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1、 课程设计报告书课 题： 音视频分派器电路 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 学 号： 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 前言一、音视频分派器电路的重要内容本次课程设计的任务规定是用分立元件设计一种音视频分派器电路。性能指标规定为：1、 音屡屡响 ，音频输入: 最小电平 VP-P最大电平 VP-P，音频输出：最小电平 VP-P最大电平 VP-P，输入输出阻抗： ；视屡屡响： 。2、 视频输入: 最小电平 ，最大电平 视频输出：最小电平 ，最大电平 ，输入输出阻抗： 二、 资料收集1、由于本课题中具有分立器件构成的宽频带放大器电路
2、、功率放大电路，因此一方面收集了部分三极管的技术手册，以供设计时参照使用。2、在资料收集方面：通过查阅互联网和图书馆中的有关技术文档为参照，以电子技术基本（模拟部分）第六版、晶体管电路设计为设计根据。3、在计算机辅助设计方面：采用SIMetrix软件对设计进行仿真，并最后使用Altium Designer 14完毕原理图和PCB幅员绘制。三、工作过程简介接到选题安排后根据题目规定进行讨论得到了一种总体方案，方案将电路分为三大模块：电源模块、视频信号放大模块、音频信号放大模块。接下来就是分模块方案：视频放大器部分采用三级构架构成，即：输入缓冲级宽频放大级功率输出级；音频放大器部分采用三级构架构成
3、，即：输入缓冲级电压放大级功率输出级；电源部分由于考虑实际电路的需要，因此决定采用硅堆整流三端稳压器稳压的构造。 完毕理论设计后在SIMetrix仿真软件中对视频放大器，音频放大器进行仿真，通过调节有关元件参数使电路最后能达到设计规定，完毕设计工作。随后使用Altium Designer 14输入原理图和绘制PCB幅员。采用热转印技术将打印好的PCB幅员转印在铜板上，确认转印良好后进行腐蚀、打孔、焊接元器件等工作，检查电路接线，焊接无误后进行电路板通电调试。在初次上电测试过程中虽然实现了主体功能，但是没有达到预期的效果。仿真成果和实物有某些出入。实际电路板部分参数没有达到设计规定，宽频放大器部
4、分频率响应上有缺陷，后经设计修改解决了这一问题。在音频部分的调试过程中，我们发现功率级偏流很大，发热严重。后经因素排除，拟定问题在于我们直接接信号送入了动态偏置电路的基极，导致偏置失稳。最后经仿真实验证，将信号输入的方式进行了某些调节，将原本从偏置电路基极输入的信号改到射极输入，最后调试成功，完毕了整体工作。目录1. 系统概述11.1. 系统设计思路11.2. 可行性论证11.3. 各功能块的划分与构成11.4. 总体工作原理22. 单元电路设计与仿真22.1. 各单元电路的选择22.2. 设计及仿真32.3. 工作原理52.4. 有关参数的计算及元器件参数的选择63. 电路的安装与调试63.
