3电路仿真达到技术指标；

4实验室自行装配，完成实际电路，掌握电路的指标测试方法；

5调试电路，使实际电路达到技术指标；

6编写实验报告。

二设计指标

1、前置放大级技术指标

①电压放大倍数Av=100；

②最大输出电压Vo=1V；

③频率响应：

30Hz~30KHz；

④输入电阻：

ri>15KΩ；

⑤失真度：

γ<10%；

⑥负载电阻：

RL=2KΩ；

⑦电源电压：

Vcc=12V；

2.功率放大器（输出级）技术指标

①最大输出功率：

Pom≥0.25W；

②负载电阻：

RL=8Ω；

③失真度：

γ≤5%；

④效率：

η≥50%；

⑤输入阻抗：

RL≥100KΩ

对讲机原理分析：

简易对讲机工作原理如图1—1所示，放大器是核心部分，它的作用是把话筒送来的微弱信号放大到足以使扬声器发出声音。

Y1，Y2为扬声器，K为双刀双掷开关，利用开关K的切换作用，可以改变Y1、Y2与放大电路连接的位置，使Y1、Y2交替作为话筒和扬声器使用。

图中K处在图中所示位置，Y2通过K连接到放大器的输入端成为话筒。

Y1则接到输出端为扬声器，此时有人对着Y2讲话时Y2把声音信号转换成电信号家到放大器的输入端，经放大器放大后可带动扬声器Y1发出声音,从而可在Y1处听到Y2出的讲话。

当K拨到另一位置时，则可在Y1处讲话，Y2处接听。

通过K的开关控制能够实现双向有线通话，称为对讲机。

对讲机放大器的电路组成方框图如图1—2所示，电路由输入级，中间级，输出级构成。

前置级有两级放大器组成，放大器第一级输入端与传感器相连，故也称为输入级。

放大器的第二级把输入级的输出的电压信号再次进行放大再传给输出级，这一级也称作中间级。

输出级由OTL功率放大器组成，把前置级的电压信号进行功率放大，带动扬声器。

前置级

三设计方案

1．确定前置级电路方案：

①根据总的电压放大倍数，确定放大电路的级数，实际电路中，为使放大电路的性能稳定，都引入了一定深度的负反馈，所以，放大倍数应留有一定余量。

②．根据输入，输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定晶体管的组态（共射，共基，共基）及静态偏置电路。

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，选用合适的耦合方式。

本电路级间耦合采用阻容耦合方式。

本电路电压增益为100倍，考虑到电路的输入电阻不很高（ri>15K）,输出阻抗也不太低，负载取得电流也不太大（RL=2K）,因此前置级电路采用共射极电路。

由于单级放大器的电压增益为35db左右，两级放大器的增益为65db左右，考虑到要引入一定深度的负反馈（一般为1+AF=10左右），而电路的增益要求为100倍，所以前置级用两级共射极电路组成。

静态偏置采用典型的工作点稳定电路。

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OTL互补对称功放电路、单电源供电的OTL功放电路、BTL桥式推勉功放电路和变压器耦合功放电路等。

这些电路各有特点，可根据要求和具备的实验条件综合考虑，做出选择。

本方案的输出功率较小，可采用单电源供电的OCL功放电路，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极放大电路，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Rp，就可以使IRH、UB5和UB6达到所需数值，给T5、T6提供一个合适的偏置，从而使A点电位UA=UC6=VCC/2。

当Ui=Uimsinwt时，在信号的负半周，经T4放大反相后加到T5、T6基极，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Uo的正半周波形，在信号的正半周，经T4放大反相后加到T5、T6基极，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，和T5放电，形成输出电压Uo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Uo幅度升的很高也有足够的电流通过T5基极，使T5充分导电。

这种工作方式叫“自举“，意思是电路本身把UB提高了。

四、计算原件参数

依据基本设计方案计算元件参数

电路方案确定以后，要根据给定的技术要求进行元件参数的选择。

在确定元件参数时，可以先从后级开始，根据负载条件确定后级的偏置电路，然后再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

Vcc应满足要求：

Vcc〉2Vom+VE+VCESVom=1.4V

VE为三极管发射极电压，一般取1~3V，

VCES为晶体管饱和压降，一般取1V。

2）．前置放大级参数确定

a）确定T2级的参数

集电极电阻R8，发射极电阻R9，

T3型号，基极偏置电阻R6、R7。

Vcc-VCEQ2=ICQ2R8+VE2

VCEQ2=ICQ2

VCEQ2>Vom+VCES

R9=VE2/ICQ2

指标中，RL=2KΩ，取VE2=3V，VCES=1V；

确定R8=3.5KΩ，R9=1.5KΩ，

取标称值，R8=3.3KΩ，R9=1.5KΩ，

则静态值ICQ=2mA，VCEQ2=2.4V。

确定T2级三极管参数：

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间最大电压VCEmax

ICM>三极管工作时的最大电流ICmax

PCM>三极管工作时的最大功耗PCmax

VCE最大值为:

VCE2max=Vcc

IC2的最大值为:

