音響放大器電路的設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學院 2016屆畢業(yè)生畢業(yè)綜合實訓報告題 目： 音響放大器電路的設計 系部名稱： 機電工程系 專業(yè)班級： 機電1310班 學生姓名： 白向霆 學 號： 指導教師： 牛海霞 溫玉春 二一五 年 七 月 日目 錄一、任務書校內(nèi)畢業(yè)綜合實訓任務書 一、項目題目：音響放大器 加深三極管電路放大特性的理解，放大電路的原理及工作過程。2.設計任務(1)根據(jù)控制要求，進行音響放大器設計與制作。(2)根據(jù)控制要求，進行對前置放大級、功放輸出級電路圖設計。(3)撰寫項目實訓報告二、進程安排周數(shù)內(nèi) 容8101下達任務書，搜集整理資料，對項目進行分析2 選擇項目實施方案

2、3 制定項目實施計劃4 依據(jù)實施計劃完成項目內(nèi)容5 對照項目技術(shù)要求，對項目成果進行檢驗6 學生和指導教師分別對項目成果進行評價7 小組答辯說明：1.在教師的指導下，以小組為單位進行項目分析、方案制定、項目實施、項目檢查及評價；2.提前離校上崗的學生，必須在規(guī)定時間內(nèi)完成校內(nèi)畢業(yè)綜合實訓的各項任務，及時與指導教師聯(lián)系，按時返校參加答辯。三、提交成果 1.校內(nèi)畢業(yè)綜合實訓項目報告（紙質(zhì)版、電子版各1份） 2.前置放大級、功能輸出級電路圖。（A3圖紙） 四、項目報告的格式要求1.報告的紙型及頁邊距報告紙型項目報告一律用國際標準A4型紙（297mm×210mm）打印。頁面分圖文區(qū)與白邊區(qū)兩

3、部分，所有的文字、圖形、其他符號只能出現(xiàn)在圖文區(qū)內(nèi)。白邊區(qū)的尺寸（頁邊距）為：天頭（上）25 mm，地腳（下）25 mm，訂口（左）30 mm，翻口（右）25 mm。 正文頁碼添加在每頁中間2.項目報告首頁格式畢業(yè)綜合實訓設計題目用黑體二號字，其余用宋體四號字。3.項目報告正文格式4.目錄格式“目錄”兩字要求宋體二號、居中，兩個字間隔三個字符；目錄內(nèi)容要求黑體小四、1.5倍行間距。5.正文排版要求 正文書寫規(guī)范正文一級大標題用宋體四號字加粗，二級標題用宋體小四號字加粗，正文統(tǒng)一用宋體小四號字，行距為20磅。正文字數(shù)控制在4000字至6000字之間。 正文序號規(guī)范正文二級標題之后，標題序號從大到

4、小的順序為"1"、""""；正文中的公式編號，用括弧括起寫在右邊行末，其間不加虛線。 正文圖表規(guī)范 文中需要的插圖居中，按順序編號，圖標題用宋體五號字，置于圖下方； 若插圖是屏幕截圖，需適當縮放； 表格序號及表格名用宋體五號字，置于表格的上方。 引注規(guī)范文中內(nèi)容涉及到的計算公式要注明出處，計算數(shù)據(jù)要求準確。6.裝訂順序封面任務書目錄正文7.輸出樣式計算機單面打印輸出。二、摘要音響技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、場效應管的歷史時期，在不同的歷史時期都各有其特點。預計音響技術(shù)今后的發(fā)展主流為數(shù)字音響技術(shù)。通過音響放大器的設計，使我們認識到

