模电课程设计收音机

1、本科生课程设计题 目 收音机音频放大电路仿真设计 学 院 机械交通学院 专 业班级姓 名学号指导教师职称 讲 师 2011 年 12 月 25 日教务处制总分：指导教师签名：模拟电子技术课程设计评分标准项目子项目满分得分1作品制作质量20完成效果202设计报告方案论证1050电路、计算，或仿真20调试、测试数据10规范性103其他工作态度510答辩5总分100目录1设计目的32设计要求和设计方案分析32.1 设计要求32.2 设计方案分析32.2.1 功率放大电路的分析32.2.2 电压放大电路的分析43 设计内容53.1 功率放大电路53.1.1 功率放大电路的分析53.1.2 功率放大电路

2、的设计计算63.1.3 功放电路73.2 电压放大电路83.2.1 计算元件参数83.2.2 耦合电容和旁路电容的选取13反馈网络的计算143.2.4 电压放大电路图形143.2.5 确定静态工作点153.2.6 输入电阻、输出电阻及电压放大倍数的计算164 图形仿真和运行结果184.1 电路图184.2 仿真结果185 收音机的制作过程226 心得体会231设计目的1、培养大学生的实际动手操作能力。2、学习和使用multisim软件。3、训练毅力和耐心。培养独立思考问题的能力。4、 较好的把握电路图和实物之间的联系，并且会对造电路图检测错误。5、根据原理图测出静态工作点。2设计要求和设计方案

3、分析2.1 设计要求1设计一个晶体管功率放大器电路，输入信号600mV，输出功率1-5W。2输出功率在1W到5W之间3放大器工作频率范围30Hz-30kHz4带内增益平坦度小于1dB5效率大于40%（越高越好）6 电压放大倍数：Au=1627 最大输出电压：=8 频率响应：30Hz30kHz9 输入电阻：ri>15k10 失真度：<10%11 电源电压：EC=15V12 信号源电压为10mV2.2 设计方案分析 功率放大电路的分析在多级放大电路中，输出的信号往往是送去驱动一定的装置。考虑到功率放大电路不同于电压放大，电流放大电路，因此功率放大电路包含着一系列在电压器放大电路中没有出

4、现过的特殊问题，这些问题是：1要求输出功率尽可能大为了获得大的功率输出，因此功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。2效率更高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。3非线性失真要小功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同的场合下，对非线性失真的要求不同，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得很重要，而在工业控制

5、系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要启用就将为次要问题了。4功率器件的散热问题在功率放大电路中，有相当的功率消耗在管子的集电极上，是结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为了一个重要问题。此外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号频率，器件承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。 电压放大电路的分析电压放大电路的框图如图1所示，根据设计指标选择多级放大电路，前置级为电压放大，输出级为功率放大，主要对前置级电压放大电路进行设计。图1 电压放大电路的框图电路方案的确定包括以

6、下几个方面内容：1根据总的电压放大倍数，确定放大电路的级数。2根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定电路晶体管的组态及静态偏置电路。3根据三种耦合方式的不同特点，选用适当的耦合方式。3 设计内容3.1 功率放大电路 功率放大电路的分析1 电路图的选择 利用甲乙类双电源用二极管进行偏置互补对称电路，设计功率放大电路，如图2所示图2 甲乙类功率放大电路图此电路中是甲乙类双电源利用二极管进行偏置的互补对称电路。其中如图3所示装置是用来调节输出功率的。图3 功率放大电路的设计计算1、电路设计计算（1）负载电阻的选取（2）确定电源电压功率放大电路的最大输出功率为1W5W，所以 W根据OCL电路最

7、大输出功率计算公式计算得 式中，为功放管饱和压降；为功放管发射极电阻上的压降。为方便计算，电源电压用下式估算取（3）功放管的选择2、附加电压放大电路由于信号源电压为10mV，电压放大倍数为162倍，不能是功率放大到指定功率，即1到5瓦，因此要在功放电路信号输入端串联一个电压放大器，使电压达到。电压放大倍数为，。则，其阻值选择如图4所示。图4 附加电压放大电路 功放电路图5 功放电路图由图可知，所以3.2 电压放大电路 计算元件参数1、确定电源电压为保证输出电压幅度能达到指标要求，电源电压EC应满足如下要求：图6 电源电压波形EC>2Vom+VE+VCES式中：Vom为最大输出幅度VE为晶

8、体管发射级电压，取VE=13V。VCES为晶体管饱和压降，取VCES=1V。指标要求的最大输出电压Vo=1V，给定电源电压EC=15V，可以满足要求。2、确定T2的集电极电阻和静态工作电流因为这级的输出电压比较大，为使负载得到最大幅度的电压，静态工作点应设在交流负载线的中点。如图7所示。由图可知，Q点在交流负载线的中点，因此的T2静态工作点满足下列条件。图7 管分析图(1-1)因在晶体管的饱和区和截止区信号失真很大，为了使电路不产生饱和失真和截止失真，VCEQ2应满足：VCEQ2>Vom+VCES (1-2)由（1-1）式消去ICQ2并将（1-2）式代入可得： 取VE=3V；VCES=1

