扩音机电路的设计毕业设计

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1、 word 资料 齐鲁理工学院齐鲁理工学院 课程设计说明书 题 目 扩音器的设计 课 程 名 称 模拟电子啊技术 二 级 学 院 机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 2015 级 学 生 姓 名 沈坤 学 号 201510530039 指 导 教 师 设计起止时间 2016 年 12 月 12 日至 2016 年 12 月 16 日 成绩 word 资料 目 录 第 1 章 方案设计 2 第 2 章 单元电路设计 2 2 1 前置放大器的设计 2 2 2 音调控制器的设计 3 2 2 1 低频工作时元器件参数的计算 5 2 2 2 高频工作时元器件参数的计算 7 2 3 功率输出

2、级的设计 10 2 3 1 确定电源电压 10 2 3 2 功率输出级设计 11 2 3 3 电阻R17 R12的估算 11 2 3 4 确定静态偏置电路 11 2 3 5 反馈电阻R13与R14的确定 12 参考文献 13 附录 1 总电路原理图 14 word 资料 扩音器的设计 摘要 很多场合 如商场 学校 车站 体育场等 都安装有广播系统 它的主要功能是播放 音乐 广播通知和要闻 这些广播系统都含有扩音设备 用以把从话筒 录放卡座 CD 机送出 的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号 根据实际需要和放大器件的不同 扩声电 路的设计也有很多种类 作为电子线路的课题设计 本课题提出的

3、扩声电路性能指标比较低 主要采用理论课题里介绍的运算放大集成电路和音频功率放大集成电路来构成扩声电路 这种 性能指标低的扩音器主要在于价格便宜 制作简单 不需要太多昂贵的集成块 关键词关键词 扩声 音频功放 放大电路 word 资料 第 1 章 方案设计 采用运算集成电路和音频功率放大集成电路设计一个对话筒输出信号具有放大能力 的扩声电路 其电路方框图如图 1 1 所示 图 1 1 扩声电路原理框图 前置放大主要完成对小信号的放大 一般要求输入阻抗高 输出阻抗低 频带 要宽 噪声要小 音量控制主要实现对输入信号高 低音的提升和衰减 第 2 章 单元电路设计 2 1 前置放大器的设计 由于话筒提

4、供发信号非常弱 故一般在音调控制器前面要加一个前置放大器 该前置放大器的下限频率要小于音频控制器的低音转折频率 上限频率要大于 音频控制器的高音转折频率 考虑到所设计电路对频率响应及零输入 及输入短路 时的噪声 电流 电压的要求 前置放大器选用集成运算放大器 LF353 它是一种 双路运算放大器 属于高输入阻抗低噪声集成器件 其输入阻抗高为 104M 输入 偏置电流仅有 50 10 12A 单位增益频率为 4MHZ 转换速率为 13V us 用做音频前 置放大器十分理想 其外引线图如图 2 1 所示 word 资料 图 2 1 LF353 外引线图 前置放大电路由 LF353 组成的两极放大电

5、路完成 如图 2 2 所示 第一级放大 电路的Au1 10 即 1 R3 R2 10 取R2 10K R3 100K 取Au2 10 考虑增益余量 同样R5 10K R6 100 电阻R1 R2为放大电路偏置电阻 取R1 R4 100K 耦合 电容C1与C2取 10uF C4与C11取 100uF 以保证扩声电路的低频响应 图 2 2 前置放大器 其他元器件的参数选择为 C3 100pF R7 22K 电路电源为 12V 2 2 音调控制器的设计 音调控制器的功能是 根据需要按一定的规律控制 调节音响放大器的频率响 word 资料 应 更好地满足人耳的听觉特性 一般音调控制器只对低音和高音信号