5、一個簡單的模擬電路系統(tǒng)，應當包括信號源、輸入級、中間級、輸出級和執(zhí)行機構(gòu)。信號源的作用是提供待放大的電信號，如果信號是非電量，還須把非電量轉(zhuǎn)為電信號，然后進入輸入級，中間級進行電流或電壓放大，再進入輸出級進行功率放大，最后去推動執(zhí)行機構(gòu)做某項工作。三、項目實施的目的與要求（一）項目實施目的及意義在音響放大器的制作過程中，控制該電路的主要核心電路是幾個放大器的設計，其中主要包括：話音放大器，混合前置放大器，音調(diào)控制器，功率放大器等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，話音放大器被廣泛的應用到一系列放音設備中，混合前置放大器也在電路和數(shù)字電子電路的設計和制作過程中不可缺少的電路部分。功率放大器的運用使電子產(chǎn)品的成

6、本大大減少，并且設計簡單，易于操作，可靠性好的優(yōu)點。熟悉和掌握放大電路的靜態(tài)工作點的計算方法。熟悉多級放大電路的耦合方式及增益的計算方法。加深對三極管電路放大特性的理解、熟悉功率放大電路的工作原理的工作過程。通過設計安裝和調(diào)試掌握多級放大器的的一般設計方法。（二）項目要求設計一個音響放大器。要求具有電子混響延時，音調(diào)輸出控制、卡拉OK伴唱，并對話筒與放音機的信號進行擴音。（1）前置放大級技術(shù)指標電壓放大倍數(shù)：AV=100;最大輸出電壓：VO=1V;頻率響應：30HZ30kHZ;輸入電阻：ri>15k;失真度：<10%；電源電壓：VCC=12V.（2）功率放大器（輸出級）技術(shù)指導最大

7、輸出功率：POM0.25W;負載電阻：RL=8;失真度：5%；效率：50%；輸入阻抗：Ri100k。（3）進行元器件及參數(shù)選擇；畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；進行電路調(diào)試。四、項目報告的內(nèi)容1.各模塊的功能作用(1)話筒放大器：由于話筒的輸出信號一般只有5mV左右，話筒放大器的作用是不失真地放大聲音信號，并保證其輸入阻抗遠大于話筒的輸出阻抗。(2)電子混響器：電子混響器的作用是用電路模擬聲音的多次反射，產(chǎn)生混響效果，使聲音聽起來具有一定的深度感和空間立體感。在“卡拉OK”伴唱機中，都帶有電子混響器。電子混響器的組成框圖如下；其中BBD器件稱為模擬延時集成電路，其內(nèi)部由場效應管構(gòu)成多級電子開關(guān)

8、和高精度存儲器，在外加時鐘脈沖作用下，對輸入信號進行取樣，保持并向后級傳遞，從而使BBD的輸出信號相對輸入信號延時了一段時間。BBD的級數(shù)越多，時鐘脈沖的頻率越高，延時的時間就越長。 (3)混合前置放大器：混合前置放大器的作用是將磁帶放音機輸出的音樂信號與電子混合后的聲音信號進行混合放大。音響放大的性能主要由音調(diào)控制器與功率放大器決定。(4) 音調(diào)控制器： 音調(diào)控制器的作用是控制調(diào)節(jié)音響放大器輸出頻率的高低。音調(diào)控制只對低音或高音頻的增益進行提升或衰減，中音頻增益保持不變。所以音調(diào)控制器的電路由低通濾波器和高通濾波器共同組成。(5) 功率放大器：功率放大器的作用是給音響放大器的負載（揚聲器）提

9、供一定的輸出功率。當負載一定時，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能小，效率盡可能的高。由于集成功率放大器具有性能穩(wěn)定、工作可靠及安裝調(diào)試簡單，故而被采用。 2. 工作原理放大器由于具有對微弱信號進行放大的功能，所以得到了廣泛的應用，但因單級放大器的增益不高，實用的放大器一般均由多級放大器構(gòu)成。多級放大器的組成如圖1所示。圖 1 多級放大器組成圖雙向語音放大工作原理如圖2所示，放大器是核心部分。它的作用是把話筒送來的微弱信號放大到足以使揚聲器發(fā)出聲音。Y1、Y2為揚聲器，K為雙刀雙擲開關(guān)，利用開關(guān)K的切換作用，可以改變Y1Y2與放大電路連接的位置，使Y1、Y2交替作為話筒和揚聲器

