对讲机放大电路设计实验报告

对讲机放大电路设计实验报告前言在本学期第十七周的时候，我们进行了为期一周的模电课程设计。我们总共有三个课题，分别是：对讲机放大电路设计，直流稳压电源和充电电路，函数信号发生器；我们小组选择了第一个课题。进行了元件挑选，元件排布，元件焊接，电路板调试和最终检测。从中我们学习到了许多，也理解了许多，对于自己的专业有了更加一步的了解。以下是我们组的实习报告。目标电路图一设计任务及其指标1．前置放大级技术指标：电压放大倍数：Av=100；最大输出电压：Vo=1V；频率响应：30Hz~30KHz；输入电阻：Ri>15KΩ；失真度：γ<10%；负载电阻：RL=2KΩ；电源电压：Vcc=12V；2．功率放大器〔输出级〕技术指标最大输出功率：Pom≥0.25W；负载电阻：RL=8Ω；失真度：γ≤5%效率：η≥50%输入阻抗：Ri≥100KΩ二设计内容和原理本次试验的主要内容是对讲机放大电路的设计，使其对微弱的信号进行放大的功能，而关于三极管的放大功能和功率放大时本次试验的主要核心内容。其要求设计出来的电路满足以上的技术指标。1〕工作原理放大器由于具有对微弱信号进行放大的功能，所以得到了广泛的应用，但因单级放大器的增益不高，实用的放大器一般均由多级放大器构成。对讲机放大器的电路组成方框图如图：如图，放大器是核心局部。它的作用是把话筒送来的微弱信号放大到足以使扬声器发出声音。Y1、Y2为扬声器，K为双刀双掷开关。利用开关的切换作用，可以改变Y1、Y2与防大曲连接的位置，使Y1、Y2交替作为话筒和扬声器使用。图中，K处在图中所示的位置，Y2通过K接到放大器的输入端成为话筒，Y1那么接到输出端为扬声器。此时有人对着Y2讲话时，Y2把声音信号转换成电信号加到放大器的输入端，经放大器的放大后可带动扬声器Y1发出声音，从而可在Y1处听到Y2处的讲话。当K拨到另一位置上时。那么可以在Y1处讲话，Y2处收听。通过K的开关控制，能够实现双向有线通话，称为对讲机。对讲机放大器的电路组成方框图1－2电路由输入级，中间级，输出级构成。前置级由两级放大器组成，放大器第一级输入端与传感器相连，故也称为输入级。放大器的第二级把输入级的输出的电压信号进行放大再传给输出级，这一级也成为中间级。由OTL功率放大器组成，把前置级的电压信号进行功率带动扬声器。输入输入级中间级输出级信号源负载-输入级中间级输出级前置级信号源负载-三设计步骤和方法本次试验的核心就是三极管的放大电路，所以首先应该设计一个符合技术指标的放大电路，其主要就是前置局部和功率放大局部。前置局部由三大三极管组成，第一个三极管的防止温度漂移，所以要选择好适宜的R1和R2的阻值，使得T1管的基极电流远远小于流过R1和R2的电流。第二个三极管的主要功能就是放大电压，所以必须调整好静态工作点，使其正好在负载线的中点左右，第三个三极管的作用主要是放大和极点耦合，并输出放大电压。而功率放大的那两个三极管主要是进行功率放大1).确定放大电路的级数根据总电压放大倍数，确定放大电路的级数，为使放大电路的性能稳定，引入一定深度的负反应，所以，放大倍数应留有一定余量。2).确定晶体管的组态根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定晶体管的组态〔共射、共基、共集〕及静态偏置电路。3).选用适当的耦合方式根据三种耦合方式〔阻容耦合、变压器耦合、直接耦合〕的不同特点，选用适当的耦合方式。本电路级间耦合采取阻容耦合方式。前置放大原理图如下图：2、确定功率放大器的电路方法；功率放大器的电路形式很多，有双电源的OCL互补对称功放电路、单电源供电的OTL功放电路、BTL桥式推挽功放电路和变压器耦合功放电路等。这些电路各有特点，可根据要求和具备的试验条件综合考虑，作出选择。本方案的输出功率较小，可采用单电源供电的OTL功放电路，OTL功率放大器由推动级、输出级组成。推动级采用普通的共射级发大电路，输出级由互补推动输出，工作在甲乙类状态下，得到较大的输出功率。图1-4是一个OTL功放电路，T4是前置放大级，只要适当调节R〔p〕，就可以使I〔rh〕、U(b5)和U〔b6〕到达所需数值，给T5、T6提供一个适宜的偏置，从而使A点电位U〔a〕=U〔c〕=Vcc/2。