模擬電子電路課程設計

1、模擬電子電路課程設計低音炮音響設計姓名：專業(yè)：學號：31090班級：指導老師:低音炮音響電路設計摘要：低音炮音響是濾出音頻中低音信號，對低音信號進行前置放大，達到一定強度后，再進行功率放大。對于中頻信號直接進行放大。放大后輸出的聲音發(fā)生共振，達到重低音效果。本文介紹了具有弱信號放大能力的低頻功率放大器的基本原理、內(nèi)容、技術路線。整個電路主要由穩(wěn)壓電源、低頻信號濾出電路、前置放大器、功率放大器共4部分構成。穩(wěn)壓電源主要是為前置放大器、功率放大器提供穩(wěn)定的直流電源。前置放大器主要是電壓的放大。 功率放大器實現(xiàn)電流、電壓的放大。波形變換電路是將正弦信號電壓變換成規(guī)定要求的方波 信號。設計的電路結(jié)構簡

2、潔、實用，充分利用到了集成功放的優(yōu)良性能。實驗結(jié)果表明該功 率放大器在帶寬、失真度、效率等方面具有較好的指標、較高的實用性，為功率放大器的設計提供了廣闊的思路。關鍵詞： 低頻信號濾出電路 低頻信號前置放大電路功率放大電路 穩(wěn)壓電源電路目錄第一章設計指標3第二章系統(tǒng)框圖4第三章單元模塊設計53.1 低頻信號濾出電路 53.2 低頻信號前置放大電路 53.3 功率放大電路63.3.1 低頻提升功率放大電路 73.3.2 中頻信號功率放大電路 73.4 9V直流穩(wěn)壓電源8第四章完整電路及原理分析 94.1 完整電路94.2 原理分析9第五章元器件清單10第六章電路整體評價11第七章心得體會12參考文

3、獻13第一章設計指標低頻功率放大器作為音響等電子設備的后級放大電路，它的主要作用是將前級的音頻信號進行功率放大以推動負載工作，獲得良好的聲音效果。同時低頻功率放大器又是音響等電聲設備消耗電源能量的主要部分。因此設計出實用、簡潔、低價格的低頻功率放大器是一個發(fā)展方向。低音炮音響電路共有以下部分組成：9V穩(wěn)壓電源、低頻信號濾出電路、前置放大器、功率放大器。其中，低頻信號的濾出、前置放大和功率放大部分為重點。為了使本電 路系統(tǒng)設計簡潔、實用并且達到高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應，達到 低音放大效果，須達到以下技術指標：1、 9V穩(wěn)壓電源能為前置放大電路和功率放大電路提供穩(wěn)定的9V直流

4、電壓2、 低頻信號濾出部分能濾出音頻信號中20-200HZ的低頻信號3、低頻信號前置放大電路能對低頻信號進行電壓放大，并保證放大后不失真4、功率放大器對音頻信號進行功率放大，即電流和電壓的放大，并保證放大后不失真5、兩個喇叭最終可以達到共振效果第二章系統(tǒng)框圖系統(tǒng)原理方框圖如圖一所示。根據(jù)題目任務，我們設計有四個基本電路1、9V穩(wěn)壓電源2、低頻信號濾出電路3、低頻信號前置放大器4、功率放大器圖一系統(tǒng)原理方框圖其中低頻信號濾出電路主要完成濾出音頻信號中 20-200HZ的低頻信號；前置級主要完成 小信號的電壓放大任務； 功率放大級則實現(xiàn)對信號的電壓和電流放大任務； 直流穩(wěn)壓電源部 分則為整個功放電

5、路提供能量。該系統(tǒng)是一個高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應的音響與脈沖傳輸、 放大兼容的實用電路。第三章單元模塊設計各單元模塊功能介紹及電路設計：3.1 低頻信號濾出電路：設計電路如圖二所示。 該電路采用無源濾波方式，無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波（包括倒L型、LC濾波、LCn型濾波和RGt型濾波等）。本電路為無源濾波 中RGt型濾波，有電阻電容組成，達到低通濾波的效果。 根據(jù)技術指標要求，需濾出20-200HZ 的低頻信號，該電路完全可以達到需要。R1 彳 R2 o7230k Q30k QVinC1 47nFC2 47nFVout一0圖二低頻信號濾出電路對于該電

6、路，由f0=1/2 n RC=115HZ對于20-200HZ的低音信號可以濾出，而高于 200HZ 的信號則被大幅度削弱。 所以該電路可以對于含有低頻和中、高頻的混合音頻信號進行處理，從中濾除或削弱高于200HZ的中、高頻信號，濾出 20-200HZ,為下級放大電路提供信號。3.2低頻信號前置放大電路：前置放大電路可以采用集成運算放大器構成的前置放大器，也可以采用專用前置放大器IC構成的前置放大器電路，從經(jīng)濟方面考慮本設計采用的是集成運算放大器方案，設計前置放大器可供選用的集成運算放大器有很多，有LF347、LF353、LF357、LF356、0P-16、OP-37、NE5532、NE5534

