模拟电子课程设计

1、课 程 设 计 课程名称模拟电子技术课程设计题目名称高保真OCL音频放大器专业班级10电子信息本科1班学生姓名学 号指导教师王艳春、陈章宝、王姝敏二一一年十二月二十五日目 录1设计任务书. 32总体设计. 43单元电路设计计算. 53.1 输入级 63.2 放大电路及音频控制电路 63.3 功率放大电路 104调试说明. 125小结及讨论. 136参考文献. 14附录 设计电路图. 151设计任务书1.1设计题目：高保真OCL音频放大器的设计1.2技术指标（1） 最大不失真输出功率：Pom10W（2） 负载阻抗（扬声器）RL=8（3） 频率响应：fLfH=50Hz20kHz（4） 音频控制值范

2、围低音：100Hz12dB高音：10kHz12dB（5） 输入电压：Ui 100mv（6） 失真度：r 2%（7） 稳定性;在电源为1524V范围内变化时，输出零漂100mV.1.3设计要求（1） 分析电路的组成及工作原理（2） 进行单元电路设计计算（3） 采用衰减式音调控制电路,采用OCL音频功率放大器。（4） 说明电路调试的基本方法。（5） 画出完整电路图。（6） 小结及讨论。2总体设计音频放大器是一种通用性较强的电路，它能把微弱的声音电信号进行放大，已获得足够大的输出功率推动扬声器。它也是音响装置重要的组成成分，通常把它叫做扩音机。2.1 工作原理音频放大器就是对比较小的音频信号进行放大

3、，使其功率增加，然后输出。前置放大主要对音频小信号进行放大使用一个同相放大电路对输入的小信号的电压进行放大得到后一级的输入。后一级电路主要对音频进行功率放大以产生足够大的输出功率，推动扬声器发声。设计时首先根据上述指标对整个电路进行安排，确定各级的增益分配，然后对各级进行具体的设计。2.2电路组成（1）输入级主要是把输入的音频信号有效地传递到下一级，并完成信号源的阻抗变换。（2）音频控制电路完成高低音的提升和衰减，为了与音调控制电路配合，这部分还应设置电压放大电路。 (3)输出级将电压信号进行功率放大，以使在扬声器上得到足够大的不失真功率。 音频放大电路的组成：输入级电压放大及音调控制电路功率

4、放大扬声器2.3技术指标（1） 最大不失真输出功率：Pom10W（2） 负载阻抗（扬声器）RL=8（3） 频率响应：fLfH=50Hz20kHz（4） 音频控制值范围低音：100Hz12dB高音：10kHz12dB（5） 输入电压：Ui 100mv（6） 失真度：r 2%（7） 稳定性;在电源为1524V范围内变化时，输出零漂100mV.2.4基本设计方法一电路形式实际的音频放大器可以有不同的设计方案，下面根据由集成运放和晶体管组成的电路形式，如图4.2.2所示进行设计。二各级电压增益的分配整机电压增益为 Aum=UoUi式中输入电压Ui由技术指标给出，输出电压Uo要根据额定输出功率Po和负载

5、电阻RL求出 Po=Uo2RL（Uo为有效值）所以输出电压为 U=PoRL7.3于是可以求得整机总的电压增益Aum=73。设输入级电压增益,音调控制电路电压增益和输出级电压增益分别为Aum1,Aum2 和 Aum3,则 Aum=Aum1Aum2Aum3其中Aum1=1（射极输出器），Aum2=6 ，Aum2包括音频控制电路中电压放大增益和音调控制电路本身的中频衰减（对衰减式RC音调电路而言），Aum3可适当大些，取Aum3=12,它实际是输出级的推动级电路的增益。三确定电源电压为保证安全可靠，通常使电路的最大输出功率P 要比额定输出功率 大一点，一般取 Pom=(1.52)Po,Pom=10W

6、,Po=56.7V所以，最大输出电压因由来计算，即 Uom= 2PomRL=12.6V考虑到管子的饱和压降以及发射级限流电阻的作用，电源电压必须大于数量关系为 Vcc=(1n )Uom,Vcc=15.7521V式中n为电源利用系数，一般取n=0.60.8.在确定了各级电压增益和电源电压以后，就可以进行电路各级估算，通常要按照由后级向前级的顺序原则进行设计。3.单元电路设计计算3.1输入级电路采用射级输出级作为输入级，利用它的高输入电阻以减小信号电流，并为了提高输入电阻，该级的各电阻都比较大。R2=100k R3=100k R4=100k R5=20k Rw1=100k该输入级的输出信号经电容耦

7、合到电位器上，Rw1是音量调节电位器，通过它来调节输入到下一级信号电压的大小。3.2电压放大电路及音频控制电路3.2.1电压放大电路电压放大电路的运算放大器A1构成，A1和外接的电阻元件构成典型的同向输入放大电路。该电路的放大倍数Au1为 Au1=1R9R7=48图中的R6为直流平衡电阻，C13为外接的校正电容，用来消除电路可能产生的高频振荡它应接在运放的补偿端上。其中R6=47k,C13=100PF。3.2.1音调控制电路典型的衰减式音调控制电路，下面分成三个频段来讨论一中频区简化电路如图3.1 图3.1此时电路的传输系数为AM=U0Ui=R2R1R20.22可见，中频区输入信号是按固定比例

8、有衰减的传输下去。二低音区等效电路如图3.2所示。 图3.21)当Rw2动端在最上端时，对应的等效电路如图3.3(a), 电路的电压传输系数为AL=U0Ui=(1jwwL2)(1jwwL1)，则其幅值等于(1wwL2) 2(1wwL1)2，式中WL1=1(R2R1)C4，Wl2=1R2C4 图3.3(a)经分析计算，当信号频率较高时AL的幅值为R2R1R2，即为中频区电压传输系数；当信号频率很低时，AL的幅值约等于1,故在此频率范围的信号相对于中频区提高了20lg(1R1R2)dB当信号频率处在中间范围电路的传输系数随着频率的降低而逐渐增大，其变化的斜率近似为6dB倍频。Rw2动端在最上端时的