10、使用。Y2通過K接到放大器的輸入端成為話筒，Y1則接到輸出端為揚聲器。此時有人對著Y2講話時，Y2把聲音信號轉(zhuǎn)化成電信號加到放大器的輸入端，經(jīng)放大器放大后可帶動揚聲器Y1發(fā)出聲音，從而可以在Y1處聽到Y(jié)2處的講話。當K撥到另一位置時，則可以在Y1出講話，Y2處收聽。通過K的開關(guān)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向有線電話。圖2 雙向語音放大工作原理圖語音放大器的電路由輸出級、中間級、輸出級構(gòu)成。前置級由兩級放大器組成，放大器第一級輸入端與傳感器相連(作為話筒時的Y1和Y2)，故也稱輸入級，放大器的第二級將前一級輸出的電壓信號進行放大再傳給輸出級，這一級也稱做中間級。輸出級由OTL功率放大器組成，把前置級的電壓信

11、號進行功率放大，帶動揚聲器。（二）項目實施方案的選擇（1） 前置放大級電路方案前置放大級耦合方式有三種：阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合，我們設計中電路級間耦合采用阻容耦合方式。根據(jù)總得電壓放大倍數(shù)，確定放大電路的級數(shù)，實際電路中，為使放大電路的性能穩(wěn)定，引入一定深的負反饋，所以，放大倍數(shù)應留有一定的余量。根據(jù)輸入、輸出阻抗及頻率響應等方面的要求，確定晶體管的組態(tài)（共射、共基、共集)及靜態(tài)偏置電路。本電路電壓增益為100倍，考慮到電路的輸入電阻不很高（ri15k），輸出阻抗也不太低，負載取的電流不大，因此前置級電路采用共射電路。由于單級放大器的電壓增益為35dB左右，兩級放大器的增益為65dB左

12、右，考慮導引入一定深度的負反饋（一般為1+AF=10左右），而電路的增益要求為100倍，所以前置級用兩級共射電路組成。靜態(tài)偏置采用典型的工作點穩(wěn)定電路。根據(jù)三種耦合方式（阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合）的不同特點，選用適當?shù)鸟詈戏绞?。實訓設計中電路級間耦合采用阻容耦合方式，前置放大原理圖3所示。 圖3 前置放大器原理圖（2） 功率放大電路方案功率放大器的電路形式很多，有雙電源的OTL互補對稱功放電路、單電源的OTL功放電路、BTL橋式推挽攻電路和變壓耦合功放電路等。這些電路各有特點，可根據(jù)要求和具備的實驗條件綜合考慮，做出選擇。本方案的輸出功率較小，可采用單點供電的OTL功放電路，OTL功率放

13、大器由推動級、輸出級組成。推動級采用普通的共射極放大電路，輸出級由互補電路輸出，工作在甲乙類狀態(tài)下，得到放大的輸出功率。圖4是一個OTL功放電路，T4是前置放大級，只要適當調(diào)節(jié)RP,就可使用IR11、VB5和VB6達到所需數(shù)值，給T5、T6提供一個合適的偏置，從而使A點電位VA=VCC/2。 圖4 功放輸出級原理圖當i=Vsint時，在信號的負半周，經(jīng)T4反向放大后加到T5、T6基極，使T6截止、T5導通，這時有電流通過RL，同時電容C5被充電，形成輸出電壓VO的正半周波形，在信號的正半周，經(jīng)T4放大后加到T5、T6基極，使T5導通、T6截止，則已充電的電容C5起著電源的作用，并通過RL和T5

14、放電，形成輸出電壓o的負半周波形。當i周而復始變化時，T5、T6交替工作，負載RL上就可以得到完整的正弦波。為使輸出電壓達到最大峰值VCC/2，采用自舉電路的OTL功放電路。當i=0時，VA=VCC/2，VB=VCC-iR11R11，電容C4端電壓VC=VB-VA=VCC/2-iR11R11。當R11乘積足夠大時，則可以認為VC4基本為常數(shù)，不隨i而變化。這樣當i為負半周時，T5導通，VA響應發(fā)生變化。由于B點電位VB=VC4+VA，B點電位也將自動隨著A點電位升高。因而，即使輸出電壓o幅度升的很高也有足夠的電流流過T5基極，使T5充分導電。這種工作方式稱為“自舉”。（三）項目實施方案的制定依