7、等。主要考慮的技術指標是帶寬、電壓增益、轉(zhuǎn)換速率、噪聲和電流消耗等。為提高前置放大器電路輸入電阻和共模抑制性能，減少輸出噪聲，采用集成運算放大器構成前置放大器電路時，必須采用同相放大電路結(jié)構，電路如圖三所示。圖三前置放大電路為了盡能保證不失真放大，圖三采用兩級運算放大器電路 A1和A2,放大器的增益取決于 R1、R2,即AvA=R4/R1,由上述分析可知,低頻功率放大器的總增益為 68dB,兩級前置放大器的增益安排在 50dB 左右比較合適,每級增益在25dB左右,以保證充分發(fā)揮每級的線性放大性能并滿足帶寬要求 從而可保證不失真，即達到保真放大質(zhì)量。C2為隔直流電容，是為滿足各級直流反饋、穩(wěn)定

8、直流工作點而加的。但對于交流成分，CC2必須呈現(xiàn)短路狀態(tài)，即要求C2的容抗遠小于R2的阻值。C1、C3為耦合電容，為保證低頻響 應,要求其容抗遠小于放大器的輸入電阻。R2為運放輸入端的平衡電阻，通常R2=R4圖中第二級為跟隨電路，跟隨電路具有輸入電阻大，輸出電阻小的特點， 可以做多級放大器的中間級，即緩沖級。說得通俗一點，就是做阻抗變換，使前后級之間實現(xiàn)阻抗匹配。所以兩級放大電路前加了跟隨電路實現(xiàn)阻抗匹配。3.3 功率放大電路：前面已經(jīng)說過功率放大電路可由分立元件組成也可以由集成功放組成。分立元件組成的功率放大電路，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當，元件性能優(yōu)良，設計和調(diào)試的好，則性 能也很優(yōu)良

9、。在分立元件組成功率放大電路中由三極管、二極管、電阻、電容等器件組成的核心電路，提供了自由調(diào)整的余地。但分立元件組成的功率放大電路只要其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則性能會低于一般集成功率放大電路。而且為了不致過載、過流、過熱等損壞元件，需要加以復雜的保護電路。集成功率放大電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設計具有復合保護電路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定，無須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電 路簡單，保護功能齊全，還可外加散熱片解決散熱問題。以下介紹采用集成芯片構成的的功率放大器。由于前置電路分為低頻和中頻部分，所以功率放大也分為低頻提升功率放大電路和常用 的中頻信號功率放大電

10、路。低頻提升功率放大電路：采用集成功放LM386勾成的低頻功率放大器電路如圖三所示。LM386是一個輸出功率最大可達到30W勺音頻功率放大器， Avo為90dB,失真率為0.015%（1KHz,20W），帶寬為70 KHz，具 有AC和DC短路保護電路和熱保護電路，電源電壓范圍為5-24V在圖三電路中，輸入信號Vi經(jīng)過滑動變阻器和電容 C1耦合到LM386勺3腳，功率放大后從 5腳輸出，經(jīng)過電容C3后加到揚聲器。R1、C5串聯(lián)接在輸出端用以抑制高頻噪聲。C2用于電源去耦濾波，防止功率放大器產(chǎn)生高頻自激，去耦是指對電源采取進一步的濾波措施，去除兩級間信號通過電源互相干擾的影響。R2、R5組成反饋

11、網(wǎng)絡；C1為信號耦合電容，耦合指信號由第一級向第二級傳遞的過程。電源電壓采用+9V。LM386T環(huán)增益為26 dB，即放大倍數(shù)A=20。VCC圖四低頻提升功率放大電路中頻信號功率放大電路 ：這部分功率放大采用TDA203C完成。TDA203C具有負載泄放電壓反沖保護電路，如果電源電壓峰值電壓40V的話，那么在5腳與電源之間必須插入 LC濾波器，以保證5腳上的脈沖串維 持在規(guī)定的幅度內(nèi)。熱保護：限熱保護有以下優(yōu)點，能夠容易承受輸出的過載（甚至是長時 間的），或者環(huán)境溫度超過時均起保護作用。與普通電路相比較，散熱片可以有更小的安全 系數(shù)。萬一結(jié)溫超過時，也不會對器件有所損害，如果發(fā)生這種情況，Po

12、=（當然還有Ptot ）和Io就被減少。輸入信號Vi經(jīng)過滑動變阻器和電容 C1耦合到TDA203啲1腳，功率放大后從4腳輸出，經(jīng)過電容C7后加到揚聲器。C1為耦合電容，R6 C4串聯(lián)接在輸出端用以抑制高頻噪聲。C2、R2用于電源去耦濾波， 防止功率放大器產(chǎn)生高頻自激，去除兩級間信號通過電源互相干擾的影響。放大倍數(shù)由 R3、R4共同決定，放大倍數(shù) A=1+R4/R3。3.4 9V直流穩(wěn)壓電源：直流穩(wěn)壓電源部分則為整個功放電路提供能量，根據(jù)以上設計的前置放大級電路和功率放大級電路的要求，僅需要穩(wěn)壓電源輸出的一種直流電壓即+9V。233圖六9V直流穩(wěn)壓電源因三端穩(wěn)壓器具有結(jié)構簡單、外圍元器件少、性能