当U〔i〕=U〔im〕sinkt时，在信号的负半周，经T4放大反向后加到T5、T6基极，使T6截止、T5导通，这时有电流通过R〔l〕，同时电容C5被充电，形成输出电压Uo的正半周波形。在信号的正半周，经T4放大反相后家道T5、T6基极，使T6截止，T5导通。那么已充电的电容C5起着电源的作用，并通过RL，和T5放电，形成输出电压Uo的负半轴波形。当U〔i〕周而复始变化时，T5，T6交替工作，负载RL上就可以得到完整的我正弦波。为使输出电压到达最大峰值Ucc/2，采用自举电路的OTL功放电路.当Ui=0时，UA=Vcc/2，Ub=Vcc-iR11R2，电容C3两端Uc3=Ub-Ua=Vcc/2-iR11R2。当R11C4乘积足够大时，那么可以认为Uc4根本为常数，不随Ui二变化。这样，当Ui为负半周是；T5导通，UA向Vcc/2向更正的方向变化。由于B点点位Ub=Uc4+Ua，B点电位也将自动随着A点电位升高。因而，即使输出电压Uo幅度升的很高也有足够的电流流过T5基极，使T5充分导电。这种工作方式称“自举〞，意思是电路本身Ub提高了。3、计算元件参数电路方案确定以后，要根据给定的技术要求进行元件参数的选择，在确定元件参数时，可以先从后级开始，根据负载条件确定后级的偏置电路，然后再计算前级的偏置电路，进一步由放大电路的频率特性确定耦合电容和旁路电容的电量，最后由电压放大倍数确定负反应网络的参数。确定电源电压：为保证输出电压幅度到达指标要求，电源电压Vcc应满足如下要求：Vcc〉2Vom+VE+VCESVom为最大输出幅度，Vom=1.4V，VE一般去1~3V，VCES一般取1V。2〕前置放大级参数确定1)确定T2级的参数a．确定T2级发射极、集电极电阻参数及静态工作点：因为T2管级是放大电路的输出级，输出电压比拟大，为使负载得到最大的输出幅度，静态工作点应设在负载线的中点，如下图，满足条件：Vcc-VCEQ2=ICQ2R8+VE2VCEQ2=ICQ2VCEQ2>Vom+VCESR9=指标中，Rl=2K，取Ve2=3V，Vces=1V，确定R8=3.5K，R9=1.5k，取标称值，R8=3.3k，R9=1.5k，取静态值Icq=2mA，Vces2=2.4V。VomVomVomVomQ〔VCEQ，ICQ〕2VCEQVccVCEVCEQICQ2ICQIC0VCESb．晶体管的三极管参数；晶体管的选取主要是依靠晶体管的三个极限参数，BVceq>三极管，ce间最大电压Vcemax，Icm>三极管工作时的最大电流Icmax；Pcm>三极管工作时的最大功率Pmax。由图可知，Ic2的最大值为Ic2max=2Icq2Vce最大值为Vce2max=Vcc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>12VICM>2ICQ2=4mAPCM>VCEQ2·ICQ2=4.8mW选用3DG系列小功率三极管，β2=80。c.确定T2级基级电阻参数在工作点稳定的情况下，基级电压Vb2越稳定，那么电路的稳定性越好，因此，在设计电路的时候应尽量使流过基级电阻的电流大些，以满足Ir>Ibd条件，保证Vb2不受Ib变化的影响，但是Ir并不是越大越好，因为Ir大,那么R6，R7的值必然要小，这将产生两个问题，第一增加电源的小号，第二是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太大时候，将是第一级，的放大倍率降低，为了使VB2稳定同时第二级的输入电阻有不小，一般计算时候，按下式选取IR的值IR=〔5~10〕IBQ硅管IR=〔10~15〕IBQ锗管本电路选用硅管，取IR=5IBQR6=R6==取标称值，R7=30KΩ，R9=68KΩ。