15、據(jù)確定方案，根據(jù)給定的技術(shù)要求進行元件參數(shù)的選擇。在確定元件參數(shù)時，可以優(yōu)先從后級開始，根據(jù)負載條件確定后級的偏置電路，然后在計算前級的偏置電路，可一步由放大電路的頻率特性確定耦合電容和旁路電容的電量，最后由電壓放大倍數(shù)確定負反饋網(wǎng)絡的參數(shù)。1. 確定電壓電源為保證輸出電壓幅度達到指標要求，電源電壓VCC應滿足如下要求 VCC>2VOM+VE+VCESVOM為最大輸出幅度，VOM=2VO=1.4V，VE為三極管發(fā)射極電壓，一般取13V，VCES為晶體管飽和降壓，一般取1V。2. 前置放大級參數(shù)確定（1） 確定三極管T2參數(shù)三極管T2發(fā)射極、集電極電阻參數(shù)及靜態(tài)工作點。以為T2是輸出級，輸

16、出電壓比較大，為使負載得到最大的輸出幅度，靜態(tài)工作點應設在負載線的中點，如圖5所示，滿足條件VCC-VCEQ2=ICQ2R8+VE2VCEQ2=ICQ2(R8×RL/R8+RL)VCEQ2>VOM+VCESR9=VE2/ICQ2指標中，RL=2k，取VE2=3V，VCES=1V，確定R8=3.5k，R9=1.5k，取標稱值，R8=3.3k，R9=1.5看，則靜態(tài)值ICQ=2mA,VCEQ2=2.4V。三極管T2參數(shù)。晶體管的選取主要依靠晶體管的三個極限參數(shù)：V(BR）CEO>三極管ce間最大電壓VCEMAX；ICM大于三極管工作時的最大電流ICMAX；PCM大于三極管工作

17、時的最大功耗PCMAX。由圖5可知，IC2的最大值為:IC2MAX=2ICQ2，VCE最大值為VCE2MAX=VCC，根據(jù)甲電類路特點，T2最大功耗為PCMAX=VCEQ2×ICQ2，因此T2的參數(shù)應滿足：V(BR)CEO>12V;ICM>2ICQ2=4mA；PCM>VCEQ2×ICQ2=4.8mW。選用3DG系列小功率三極管可以滿足要求，2=80。三極管T2基極電阻參數(shù)。在工作穩(wěn)定的電路中，基極電壓VB2越穩(wěn)定，則電路的穩(wěn)定性越好。因此，在設計電路時應盡量使流過基極電阻的電流大些，以滿足IR>IB的條件，保證VB2不受IB變化影響。但是IR并不是越

18、大越好，因為IR大，則R6、R7的值必然要小，這是將產(chǎn)生兩個問題：增加電源消耗；第二級的輸入電阻降低，而第二級的輸入電阻是第一級的負載，所以IR太大時，將使第一級放大倍數(shù)降低。為了使VB2穩(wěn)定，同時第二級輸出電阻又不致太小，一半計算時，按下選取IR的值：IR=（510)IBQ（硅管）；IR=(1015)IBQ(鍺管）。本電路選用硅管，取IR=5IBQ，則：R7=VBQ2/IR=(VE2+VBE2)/IR=(3+0.6)/5IBQ2=28.8KIBQ2=ICQ2/2=2mA/80=0.025MAR6=VCC/IR-R7=67.8k取標稱值，有R7=30k，R9=68k（2） 確定三極管T1的參數(shù)

