辽宁工业大学模电课设全集成电路高保真扩音机

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 模拟电子技术基础模拟电子技术基础课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目：全集成电路高保真扩音机全集成电路高保真扩音机院（系）：院（系）： 电子与信息工程学院电子与信息工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字）起止时间：起止时间： 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）本科生课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目全集成电路高保真扩音机全集成电路高保真扩

2、音机课程设计（论文）任务设计参数：设计参数：（1）采用全部或部分分立元件设计一种全集成电路高保真扩音机。（2）额定输出功率，负载阻抗。WP50 8LR（3）频率响应 2020KHZ设计要求：设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按

3、信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。进度计划第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；第 4 天：选择器件进行单元电路设计；第 5 天：单元电路设计及仿真；第 6 天：整体电路设计并仿真；第 7 天：电路焊接制板；第 8 天：焊接调试；第 9 天：完善设计；第10 天：答辩。指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）III注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算本科生课程设计（论文）IV摘要扩音机电路是把微弱的声音信号放大成能推动扬声器的功率放大信号，主要由运算

4、放大器构成。电路结构分为前置放大，滤波器，功率放大三部分。 前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声要小，音频控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了输出功率，要求效率高，失真可能小，输出功率大。若 Pomax=8W，输出电压 Uo=Pomax.RL=8V 使输入为 10mv 的信号放大到输出的 8V，所需的总放大倍数为 800. 前置放大 100 倍，音调控制中频率放大 1 倍，功放级电压放大 8 倍，总放大倍数为 400 倍。经过 multimis 软件仿真，验证了功率放大器单元电路的指标，基本满足设计要求。经过焊接调试后，实测数据与

5、仿真结果不太吻合。由于仿真元件与实践元件有差别，所以结果不够理想。 关键字：放大器;失真;滤波 本科生课程设计（论文）V目 录第 1 章 绪论 .11.1 全集成电路高保真扩音机概况 .11.2 本文研究内容 .1第 2 章 全集成电路高保真扩音机电路设计 .22.1 全集成电路高保真扩音机总体设计方案论证.22.2 具体电路设计.32.2.1 前置放大电路设计.32.2.2 音频控制电路设计.32.2.3 功率放大电路设计.42.3 元器件选择 .52.4 MULTISIM 仿真、数据分析.82.5 焊接调试、实物测试 .8第 3 章 课程设计总结 .10参考文献 .11元器件清单 .12本

6、科生课程设计（论文）0第 1 章 绪论1.1 全集成电路高保真扩音机概况随着科学技术的不断发展,各种专用集成电路大量涌现。在电子技术领域里，集成电路大有取代分立元件的趋势。在各种音响设备中，全集成电路高保真扩音机由于工作可靠，外围电路结构简单，容易调试，内部设有各种保护设施，不易损坏的特点，不断地被从事电子技术工程人员和无线电爱好者认可和接受。另外，由于体积小，价格便宜，在学校、公司、技术企业，以及工厂，都广泛的应用它，是一个既实惠，又实用的产品。1.2 本文研究内容以下为本文研究内容：1、经过对比所设计的方案，选择可行的设计方案。要考虑器件的来源，敲定可行方案。2、设计各单元电路。将总电路分

7、解成若干子系统或单元电路，逐个设计。3、使用 multisim 仿真，观察仿真结果，如果仿真合格，可以焊接。4、最后焊接完成后，验收和调试。技术指标：1、采用全部或部分分立元件设计一种全集成电路高保真扩音机。2、额定输出功率。WP503、负载阻抗。 8LR4、频率响应 2020KHz本科生课程设计（论文）1第 2 章 全集成电路高保真扩音机电路设计2.1 全集成电路高保真扩音机总体设计方案论证方案一： AV3 是环绕声功率放大器。该机的主要功放电路为了适应环绕声的五路信号输入，分别设置了五路功率放大器，分别是左声道功率放大器、右声道功率放大器、中置声道功率放大器、后左环绕声道功率放大器、和后右

8、环绕声道功率放大器。方案二： 各级主要功能和要求：前置放大主要完成小信号放大，要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声要小：音调控制主要实现对输入信号高低的提升和衰减：功率放大器决定整个电路的输出效率，非线性失真系数等指标，要求效率高，失真尽可能小，输出功率大。设计时首要根据技术指标的要求，确定各级增益的分配，然后对各级电路进行具体设计。最终，通过方案的对比选择方案二。本设计选择的总体框图如图 2.1 所示；第一级：前置放大电路，主要用于完成对小信号无失真的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小。第二级: 音调调制，电路仅仅在于扩音，还有对高低音的抑制或提升，音调控制电路起到这个