13、優(yōu)良、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點，本設計中采用LM7809電源經(jīng)1000uF電解并并上330uF電容依次濾掉各種頻率干擾后輸出，輸出電壓直流性能好，實測其紋波電壓很小，且電壓穩(wěn)定，帶載能力強。第四章完整電路及原理分析4.1 完整電路：如圖五所示為該系統(tǒng)的完整電路204.2 原理分析：本電路設計簡潔、實用，各模塊單元均選用集成運放電路。聲音信號輸入后，一部分經(jīng)低頻信號濾出電路濾出， 送到前置放大電路進行電壓放大，讓后送到功率放大器進行電壓和電流放大。另一部分送到TDA2030進行放大。在前置放大級電路中采用 LM358進行兩級放大。 低頻功率放大電路采用 LM386.中頻功率放大級中采用運放 TDA20

14、30如此設計使得電路外圍 結(jié)構簡單，體積小巧精致，且較好的結(jié)合了各運放的優(yōu)良性能，使電路能滿足各項指標。第五章元器件清單該電路所用元器件:元件清單序號元件名數(shù)量參數(shù)1變壓器1220V/9V X 12低頻功放1LM386X 13電源芯片17809 X 14功放1TDA2030X 15音頻線16運放1LM358X 17變阻器250k X 1、10k X 18開關29喇叭28Q 5WX 110瓷片電容6473X2、 333X2、 103X1、 104X111穩(wěn)壓管6IN4007 X 612電解電容111000uFX 1、220uFX 1、22uFX 1、10uFX 5、4.7uF X 113電阻11

15、470kX 1、100kX 2、47kX 1、20kX 1、10kX 4、10X 214導線若干第六章電路整體評價電路重點為低音信號的濾出和放大部分。聲音信號輸入后，一部分經(jīng)低頻信號濾出電路濾出，送到前置放大電路進行電壓放大，讓后送到功率放大器進行電壓和電流放大。另一部分送到TDA203C進行放大。在前置放大級電路中采用 LM358進行兩級放大。低頻功率放大電 路采用LM386中頻功率放大級中采用運放 TDA2030所用低頻信號處理芯片干擾小、響應快、高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶。而前置放大電路可以對小信號進行前置放大，放大后送到下級在進行功率放大，保證了低音信號的質(zhì)量和強度，從而實

16、現(xiàn)重低音效果。但在實際制作和調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)該電路相對比較復雜，制作困難，結(jié)果不是太理想， 有較大雜音，低音效果并不是很好。在以后的制作中，應注意電路板的排線問題，盡量減少干擾的形成。同時應進一步了解電路工作原理，調(diào)整額各模塊的電路結(jié)構，已達到預定效果。第七章心得體會第一次接觸模擬電路課程設計，我感觸頗深：經(jīng)過這段課程設計的日子，我發(fā)現(xiàn)從剛開始的multisim到現(xiàn)在的visio，不管是學習哪種軟件，都給我留下了很深的印象。由于沒有接觸，開始學得很費力，但到后來就好了。在 課程設計中遇到問題，最好的辦法就是問別人，因為每個人掌握情況不一樣，不可能做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復雜的事情就會變得

17、很簡單。這一點我深有體會，在很多時候， 我遇到的困難或許別人之前就已遇到，向他們請教遠比自己在那冥思苦想來得快。雖然整個過程困難重重，但我的收獲也是顯而易見的。對于multisim ，現(xiàn)在基本可以熟練應用；提高了自己的邏輯思維能力，是自己在電路設計及分析上有很大提高；提高了自己查閱資料及獨立思考的能力：而自己的動手能力頁有很大的提高，自己走出了新手的階段。 這一個個進步雖然不大，但我還是非常高興和激動。課程設計過程中， 我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。 在以后的工作和學習中，我一定會努力改正自己，提高自己，

18、使自己的綜合能力得到新的提升。通過這次設計，我懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作鋪展了道路。另外，課堂上也有部分 知識不太清楚，于是我又不得不邊學邊用，時刻鞏固所學知識， 這也是我作本次課程設計的一大收獲。整個設計雖然頗具周折，但整體上我還滿意，由于水平有限，難免會有錯誤，還 望老師給予批評指正。參考文獻1 胡翔駿2 華成英、3 咼吉祥 出版社20074 黃智偉譚博學、 夏路易、20027 谷麗華、 期8 張維廉9 李源生10 何希才 200611 曾建唐電路分析（第二版）北京：高等教育出版社 2007童詩白模擬電子學基礎（第四版）北京