19、 三極管T1的發(fā)射極、集電極電阻參數(shù)及靜態(tài)工作點。因為T1是放大器的輸出級，其輸出的信號比較小，放大后的輸出電壓也不大，所以對于第一級失真度和輸出幅度的要求比較容易實現(xiàn)，主要考慮如何減小噪聲，因輸出級的噪聲將隨信號一起被逐級放大，對整機噪聲指標影響極大。三極管的噪聲大小與工作點的選取有很大關(guān)系，減小靜態(tài)電流對降低噪聲是有利的，但對提高放大倍數(shù)不利，所以靜態(tài)電流不能太小。在工程計算中，一般對于小信號的輸入級都不詳細計算，而是憑經(jīng)驗直接選?。篒CQ1=0.11Ma(硅管)，ICQ1=0.12Ma(鍺管)。如果輸入信號較大或輸出幅度較大時，不能用此方法，而應具體計算，計算方法與計算第二級的方法相同。

20、取VE1=3V，VCEQ1=3V，ICQ1=0.5mA,有R3=【VCC-(VE1+VCEQ1)】/ICQ1=(12-6)/0.5Ma=12kR4+R5=VE1/ICQ1=3/0.5Ma=6k取標稱值，R3=12k，R4=56k，R5=5.6k。 三極管T1的參數(shù)T1的參加應滿足：V(BR)CEO12V,ICM0.5Ma,PCM1.5mW;選用3DG系列三極管可以滿足要求。確定T1基極的電阻參數(shù)：取IR=10IBQ1，VE1=3V，則R2=VBQ1/IR=(VE1+VBE1)/IR=(3+0.6)/10IBQ1=57.6kIR=IBQ1=IBQ1/2=0.00625mAR1=VCC/IR-R2

21、=134.4k取R1=130k，R2=56k。 (3)耦合電容和旁路電容的選取各級耦合電容及旁路應根據(jù)放大器的下限頻率fl決定。這些電容的容量越大，放大器的低頻響應越好。但是容量越大漏電也越大，這將造成電路工作不穩(wěn)定，因此要適當?shù)倪x擇電容的容量，以保證收到滿意的效果。工程計算中，常選?。厚詈想娙?10F；發(fā)射極旁路電容：150200f。選取耦合電容10F，發(fā)射極旁路電容100F，電容的耐壓值只要大于可能出現(xiàn)在電容兩端的最大電壓即可。（3） 反饋網(wǎng)絡計算Rt=1/FV=(R1+R4)/R4Rf=100R4-R4=5.5K,取R1=5.6K，Cf=10F。根據(jù)上述的結(jié)果，得到電路如圖6所示。圖6

22、前置放大級電路圖3. 功放級參數(shù)確定（1） 確定電源電壓為了保證電路安全可靠的工作，通常使電路的最大輸出功率POM比額定輸出功率PO要大些，一般取POM=(1.52)P。所以最大輸出電壓應根據(jù)POM來計算，為VOM=2POMRL=2×0.5×8=2.8V電源電壓必須大于VOM，因為輸出電壓為最大值時，輸出管已經(jīng)接近飽和，考慮到管子的飽和降壓，以及發(fā)射極電阻的降壓作用，我們用下式表示電源電壓和輸出電壓最大值的關(guān)系VOM=VCC/2即VCC=2×(1/)VOM=2×(1/)=2POMRL其中稱為電源利用效率，一般?。?0.60.8。要根據(jù)管子的材料、發(fā)射極電

23、阻和揚聲器阻抗來確定值，如果上述因素使輸出電壓降低很多時，可選低些；反之可選高些。此設計中POM=0.25W，RL=8,效率50%，所以，VCC=2(1/)VOM=2(1/)2POMRL=2(1/0.5)2×0.25×8=8V由此可確定12V的電源可滿足放大電路和OTL功率放大電路的要求。（2） 確定輸出級功放管參數(shù)選擇合適的功率管，并使5=6,參數(shù)盡量對稱，大功率管還應考慮其工作環(huán)境的溫度以及散熱片的問題，為了滿足電路性能的要求，并便于設計計算，應選擇硅管，其極限參數(shù)應滿足V(BR)CEOVCEMAXICMICMAXPCMPCMAXV(BR)CEOVCEMAX=2