5、1. 安装与调试过程63.2. 性能指标74. 结束语95. 鸣谢96. 参照文献97. 附录107.1. 附录1元器件明细表107.2. 附录2电路图117.3. PCB幅员121. 系统概述1.1. 系统设计思路参照有关资料和题目规定，我们决定采用三极管作为设计的重要器件，三极管发展历史较长，工艺成熟，价格较低，并且工作条件宽松，适合本次课程设计的需求，因此整个方案都将以三极管为核心器件进行。由于考虑到音视频分派器的实用性，电源部分特地采用硅桥整流和三端稳压器稳压的方案，以适应交直流供电的多种条件；此外，为照顾电源系统的通用性，整个供电系统使用15V供电。在电路总体框架上，我们考虑到音频信
6、号和视频信号的性质不一致，带宽有所差别，故最后采用音频视频分离的方案。音频视频分离的方案将采用两组放大电路，分别对信号进行解决。这样既减少了成本，也减少了设计难度。输入输出级采用射级跟随器进行缓冲，减少了接口匹配技术难度。1.2. 可行性论证 我们为本次课设准备了三个方案。方案一：直接采用射级跟随器直接进行设计，仅对信号的电流进行放大，末级也直接采用射级跟随器作为缓冲，直接将信号进行输出。方案二：直接采用电压放大器进行设计，仅对信号的电压进行放大，末级采用射级跟随器作为缓冲，将信号输出。方案三：采用射级跟随器进行缓冲，中间级采用信号的电压进行放大，末级采用射级跟随器作为缓冲输出。由于射级跟随器
7、的电压放大倍数不不小于1，因此方案一不能使得输出信号与输入信号等大，故不采用该方案。由于共射放大器的输出阻抗较大，带负载能力差，因此方案二不能使得输出信号在负载上不失真，故不采用该方案。方案三由于采用了射级跟随器进行缓冲，使得输入信号更好的传递，减少线路上的驻波，减少传播阻抗；射级跟随器的输出阻抗很低，使得负载上可以得到最够的功率。中间级采用了电压放大器，克服了射级跟随器电压放大倍数不不小于1的问题，使得设计可以顺利进行，故最后选用方案三。1.3. 各功能块的划分与构成本方案将电路分为三大模块：电源模块、视频信号放大模块、音频信号放大模块。视频放大器部分采用三级构架构成，即：输入缓冲级宽频放大
8、级功率输出级；输入缓冲级采用射级跟随器进行缓冲，使得信号可以较好的被放大器采集。宽频放大级采用共基极放大器进行电压放大，由于共基极放大器具有较宽的通频带，使得整机可以满足设计指标。功率输出级采用互补功率放大器进行输出，使得负载上得到足够的功率。音频放大器部分也采用三级构架构成，即：输入缓冲级电压放大级功率输出级。输入缓冲级采用射级跟随器进行缓冲，使得信号可以较好的被放大器采集。电压放大级采用共射极放大器进行电压放大，由于共射极放大器具有较高的电压增益，使得整机可以满足设计指标。功率输出级采用甲乙类互补功率放大器进行输出，输出管使用达林顿构造和动态偏置技术，使得负载上得到足够的功率的同步尽量减少
9、电路功耗，以减轻电源部分的承当，减少整机容量。电源部分由于考虑实际电路的需要，因此决定采用硅堆整流三端稳压器稳压的构造，此方案采用78XX、79XX系列稳压器，此稳压器具有简朴易用，纹波小，工作可靠，抗冲击能力强，输出稳定等长处。采用此稳压器可以使得我们的设计简朴可靠。1.4. 总体工作原理视频信号经由传播线送入与75输入电阻进行阻抗匹配，信号经输入耦合电容耦合至视频放大器的射极跟随级，经射极跟随级缓冲的的信号通过C2耦合送入共基极放大器进行放大，放大后的信号经C4耦合送入末级互补功率放大器进行输出，输出级使用75电阻进行阻抗匹配。音频信号经由传播线送入与600输入电阻进行阻抗匹配，信号直接耦
10、合至音频放大器的射极跟随级，经射极跟随级缓冲的的信号通过C21耦合送入共射极放大器进行放大，放大后的信号经C22耦合送入末级甲乙类互补功率放大器进行输出，输出级使用600电阻进行阻抗匹配。2. 单元电路设计与仿真2.1. 各单元电路的选择各部分的输入端均采用射极跟随器作为输入缓冲，射极跟随器具有很高的输入阻抗和较低的输出阻抗。使用此电路作为缓冲级可大大优化电路性能，使得输入输出阻抗匹配变得较为容易。使用射极跟随器还可使得级间耦合更将更加简便，设计难度减小，系统稳定性得到提高。在视频放大器中间级部分，采用了共基共集放大电路，使得系统频率响应得到提高，同步共集电极输出克服了共基极放大器输出阻抗局限