9、V则：取R8=1k 图8 静态工作点分析图由图8 静态工作点分析图得由（1-1）式消去VCEQ2可得：3、确定T2发射级电阻取R9=4224、确定晶体管T2（1）选取晶体管时主要依据晶体管的三个极限参数：BVCEO>晶体管c-e间最大电压VCEmax（管子截止时c-e间电压）ICM>晶体管工作时的最大电流ICmax（管子饱和时c-e回路电流）PCM>晶体管工作时的最大功耗PCmax由图6可知：IC2最大值为IC2max=2ICQ2VCE的最大值VCE2max=EC根据甲类电路的特点，T2的最大功耗为：PCmax=VCEQ2·ICQ2因此T2的参数应满足：BVCEO&

10、gt;EC=15V ICM>2ICQ2=mA PCM> VCEQ2·ICQ2=mW选用S9011，其参数为：BVCEO>30V；ICM>30mA；PCM>400mW；满足要求。5、确定T2的基极电阻在工作点稳定的电路中，基极电压VB越稳定，则电路的稳定性越好。因此，在设计电路时应尽量使流过R6和R7的IR大些，以满足IR>>IB的条件，保证VB不受IB变化的影响。但是IR并不是越大越好，因为IR大，则R6和R7的值必然要小，这时将产生两个问题：第一增加电源的消耗；第二使第二级的输入电阻降低，而第二级的输入电阻是第一级的负载，所以IR太大时，将

11、使第一级的放大倍数降低。为了使VB稳定同时第二级的输入电阻又不致太小，一般计算时，按下式选取IR的值：IR=（510）IBQ硅管IR=（1015）IBQ锗管在上式中IR的选取原则对硅管和锗管是不同的，这是因为锗管的ICBO随温度变化大，将会影响基极电位的稳定，因此IR取值一般比较大。对硅管来说ICBO很小，因此IR的值可取得小些。本电路T2选用的是硅管，取IR=5IBQ则：由图9知：取：R7=10k；R6=31k。5、确定晶体管T1（1）确定T1的静态工作点因为第一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。主要应考虑如何减

12、小噪声，因输入级的噪声将随信号一起被逐级放大，对整机的噪声指标影响极大。晶体管的噪声大小与工作点的选取有很大的关系，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，一般对小信号电路的输入级都不详细计算，而是凭经验直接选取： ICQ1=0.11mA 锗管 ICQ1=0.12mA 硅管VCEQ=（23）V如果输入信号较大或输出幅度较大时不能用此方法，而应该具体计 算。计算方法与计算第二级的方法相同。（2）确定T1管的集电极电阻，发射级电阻 由图10知： 取：VE1=3V；VCEQ1=3V；ICQ1=1mA则： 图10 电阻R3 R4 R5 分析图取：R3=

13、10k取：R4=24；R5（3）T1管基极电阻的选取取：IR=10IBQ，VE1=3V由图11知； 图11 T1管电阻选取分析图取：R1=113k；R2=37k 耦合电容和旁路电容的选取各级耦合电容及旁路电容应根据放大器的下限频率f1决定。这些电容的容量越大，则放大器的低频响应越好。但容量越大电容漏电越大，这将造成电路工作不稳定。因此要适当的选择电容的容量，以保证收到满意的效果。在设计时一般按下式计算：其中：RS是信号源内阻，ri1是第一级输入电阻。其中：r01是第一级输出电阻，ri2是第二级输入电阻。其中：ro2是第二级输出电阻。其中：Rb=R6/R7/R3由于这些公式计算繁琐，所以在工程计

14、算中，常凭经验选取：耦合电容：210F发射极旁路电容：150200F现在用第二种方法确定C1、C2、C3、Ce1和Ce2取：C1=C2=C3=10FCe1=Ce2=100F电容器的耐压值只要大于可能出现在电容两端的最大电压即可。3反馈网络的计算根据深度反馈的计算方法，由图7知：图12 深度反馈网络图所以 Rf=100R4-R4取： Rf=k，Cf=10F 电压放大电路图形图13 multisim电路仿真图确定静态工作点图14 T2管静态图图15 T1管静态图 根据静态分析图静态工作点分析图 如下求得T1,T2管的静态工作点IB1=IC1=1mA VCE1VIB2=0.072mA IC2=7.2

15、mA VCE2=输入电阻、输出电阻及电压放大倍数的计算根据小信号模型法T1管图 16 T1管的小信号模型T2管图17 T2管的小信号模型 而原始数据；Av=162 误差 =162-169=7 误差在范围内:误差小于5%，在允许的范围内4 图形仿真和运行结果4.1 电路图图18 设计电路图4.2 仿真结果1、利用示波器做出电压放大的仿真波形图图19电压放大电路仿真波形图20 功率级放大电路波形图图21 幅频曲线图22 相频曲线幅频特性：随着频率的增加，电压幅值也随之增加。当频率达到100Hz时，幅值趋于稳定。相频特性：随着频率的增加，相位角随之减小。当频率达到1KHz时，相位角趋于稳定。2、功率仿真结果图23 设计电路功率仿真图图24 最小输出功率图25 最大输出功率5 收音机的制作过程（1）用万用表测量每个电阻的阻值，并与表中参数对应为电阻标号。（2）用万用表测量各电容大小，确定各电容标号。（3）用万用表确定三极管管脚B、E、C 。（4）确定二极管阴阳极，红色一边为阳极，黑色一边为阴极