24、5;VCC/2=12VICMICMAX=VOM/RL=(VCC/2-VCEO)/RL=(6-1)/8=625mAPCMPCMAX=0.2POM=0.2×0.25W=50mW因此選用一般大功率三極管可以滿足要求。（3） 計算推動及電路確定T4的工作電流：為保證信號不失真，T4工作在甲類放大狀態(tài)，靜態(tài)工作點應設在負載線的中點，要求ICQ43IB5MAX3×(IC6MAX/6)一般取ICQ4=210mA，此設計中取值ICQ4=10mA。靜態(tài)是，OTL電路的A點電位VA=2/1VCC=6V,所以，VCE4取23V。VC4=6-VBE4=5.5VVC4=VCE4+ICQ4R15確定R

25、15=250。IRP=(510)IBQ4=(510)(ICQ4/4)VB4=VE4+VBE4=ICQ4R15+VBE4=3.1VR14=VB4/IRP=3.1/0.625mA=4.96kRP=(VA-VB4)/IRP=(6-3.1)/5(ICQ4/4)=6-3.1/0.625mA=4.64K4選取80，選取電阻標稱值R15為270,R14為5.1k、RP為10k電容器。（4） 確定輸出級靜態(tài)工作點及電阻參數(shù)靜態(tài)時，OTL電路的A點電位VA=2/1VCC=6V，則VBQ5=6.5V,VBQ6=5.5V,則 R13=(VBQ5-VBQ6)/ICQ4=(6.5-5.5)10mA=100R11+R12

26、=(VCC-VBQ5)/ICQ4=(12-6.5)/10mA=550R11R12確定電阻標稱值R11為120,R12為430。根據(jù)上述計算結(jié)果，可以得到功放輸出級電路圖如圖7所示。圖7 功放輸出級電路圖（四）拓展1.調(diào)試方法(1) 合理布局，分級裝調(diào)音響放大器是一個小型電路系統(tǒng)，安裝前要對整機線路進行合理布局，一般按照電路的順序一級一級地布線，功放級應遠離輸入級，每一級的地線盡量接在一起，連線盡可能短，否則很容易產(chǎn)生自激.安裝前應檢查元器件的質(zhì)量，安裝時特別要注意功放塊、運算放大器、電解電容等主要器件的引腳和極性，不能接錯。從輸入級開始向后級安裝，也可以從功放級開始向前逐級安裝。安裝一級調(diào)試一

27、級，安裝兩級要進行級聯(lián)調(diào)試，直到整機安裝與調(diào)試完成。 (2)調(diào)解RP使A點電位為VCC/2。(3)改變R11的阻值使ICQ4、ICQ5=（510）mA，實際中R11的取值為100。以上兩部反復調(diào)解，直達達到要求為止。經(jīng)上述調(diào)試后，放大器能正常工作。按圖2所示的圖中位置，對著Y2講話時，Y1處對應能聽到清晰、洪亮的聲音。當K撥到另一位置時，對著Y1講話時，Y2出應能聽到聲音清晰、洪亮的聲音。最后需要說明的是，如接好線路后，揚聲器中有廣播電臺的聲音，則因在放大器的輸入端與地之間接一電容，其容量為0.01F，也可以由試驗確定。實驗儀器設備及元件實驗儀器設備：直流穩(wěn)壓元、數(shù)字萬用表。根據(jù)上述原件選型結(jié)

28、果以及所設計的整機電路圖，完成本設計所需的元器件明細表如圖8所示。電器元件表圖8實踐拓展在學生宿舍樓、醫(yī)院病房或多室住宅中，為了管理、聯(lián)系方便或快速傳遞信息，安裝對將系統(tǒng)是最有效的方法之一。根據(jù)雙向語音放大電路可進一步設計出對講機，使加以任何一方可用揚聲器向?qū)Ψ街v話，或收聽對方講話。五、項目實施的體會與收獲隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低