6、的增益进行 提升或衰减 而中音信号的增益不变 音调控制器的电路结构有多种形式 常用的 典型电路结构如图 2 3 所示 该电路的音调控制曲线 即频率响应 如图 2 4 所示 音调控制曲线中给出了 相应的转折频率 Fl1表示低音转折频率 Fl2表示中音下限频率 F0表示中音频率 即中心频率 要求电路对此频率信号没有衰减和提升作用 Fh1表示中音上限频 率 Fh2表示高音转折频率 图 2 3 音调控制器电路 word 资料 f Hz Au dB 20db 10 倍数 FL1100Hz 10HzFH2 图 2 4 音频控制器频率响应曲线 音调控制器的设计主要是根据转折频率的不同来选择电位器 电阻及电容

7、参数 2 2 1 低频工作时元器件参数的计算 音调控制器工作时在低音时 即F Fl 由于电容C5 C6 C7故在低频时C5可看 成开路 音频控制电路此时可简化为图 2 5 图 2 6 所示电路 图 2 5 所示为电位 器RP1中间抽头处在左端 对应于低频提升最大的情况 图 2 6 所示电位器RP1中间 抽头处在最右端 对应于低频衰减最大的情况 下面分别进行讨论 word 资料 图 2 5 低频提升电路 图 2 6 低频衰减器 1 低频提升 由图 2 5 可求出低频提升电路的频率响应函数为 式中 1 1 2 1 8 110 0 wl jw wl jw R RRPR U U j i 17 1 1

8、RP RC wL 1017 101 2 RRC RRP wL RP 当频率F远远小于Fl1时 电容C7近似开路 此时的增益为 8 101 R RR A RP L 当频率升高时 C7的容抗减小 当频率F远远小于Fl1时 C7近似短路 此时的 增益为 8 10 0 R R A word 资料 在Fl1 F Fl2的增益范围内电压增益衰减率为 20dB 10 倍频 即 6dB 倍频 若 40HZ 对应的增益是 20dB 则 2 40HZ 80HZ 时所对应的增益是 14dB 本设计要求中频增益为A0 1 0dB 且在 100HZ 处有 12dB 的调节范 围 故当增益为 0dB 时 对应的转折频率为

9、 400HZ 因为从 12dB 到 0dB 对应两个倍 频程 所以对应频率是 400HZ 因此音调控制器的低音转折频率 f11 fl2 10 40HZ 电阻R8 R10及RP1的取值范围一般为几千欧姆到几百千欧姆 若取值过大 则 运算放大器的漏电流的影响变大 若取值过小 则流入运算放大器的电流将超过其 最大输出能力 这里取RRP1 470K 由于A0 1 故R8 R10 又因为 wl2 wl1 RRP1 R10 R10 10 所以R8 R10 RRP1 10 1 52K 取 R9 R8 R10 51K 电容C7可由式求得 C7 0 00085uF 取 114 3 2 1 1 7 RPL Rf

10、C C7 0 01uF 2 低频衰减 在低频衰减电路中 如图 6 所示 若取电容C6 C7 则当工作频率 f 远小于 fL1 电容C6近似开路 此时电路增益 18 10 RP L RR R A 当频率F远大于F12时 电容近似短路 此时电路增益 8 10 0 R R A 可见 低频端最大衰减倍数为 1 10 即 20dB 2 2 2 高频工作时元器件参数的计算 音调控制器在高频端工作时 电容C6 C7近似短路 此时音调控制电路可简 化成图 2 7 所示电路 为便于分析 将星形连接的电阻R8 R9 R10转换成三角形连 接 转换后如图 2 8 所 所以Ra Rb Rc 3R8 由于Rc 跨接在电

11、路的输入端和输出 端之间 对控制电路无影响 故它可忽略不记 word 资料 图 2 7 音调控制电路在高频段时的简化等效电路 图 2 8 音调控制电路高频段简化电路的等效变换电路 当RP2中间抽头处于最左端时 此时高频提升最大 等效电路如图 2 9 所示 当RP2中间抽头处于最右端时 此时高频衰减最大 等效电路如图 2 10 所示 word 资料 图 2 9 高频提升电路 图 2 10 高频衰减电路 1 高频提升 由图 2 9 可知 该电路是一个典型的高通滤波器 其增益 函数为 2 1 1 1 wH jw wH jw Ra Rb Ui Uo jwA 其中 5 11 1 1 CRRa wH 51