2〕确定T1级的参数a.T1级发射极、集电极电阻及静态工作点：因为T1级是放大器的输入级，其输入信号比拟小，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拟容易实现，主要考虑如何减小噪声，三极管的噪声大小与工作点的选取有很大关系，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，一般对小信号的输入级都不详细计算，而是凭经验直接选取：ICQ1=0.1~1mA硅管ICQ1=0.1~2mA锗管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方法相同，VE1=3V，VCEQ1=3V；ICQ1=0.5mAR4+R5=R4+R5=R3=b．确定T1级三极管参数T2的参数应满足：BVceo>12V,R2=R=取R1=130K，R2=56K3〕耦合电容和旁路电容的选取下限频率fL决定耦合电容及旁路电容，电容的容量越大那么放大器的低频响应越好。工程计算中，常凭经验选取。耦合电容：2～10μF发射极旁路电容：150～200μF4〕反应网络的计算Rf=100R4-R4=5.5K取Rf=5.6K，Cf=10μF3.功放级参数确定1〕确定电源电压：所以最大输出电压应根据Pom来计算，为：Vom=ηVcc/2即：Vcc=2其中η称为电源利用效率，一般取：η=0.6~0.812V的电源可满足放大电路和OTL功率放大电路的要求。2〕确定输出级功放管参数：选择适宜的功率管，并使两管β5=β6，参数尽量对称，大功率管还应考虑其工作环境的温度以及散热片问题，为了满足电路性能要求，并便于设计计算，本课题功率管选择硅管，其极限参数应满足：BVceo>VCEmax，Icm>ICmax；Pcm>PCmax。BVCEO>VCEmax=2·Vcc/2=12Icm>Icmax=PCM>PCmax=0.2Pom=0.2·0.25W=50mW。因此选用一般大功率管三极管可以满足要求。3〕计算推动级电路：确定T4的工作电流：为保证信号不是真，T4工作在甲类放大状态，静态工作点应设在负载的中点要求：ICQ4≥3IB6max一般取ICQ4=2~10mA，此设计中取ICQ4=10mA。静态时，OTL电路的A点电位VA=VCC/2=6V，所以，VCES4=2~3V。VC4=6-VBE6=5.5VVC4=VCES4+ICQ4R15确定R15=250Ω。VB4=VE4+VBE4=ICQ4R15+VBE4=3.1VR14=RP=4)确定输出级静态工作点及电阻参数：静态时，OTL电路的A点电位为VA=VCC/2=6V，那么VBQ5=6.5V,VBQ6=5.5V。那么：确定电阻为标称值R11为120Ω，R12为430Ω。四安装和调试安装时需要先对给定的电阻和一些元件进行检查，确保无误。依据所画的原理图进行线路连接，主要是三极管的极性要考虑，以及电容的正负极不要弄反在确保电路不发生故障的前提下，可以对电路板进行美化。1．仿真调试步骤：1〕使用仿真软件画出电路原理图，标出节点。2〕电路直流分析，判断放大电路及功放级的电路状态。2．实际电路调试在仿真的根底上，焊好电路并检查无误后，即可进行调试。如果设计正确，前置放大级一般不必调整就可以正常工作。3OTL输出级的简单调整方法：㈠调解RP使A点电位为0.5Vcc㈡调解R13使Icq4、5=〔5~6〕mA其中㈠㈡要反复调解，知道到达要求为止。五电路的指标结果输入信号：9.7MV电压放大倍数：Av=78频率响应：30Hz---29KHz输入电阻：32.3K失真度:0%电源电压:Vcc=12V六所使用的仪器,设备和元件1〕计算机及电路仿真软件2〕信号发生器3〕示波器4〕稳压电源5〕晶体管毫伏表6〕万用表7〕钳子、导线、电烙铁、镊子1R1130K12R26K13R312K14R456K15R55.6K16R668K17R728K18R91.5K19R103K110R11120111R12430112R13100113R145.1K114R15270115C110UF116C210UF117C310UF118C410UF119C5470UF120Ce1100UF121Ce2100UF122T1,T2NPN223T3.T4NPN224T5NPN125T6PNP126电位器20k127电位器10K1七心得体会在这次的课程设计中，电压增益由设计的好的两个电阻5.6k欧姆