9、作用。第三级： 功率放大决定了输出效果，要求效率高，失真尽可能小，输出功率尽可能大。图 2.1 整体框图音频信号前放大电路音调 控制 电路功率放大电路本科生课程设计（论文）22.2 具体电路设计2.2.1 前置放大电路设计输入的音频信号通常比较弱，一般在音调控制器前面应加前置放大器，考虑到设计电路对频率的响应，及零输入时对电压，电流的要求，前置放大器选择用集成运算放大器 LF353，因为 LF353 属于高输入阻抗低噪音的集成器件，其中输入阻抗 104 兆欧，输入电流极为 50X10-12A,单位增益频率为 4MHZ，转换速率为13V/us。前置放大电路由两级放大电路组成，第一级放大电路的电压

10、增益为Au1=11，即 1+R3/R2=10,其中取 R2=10k，R3=100k。第二级放大电路的电压增益为 Au2=11 同样 R5=10k，R6=100k，耦合电容 C1 和 C2 取 10uf，C4 取 100uf，以保证扩音电路的低频响应。其他元件参数选择：C3=100pf，R7=22k，电路直流电源为正负 12V。前置放大电路如图 2.2.所示。图 2.2 前置放大电路2.2.2 音频控制电路设计音调控制电路通常是由低通、高通、带通滤波器组成的，半导体公司有专用的IC生产，也可用运算放大器组成音调控制电路，本实验中的音调控制器电路的本科生课程设计（论文）3设计仍选用LF353来实现

11、。音调控制器的关键是电阻电容网络的的选频作用，输入信号是通过两个支路送入到放大器的输入端的。一条是经过R8，Rp1，C6，R9到输入端，并经过C7，R10到输出端形成负反馈，另一条经过Rp2,R11,C5进入输入端，两支路的电容容量相差较大，其中C6，C7容量大对低频信号影响大，C5容量小对高频信号起作用。音频控制电路如图2.3所示。图 2.3 音频控制电路2.2.3 功率放大电路设计功率放大电路是电子电路中一个十分重要的部分。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，要求效率尽量高失真尽可能小，输出功率足够大。不同与前置放大器，功率放大器不仅对音频电压信号进行放大，而且放大了音频

12、电流信号，以满足外界负载的功率要求，同时功率放大器还有效率特性平本科生课程设计（论文）4坦，高信噪比和优良的动态特性等功能。功率输出级的电路结构有很多形式，选择有分立元件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可。为了巩固在电子线路课程中所学的理论知识，这里选用集成运算放大器组成的典型的 OCL 功率放大器。其中有运算放大器组成输入电压放大器，由晶体管 VT1，VT2，VT3，VT4 组成的复合管为功率输出级。三极管VT1，VT2 都为 NPN 管，仍组成 NPN 管， VT3，VT4 为不同类型的晶体管所组成的复合管种类由第一只管子决定，能为 NPN 管。功率放大器如图 2.4 所示。图 2.

13、4 功率放大器 2.3 元器件选择确定电源电压：功率放大器的设计要求是最大输出功率 Po max=U2om/RL,可得 Uom=2Po max，考虑功率输出管 VT2，VT4 的饱和压降和发射级电阻 R21，R22 的压降作用，电源电压常数取 Vcc=（1.2-1.5）Uom，将已知参数代入上式，电源电压可选正负本科生课程设计（论文）512V。复合管的选择：VT1，VT2 分别与 VT4 组成复合管，它们承受的最大电压均为 2Vcc，考虑到R18，R20 的分流作用和晶体管的损耗，晶体管 VT1，VT3 的集电极功耗为：Pc max=(1.1-1.5)Pc max/2,而实际选择 VT3 参数

14、时要大于该最大值。另外，为了复合输出互补类型的三极管，一定要使 VT1，VT3 互补，且要求尽可能对称。VT1 可选用 8050，VT3 选用 8550.输出晶体管的选择:输出功率管 VT2，VT4 选择同类型的 NPN 型大功率管，其承受的最大反向电压 UCEmax=2Vcc，每只晶体管的最大集电极电流为 Icmax=Vcc/R=1.6A；每只晶体管的最大集电极功耗 Pc max=0.2Pc max=1.6W。所以在选择功率三极管时，处应使两只管的值尽量对称外，其极限参数还应满足下面关系VBRceo2Vcc,IcmIcmax。电阻的估算:R18，R20 用来减小复合管的穿透电流，两组织的太小