IC2max=2ICQ2

T2的最大功耗为：

PCmax=VCEQ2·ICQ

因此T2的参数应满足：

BVCEO>12V

ICM>2ICQ2=4mA

PCM>VCEQ2·ICQ2=4.8mW

选用3DG系列小功率三极管，β2=80。

确定T2级基极电阻参数：

选取原则：

1.基极电压VB2越稳定，则电路的稳定性越好，需满足IR＞＞IB

2.IR不能过大，否则R6、R7的值太小。

会增加电源的消耗；使第二级的输入电阻降低，从而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，按下式选取IR的值：

IR=（5~10）IBQ硅管

IR=（10~15）IBQ锗管

本电路选用硅管，取IR=5IBQ，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：

ICQ1=0.1~1mA硅管

ICQ1=0.1~2mA锗管

本电路选用硅管，取IR=5IBQ

取标称值R1=12K，R4=56，R5=5.6K。

T1级三极管参数：

BVCEO>12V，ICM>0.5mA，PCM>1.5mW

选用3DG—三极管可以满足要求。

确定T1级基极电阻参数：

取IR=10IBQ1，VE1=3V

取R1=130K，R2=56K

c）耦合电容和旁路电容的选取

下限频率fL决定耦合电容及旁路电容，电容的容量越大则放大器的低频响应越好。

工程计算中，常凭经验选取。

耦合电容：

　2～10μF

发射极旁路电容：

　150～200μF

d）反馈网络的计算

Rf=100R4-R4=5.5K

取Rf=5.6K，Cf=10μF

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实际安装调试。

五、对讲机的安装

（1）熟悉电路元件，发对讲机装配零件，检查和熟悉各种零件

周二，老师首先让我们熟悉对讲机的电路图和熟悉电路元件，这一天的工作是相对轻松的，仅仅是熟悉电路图和学习使用常用电子仪器仪表，和识别检测常用的电子元件。

这一天最重要的就是常用电子元件的识别和检测。

我们常见的电子元件就是电阻、电容、二极管和三极管。

电阻上的色带是就是电阻的色环标记法，通过色环来表示电阻的大小，有效数字、倍率和允许误差。

现在见到的电阻的色环有四道和五道的，四道环的有效数字是前两道环所代表，而五道环是由前三道所代表。

接着识别电容器，电容用于交流耦合、滤波、隔断直流、交流旁路和组成振荡电路等，电容的标注分为直接标注和色标法。

通过学习，我明白了直接标注的电容是用数字直接表示电容量，不标单位。

标注1～4位整数时，其单位是pF，标注为小数时，其单位是µF。

也有用三位数字表示容量大小，默认单位是pF，前两位是有效数字，第三位是有效倍率（10m），当第三位是9时，则对有效数字乘以0.1。

而色标法则同电阻器的标注。

检测电容的方法是利用电容的充放电特性，一般用万用表电阻档测试电容的充放电现象，两只表笔触及被测电容的两条引线时，电容将被充电，表针偏转后返回，再将两表笔调换一次测量，表针将再次偏转并返回。

用相同的量程测不同的电容器时，表针偏转幅度越大说明容量越大。

测试过程中，万用表指针偏转表示充放电正常，指针能回到∞，说明电容没短路，可视为电容完好。

现在说明在模拟电路中常见的二极管，通常二极管有整流、检波、稳压、发光、发电、变容、和开关二极管等。

检测二极管我们利用的是二极管的正向导电性，正向导通反向截止，可以判断管子的好坏。

最后说明三极管的识别和检测，很明显，一般的三极管就是三个管脚，很容易识别，所以识别三极管重要的是识别三极管是NPN或PNP型，以及各管脚所代表的极性。

而这些的判断都需要使用万用表。

判断极性：

对圆柱型三极管，若管脚处接头有突出物，则将管脚冲上，顺时针依次为EBC极若没有突出物，则管脚根处间隙较大的两跟管脚对向自己，顺时针依次为EBC极。

对半圆型三极管，将管脚向上，半圆向自己，顺时针为EBC极。

判断三极管的类型：

在基于以上极性判断的前提下，NPN管，基极接黑表笔，测得电阻较小。

PNP管正好相反。

以上就是我对常用电子元件的识别和检测方法。

（2）焊接各种零件并交对讲机

周二下午，我们就真正进入到电子技术实习的操作中去了，以前虽然接触过电烙铁，但毕竟很少有实际操作过，总是怀有几分敬畏之心。

而电子电路主要是基于电路板的，元器件的连接都需要焊接在电路板上，所以焊接质量的好坏直接关系到以后制作对讲机的成败。

因此对电烙铁这一关我们是不敢掉以轻心的。

最终我们在这一天的实习中，焊接了十几个元件，起初没经验，将电阻立得老高，这样既不美观也不牢靠容易形成虚焊，之后有了经验就采取卧式法，既美观又牢靠，只是拆卸时稍微麻烦，需要别人帮忙。