11、性，带载能力差的问题。在整体完毕后来，我们还引入了RC频率补偿网络，使得电路的频率特性得到较好的延伸，使系统可以适应更复杂的工作条件。在音频放大器中间级部分，采用了共射放大电路，使得环路电压增益得到提高，同步采用深度负反馈克服了共射放大器温度稳定性差，受器件参数影响大的问题。在音频系统中没有加入环路反馈。使得输入信号得到较好的还原，减小因反馈网络的特性而引起的失真。各部分的输出端均采用互补功率放大器作为输出级，互补功率放大器具有较高的输入阻抗和极低的输出阻抗。使用此电路作为输出级可极大的优化电路性能，使得输出阻抗匹配变得很容易。在音频部分，我们采用了动态偏置电路（电压倍增器）使得在较小的功耗下
12、获得较好的偏置效果，可以增大电路的动态范畴。输出部分采用达林顿构造，使得输出阻抗更小，带载能力更强，系统通用性得到增强。2.2. 设计及仿真通过以上的分析，我们对视频放大电路进行了如下设计：对该部分的仿真成果如下：通过仿真，我的可以看到，该电路的频率响应等核心参数满足设计规定，可以照此设计定型制作。参照音频部分的规定，我们做出了如下设计：对该部分的仿真成果如下：通过仿真，我的可以得出结论，该电路的频率响应，放大倍数，带载能力差等核心参数满足设计规定，可以照此设计进行制作。2.3. 工作原理视频信号经由传播线送入与75输入电阻进行阻抗匹配，信号经输入耦合电容耦合至视频放大器的射极跟随级，该级由R
13、2、R3提供偏置，R4作为负反馈，R1为输出电阻，三极管的静态工作点设立在UBEQ=0.6V，UCEQ=7.2V，ICQ=7.1mA，三极管选用9018以拓宽频率响应。经射极跟随级缓冲的的信号通过C2耦合送入共基共集放大器进行放大，该级由R5、R6提供偏置，R7、R8、R9作为负反馈，R7为输出电阻，C3对Q2基极进行交流旁路，使之构成共基极组态，三极管Q2的静态工作点设立在UBEQ=0.6V，UCEQ=4.53V，ICQ=1mA；共集部分与共基部分采用直接耦合的方式，输出电阻R7作为其偏置电阻，R10起到基极限流的作用，三极管Q3的静态工作点设立在UBEQ=0.6V，UCEQ=8.8V，IC
14、Q=8.8mA，三极管均选用9018以拓宽频率响应。放大后的信号经C4耦合送入末级互补功率放大器进行输出，互补功率放大器采用二极管D1、D2、R12、R13作为偏置，使之工作在甲乙类状态，以消除交越失真；输出三极管选用C1815，A1050对管进行，该对管具有较高的值（300），较高的fT（fT200MHz） 适合伙为互补输出。输出级使用75电阻进行阻抗匹配，使输出信号不致在信号线上产生驻波而使传播损耗增大。该级的UCEQ均在2V以上，可以满足规定中对视频信号幅度的规定。 音频信号经由传播线送入与600输入电阻进行阻抗匹配，信号直接耦合至音频放大器的射极跟随级，该级由R21提供基极偏置，R22
15、为输出电阻，三极管的静态工作点设立在UBEQ=0.6V，UCEQ=15.6V，ICQ=14.4mA，三极管选用9014。 经射极跟随级缓冲的的信号通过C21耦合送入共射极放大器进行放大，该级由R23、R24提供偏置，R26、R27作为负反馈，R25为输出电阻，电容C23对R27进行交流旁路，以保证放大倍数；三极管的静态工作点设立在UBEQ=0.6V，UCEQ=9.13V，ICQ=7.03mA，三极管选用9014。放大后的信号经C22耦合送入末级甲乙类互补功率放大器进行输出，末级甲乙类互补功率放大器采用三极管Q12、RW2、R30、R28、R29作为偏置，使之工作在甲乙类状态，以消除交越失真；输出三极管选用ss8550，