15、会影响复合管的稳定性，太大又会影响输出功率，估阻值一般取 R6=R7=(510)Riz,Riz 为 VT1，VT2 管的输入端等效电阻，其大小可用公式 Riz=rbe+（1+2）R21 来计算，大功率管的rbe 约为 10，为 20 倍。输出功率管的发射极电阻 R21，R22 起电流负反馈作用使电路的工作点更稳定，从而减少非线性失真。一般取 R21=R22=（0.050.1）RL.由于 VT1，VT3 管的类型不同，接法不一样，这样加到 VT1，VT3 管基极输入端的信号将不对称。为此，增加 R17，R19 作为平衡电阻，是两只管子的输入阻抗相等，一般选择 R10=R11=R6Riz/(R6+

16、Riz).根据以上条件，选择电路元件值为R21=R22=1，R6=R7=220,R10=R11=100.由于元器件库电阻种类有限，所以1 欧电阻被省掉。确定静态偏置电路：为了克服交叉失真，由 R15,R16,R13 和二极管 VD1,VD2 共同组成两队复合管偏置电路，使输出工作再甲乙类状态。R15,R16 的阻值要根据输出级输出信号的幅度和前几运算放大器的最大允许输出电流考虑。静态时功率放大器的输出端对地的点位应为 0（VT1.VT2 与 VT3 应处于微通状态）即 u=0，运算放大器输出电位uo1=0，若取电流 I=1mA ,Rp3=0， （Rp2 可采用 1k左右的电位器） ，其Io=（

17、Vcc-ui）/(R13+Rp3)=（Vcc-ui）/R15=（12-0.7）/R15.所以，R15=11.3K，取 R11=11K，电阻 R16=11K，取 Rp3=1K，电路中 VD1，VD2 选为IN4148，由于元件库元件有限所以电阻 11K 欧，用 10K 和 1K 欧欧代替，二极管本科生课程设计（论文）6用 IN4007 代替。整体元器件计算：最大输出功率的测试音量电位器适中，调节输入信号幅度，直至示波器的输出波形刚出现畸变为止，再将输入信号降低 1dB，读出 V2 的电压 Vmax，用下列公式可算出最大输出功率 Pmax，计算公式 Pmax=（Vnax）*（Vnax）/RL.=5

18、W.电压增益的计算 前置放大器 第一级放大电路的 ，Au1=11 即 1+R3/R2=10,其中取R2=10k，R3=100k。取 Au2=11。总增益为 110.。 音调控制电路增益为:低音最大提升量Au1=(R9+Rp1)/R8=(470+51)/51=10.21 低音最衰减量; Au2=R9/R8+Rp1=51/470+51=0.098 高频最大提升和衰减量为Au1=Rb/Ra/R10=9.5 Au2=Rb/R10/Ra=0.105 功率放大电路的增益 Vo/Vi=120 总功率等于各级增益之积为 800.由于总体电路图过大，可能效果不够好！全电路图如图 2.5 所示。本科生课程设计（论

19、文）7 图 2.5 总电路图2.4 MULTISIM 仿真、数据分析由于电路过于复杂很难实现，所以只对于功率放大电路进行仿真，仿真图如图 2.6 所示。图 2.6 功率放大电路仿真图通道 1 为输入电路，通道 2 为输出电路。频率为 44.1HZ，满足频率在 20HZ-20KHZ，功率5W。仿真结果为两个正弦波，没有失真，所以仿真成功。2.5 焊接调试、实物测试或许由于电阻阻值的改变实物的调试结果与仿真的结果有差别。仿真的电路本科生课程设计（论文）8图比较理想，而做成实物后有太多影响后果的因素，所以没有达到预期的结果。实物图如 2.7 所示。本科生课程设计（论文）9图 2.7 实物图本科生课程设计（论文）10第 3 章 课程设计总结本课程设计为全集成电路高保真扩音机，用到的主要是模拟电子技术基础的相关知识，综合性强，广泛应用到生活中的各种领域。根据所学的知识设计出