焊接时虽然胆战心惊，但还是总结出了心得，就是焊锡要用一点点下去，电烙铁要在锡水熔化后产生光亮就拿开，这样就能焊出光亮圆滑的焊点了。

将他们插好后就依次拆卸下来，先焊接电阻，再焊接电容，焊接电容时一定要特别注意电容的正负极。

然后是三极管，焊接时注意三极管的极性，管脚要放入相应位置。

另外，由于这次课程设计使用的电路板并不是印刷好的电路板，所已焊接时电路板上元件的连接要用导线来连接，这就要求我们在焊接之前就要先把原件布局好。

焊接完电路板的电子元件后，就要处理电源同电路板的连接，这需要我们引出导线以方便接下来的调试和数据测量。

六、调试方法

1．仿真调试步骤：

通过仿真测试，如不能达到设计要求，则应修改电路，使其满足要求。

⑴使用仿真软件画出电路原理图，标出节点。

⑵对电路进行直流分析，判断放大电路及功放级的电路状态。

⑶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和相频特性是否满足设计要求。

⑷对电路进行瞬态分析（示波器），观察放大级输出的波形，波形不失真，输出电压、失真度、带宽等指标达到要求。

2．实际电路调试

在仿真的基础上，焊好电路并检查无误后，即可进行调试。

如果设计正确，前置放大级一般不必调整就可以正常工作。

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=（5~10）mA

其中1）、2）两步要反复调解，直到达到要求为止。

经上述调试后，放大器就能正常工作。

按图1-1接好线路，K拨在图中位置，对着Y2讲话时，Y1处应能听到Y1放出的清晰、宏亮的声音。

当K拨到另一位置时，，对着Y1讲话时，Y2处应能听到Y1放出的清晰、宏亮的声音。

最后需要说明的是，如按图1-1接好线路后，扬声器中有广播电台的声音，则应放在放大器的输入端与地之间接一电容，其容量为0.01μF，也可由试验确定。

七、实际电路测量数据：

信号源电压：

Us=10mV

输入电压：

Ui=9.66mV

输入电阻：

Ri=[Ui/（Us-Ui）]R=34.7K

前置级输出电压：

Uo1=0.975V

放大倍数：

Av=Vo1/Ui=97.5

频宽：

29Hz~~2.03MHz

输出电压：

Uo=2.43V

三极管各极电压：

T1：

VEQ=2.8V;VBQ=3.4V;VCQ=6V

T2：

VEQ=2.7V;VBQ=3.3V;VCQ=5.6V

T3：

VEQ=5V;VBQ=5.7V;VCQ=12V

T4：

VEQ=2.1V;VBQ=2.8V;VCQ=5.8V

T5：

VEQ=6.2V;VBQ=6.8V;VCQ=12V

T6：

VEQ=6.4V;VBQ=5.8V;VCQ=0V

八、所用仪器设备

1.计算机及电路仿真软件。

2.信号发生器。

3.示波器。

4.稳压电源。

5.稳压电源。

6.晶体管毫伏表。

7.万用表。

九、心得体会

一周的课程设计在充忙的生活中很快过去了，经过一周的课程设计的学习，我已经自己能制作一个对讲机，这其中的兴奋是无法用言语表达的。

学习模电这段时间也是我们一学期最忙的日子，不仅面临着期末考试，而且中间还有一些其他科目的实验，本周必须完成模电的课程设计。

任务对我们来说，显得很重。

为了较好的完成模电的课程设计，我经常放学好在实验室加班。

相关知识缺乏给学习它带来很大困难，为了尽快掌握它的用法，我照着原理图学习视频一步一步做，终于知道了如何操作。

刚开始我借来了一份对讲机的电路原理图，但离实际应用差距较大，有些内容和我们的不一样，后来到网上搜索了一下相关内容，顺便到学校图书馆借相关书籍，经过不断比较与讨论，最终敲定了对讲机的元器件的参数情况。

为下步实物连接打好基础。

在做电路仿真时，我画好了电路原理图，修改好参数后，是没有差错但出来的仿真波形不是预计中的，这确实很难修改。

输出时仿真波形总是一条直线，我弄了一晚上也找不出原因，整个人也显得焦躁不已。

经过这段课程设计的日子，我发现从刚开始的EWB到现在的Protel，不管是学习哪种软件，都给我留下了很深的印象。

由于没有接触，开始学得很费力，但到后来就好了。

在每次的课程设计中,遇到问题，最好的办法就是问别人，因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。

这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就已遇到，向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。

尽管现在我们已经做出了对讲机，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，不仅因为它发生在特别的时间，更重要的是我又多掌握了一门新的技术，收获总是令人快乐，不是吗？

作为一名电气专业的学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。

在已度过的两年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。

我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种设计？

如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？

我想做类似的作业就为我们提供了良好的实践平台。

在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。

为了让自己的设计更加完善，更加符合工艺标准，一次次翻阅热处理方面的书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。

通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作铺展了道路。

另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的一大收获。

十、参考资料：

电子技术基础（模拟部分）康华光高等教育出版社

模拟电子技术基础童诗白华成英高等教育出版社

模拟电子技术课程设计电气工程系中原工学院电子电工教研室

电子线路课程设计华永平华南大学出版社

电子技术基础实验与课程设计高吉祥电子工业出版社

电工电子技术实习与课程设计华荣茂电子工业出版社

附录1：

电路板照片

EWB仿真图