12、1 1 2 CR wH 当F远小于Fh1 时 电容C5可近似开路 此时的增益为 中频增益 1 0 b R R A a word 资料 当F远大于Fh2 时 电容C5 近似为短路 此时的电压增益为 11 RaR R A b H 当Fh1 F Fh2 时 电压增益按 20dB 10 倍数的斜率增加 由于设计任务中要求中频增益A0 1 在 10kHz 处有 12dB 的调节范围 所以求 得Fh1 2 5kHz 又因为 H1 H2 R11 Ra R11 AH 高频最大提升量 AH 一般也取 10 倍 所以Fh2 AH Fh1 25kHz 由 R11 Ra R11 AH 得 R11 Ra AH 1 17

13、K 取 R11 18k 由 H2 1 R11C5得 C5 1 2 Fh2R11 354pF 取C5 330pF 高音调节电位 器Rp2的阻值与Rp1相同 取RRp2 470K 2 高频衰减 在高频衰减等效电路中 由于Ra Rb 其余元器件也相同 所以有高频衰减的转折频率与高频提升的转折率相同 高频最大衰减 1 10 即 20dB 2 3 功率输出级的设计 功率输出级电路结构有许多种 选择由分立元器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 OCT 功率放大器 其电路如图 2 11 所示 其中由运算放大器 组成输入电压

14、放大驱动级 由晶体管VT1 VT2 VT3 VT4组成的复合管为功率输出 级 三级管VT1与VT2都为 NPN 管 仍组成 NPN 型的复合管 VT3与VT4为不同类型 的晶体管 所组成的复合管导电极性由第 1 只脚决定 为 PNP 型复合管 word 资料 图 2 11 功率放大电路 2 3 1 确定电源电压 功率放大器的设计要求是最大输出功率 由公式WPO8 max 可得 可得 考虑到输 LOm RUPO 2 1 2max RL UomUom POm 2 1 L RPouom max 2 出功率管VT2 与VT4 的饱和压降和发射极R11与R22的压降 电源电压常取 VCC 1 2 1 5

15、 UOm 将已知参数带入上式 电源电压选取 12V 2 3 2 功率输出级设计 1 输出晶体管的选择 输出功率管VT2 与VT4 选择同类型的 NPN 型大功率管 其承受的最大反向电压为UCEmax 2VCC 每只晶体管的最大集电极电流为 ICmaxVCC RL 1 5A 每只晶体管的最大集电极功耗为 PCmax 0 2POmax 1 6W 所以 在选择功率三极管时 除应使两管 的值尽量对称外 其极限参数还应满足系列关 系 VBRCEO 2VCC ICM ICmax PCM PCmax PCM PCmax 根据上式关系 选择功率三极 管为 3DD01 2 复合管的选择 VT1与VT3分别与VT

16、2与VT4组成复合管 它们承受的最大电 压均为 2VCC 考虑到R18与R20的分流作用和晶体管的损失 晶体管VT1与VT3的集电 word 资料 极功耗 PCmax 1 1 1 5 PC2max 2 而实际选择VT1 VT3参数要大于最大值 另外 为了复合出互补类型的三极管 一定要使VT1 VT3互补 其要求尽VT3称性好 可选 用VT1为 9013 VT3选用 9015 2 3 3 电阻R17 R12的估算 R18与R20用来减小复合管的穿透电流 其值过小会影响复合管的稳定性 太大 又会影响输出功率 一般取R18 R20 5 10 Ri2 Ri2为VT2管的输入端等效电阻 其大小可用公式Ri2 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与R22起到电流的负反馈作用 使电路的工作更加 稳定 从而减少非线性失真 一般取R21 R22 0 05 0 1 RL 由于VT1与VT3管的类型不同 接法也不一样 因此两只管子的输入阻抗不一样 这样加到VT1与VT3管基极输入端的信号将不对称 为此 增加R17与R19作为平衡 电阻 使两