9、低频区电压传输系数和频率的关系如图3.3(b)2)当Rw2滑动端移到最下端时，其等效电路如图3.4（a）所示， 图3.4（a）它构成了低音衰减电路。此时输出电压为Uo=UiR2R1R2(Rw2Xc3)AL=UoUi=R2R1R2Rw2jwC3(Rw21jwC3)当信号频率较高，AL的幅值为R2R1R2，即为中频区电压传输系数。当信号频率很低，AL的幅值约为R2Rw2，即相对中频区电压信号衰减了20lg(Rw2R1R2)dB当信号处于中间范围是，电路的传输系数随着频率的降低而减少，其变化的斜率近似为6dB倍频。三高音区信号在高频率区，简化电路如图3.5所示。此时，根据Rw1滑动端的位置即可确定对

10、应输出电压的大小。 图3.51） Rw1动端在最上端时，简化电路如图3.6(a) 图3.6(a)可得 AH=UoUi=(R2R1R2)(1jwwH1)(1jwwH2),式中wH1=1R1C1, wH2=1(R1R2)C1当信号频率很低，AH的幅值为R1R1R2，即为中频区电压传输系数当信号频率较高，AH的幅值为R2R1R2当信号处于中间范围是，电路的传输系数随着频率的增加而增大，其变化的斜率近似为6dB倍频。其幅频特性如图3.6(b)2）当Rw1滑动端移到最下端时，其等效电路如图3.7(a)所示。图3.7(a) 对应的电压传输系数为： AH=(R2R1R2)(1jwwH1)经分析可知，随着信号

11、频率的增大，输出信号衰减越来越大，获得高音衰减的效果。同样可画出其幅频特性，如图3.7(b)综合上述高低音的提升和衰减特性，并使电路参数选择合适，就形成了土3.8所示的高低音提升和衰减曲线，图中的两条曲线是在Rw1和Rw2动端处于某个极限端的情况，当调节Rw1和 Rw2时，幅频特性将在两条线之间变化。3.3功率放大电路（见图3.9）1.选择大功率管准互补对称 功放四个管子中的大功率管，要根据晶体管的三个极限参数来取。1） 管子能承受的最大反向电压为：UCEM2Vcc=30V2） 每管最大集电极电流为:IcmVccRL=1.875A3） 单管最大集电极功耗为:Pcm0.2Pom然后根据这些参数选

12、取功率管，使选择的功率管极限参数满足： BUCEOUCEM ICMIcm PCMPcm注意应使两功放管参数尽量对称。2.选择互补管，计算R19，R20,R211）确定R19，R20,R21由于功放管参数对称，它们的输入电阻为： Ri=rbe20要使互补管的输出电流大部分注入到功放管的基级，通常取R19=R21=(510)Ri。 平衡电阻R20可按R1910选取。R19=R21=220 R20=222）选择互补管T2，T3。因为T2，T3分别于T4，T5组成复合管，它们承受的最大反向电压相同，而集电极最大电流和最大功耗可近似认为: Icm (1.11.5)Ic4 =0.103A Pcm (1.1

13、1.5) Pcm4 =0.154W式中分别是功放管的集电极最大电流和最大功耗，为功放管的电流放大系数。 BUCEO2Vcc ICMIcm PCMPom3)计算偏置电阻 功放级互补管的静态电流由R16，二极管和R17提供。要使R16，R17中流过的电流大于基级电流IBM，即 IR16IBM=Icm 式中Icm分别为互补管的集电极最大电流和电流放大系数，而R16 =(VccUbe2Ube4)R16=(Vcc0.70.7) R16=1.36mA,所以R16的阻值应为10K，而R17的阻值和R16的相等。图3.94.调试说明 一电路检查检查电路元件焊接是不是正确，注意检查元件连接是否有虚焊和短路，查看

14、运放和晶体管管脚是否接对，注意电解电容级性不能接反。检查电源电压是否符合要求，正负电源方向要对，数值要对称。二检查静态1负载开路，接通电源，粗测静态各级情况。1）用万用表直流电压检查正负电源是否接上。2）逐级检查各级状态：测量个晶体管UBE和UCE,UBE=0和UCE=0均为不正常，对运算放大器要测量个管脚电压是否正常。3)检查输出级电位。输出级电位应为OV，4)接假负载，测量上述静态电压。输出端电位仍为0V，不应有太大的偏移，否则表明互补对称管不对称。5.小结及讨论通过整体分析，可以知道该设计方案设计出的音频放大器对音频信号能够进行电压放大和功率放大，能够输出大的交流功率，非线性失真和频率失

15、真较小，且输入阻抗很高，输出阻抗很低，带负载能力较强。具有音调控制能力。但不能实现对噪音的有效控制。所以仍有许多改进的地方。另外，通过一周的课程设计，我对模电这门课有了更深的理解，在对课程的设计过程中，无形中加深了我对模拟电子电路的运用能力；这当中不断出现的问题也让我看到了理论与实践之间的差距，可以说这是一次对我实际能力的检验和提高，这对我们以后的学习一定有很好的作用。 其实，通过这么一次设计，我也学到了许多关于关于软件应用的知识，让我对电路仿真软件有了一个基本的了解,学会了用它来绘制电路图，这是一个附加的收获。 总之，这次设计是一件很有意义的事，很高兴学校给我们这样的机会让我们锻炼一下，虽然花费了