模电课程设计

《模拟电子技术基础》

课程设计。扩音机电路设计。

院系：物理与电气工程学院。

班级：11级电信一班。

姓名：学号：

指导老师：成绩。

日期：2024年12月20日。

目录。一、扩音机的方案设计。

二、单元电路的设计。

三、扩音机设计电路的总电路图。

四、设计结论。

一、扩音机的设计。

扩音机实际是一个典型的多级放大电路。其原理框图如图1示。前置级主要完成对小信号的放大。

一般要求输入阻抗要高，输出阻抗低，频带宽度要宽，噪声要小。音调控制级主要实现对输入信号高、低音的提升和衰减。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，要求效率高、失真尽可能小、输出功率大，先根据技术指标要求，对整机电路作适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计计算。

图1 语音放大器方框图。

因为p0max=8w。所以此时的输出电压：v0==8v。要使输入为5mv的信号放大到8v的输出，所需要的总放大倍数为：

扩音机中各级增益分配为：前置级电压放大倍数为80；音调控制级中频电压放大倍数为1；功率放大级电压放大倍数为20.

二、单元电路设计。

1、前置放大级。

由于信号源提供的信号非常微弱，故一般在音调控制器前面要加一级前置放大器。该前置放大器的下限频率要小于音调控制器的低音转折频率，前置放大器的上线频率要大于音调控制器的高音转折频率。前置放大器采用集成运算放大器电路，具体电路机构如图2所示。

考虑到对噪声、频率响应的要求，运算放大器选用lf353双运放，该运放是场效应管输入型高速低噪声集成器件。其输入阻抗高，输入偏置电路仅有50×a，噪声电压为16，单位增益频率为4mhz，转换速率为13，用作音频前置放大器十分理想。

前置级由lf353组成两级放大器完成。第一级放大器的，即1+=10,取=10 kω, 100kω.取=10，同样=10 kω， 100 kω。

电阻、为放大电路的偏置电阻，取==100 kω。耦合电容、取10，取100，以证。

保证扩声电路的低频响应。

图2 前置放大器电路图。

2、音调控制器设计。

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应，达到美化音色目的。一般音调控制器只对低音和高音信号的增益进行提升或衰减，而中音信号不变。音频控制器的电路结构有多种形式，常用的典型电路结构如图3所示。

该电路的音调控制曲线（即频率响应）如图4.图中给出了相应的转折频率：—低音转折频率。

—中音下限频率。—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。—中音上限频率。

高音转折频率。

图3 音调控制器电路结构图。

图4 音调控制器频率响应曲线。

音调控制器的设计主要是根据要求的不同的转折频率，选择电位器、电阻及电容值。

一）、低频工作时原件参数计算。

音频控制器工作在低音频时（即f＜）,由于电容＜＜=故在低频时可看成开路，音调控制电路此时可简化为图5所示的电路。图5（a）为电位器中间抽头处在最左端，对应于低频提升最大的情况。图5（b）为电位器中间抽头处在最右端，对应于低频衰减最大的情况。

下面分别讨论：

低频提升。由图5（a）可求出低频提升电路的频率响应函数为：

式中： =上式的幅频响应曲线如图6所示。当频率远远小于时，电容近似开路，此时的增益为：

a）低频提升。

b）低频衰减。

图5音频控制器在低音段时的简化电路。

图6 低频提升电路的幅特性。

当频率升高时，的容抗减少，当频率远远大于时，近似短路，此时的增益：

在＜f＜的频率范围内，电压增益衰减率为-20倍频，亦即-6。本设计要求中频增益=1(0db)，在100hz处有±12db的调节范围。故当增益为0db时，对应的转折频为400hz。

该频率即是中音下限频率。

低频衰减。在低频衰减电路中，如图5（b）。若取电容=，则当频率f≤时，电容近似开路，此时电路增益：.

当频率f≥时，电容近似短路此时电路增益为：。可见低频端最大衰减倍数为（-20db）。

二）、高频工作时的原件计算。

音调控制器在高频端工作时电容、近似开路，此时音频控制器电路可简化成为图7所示电路。由于电阻、、为星形连接，为便于分析，可将它们转换成三角形连接，转换后的电路如图8。

因为==，所以===3。由于跨接在电路输入端和输出端之间，对控制电路无影响，故可将它忽略不计。

图7 音调控制器高频段工作时的简化电路。

图8 图7的等效图。

当rp1中间抽头处于最左端时，此时高频提升最大，等效电路如图9（a）所示。当rp1中间抽头处于最右端时，此时高频衰减最大，等效电路如图9（b）所示。

a）高频提升电路。

a）高频衰减电路。

图9 音调控制器的高频等效电路。

高频提升。由图9（a）知：该电路是一典型的高通滤波器，其增益函数为：

其中=,=按照低频端的分析方法，可画出高频端的幅频特性曲线，如图10所示。

图10 高频提升电路的幅频特性。

当f≤时，电容可近似开路，此时的增益为==1（中频增益）。

当f≥时，电容近似为短路，此时电压增益为=.

当时电压增益按20的斜率增加。

本设计任务要求中频增益=1，在10khz处有±12db的调节范围。所以求得： =2.

5khz。又因为，高频最大提升量一般也取10倍，所以=； 25khz。由得：

=17kω，取=18kω。由=得：，取=330pf。

高音调节电位器的阻值与rp1相同，取rp2=470kω。

高频衰减。在高频衰减等效电路中，由于=，其余元件值也相同，所以高频衰减的转折频率与高频提升的转折频率相同。高频最大衰减为（即-20db）

3、功率输出级设计。

功率输出级电路结构有许多种形式，选分立元件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可。为了巩固在模拟电子技术基础中所学的基础知识，这里选用集成运算放大器组成的典型ocl功率放大器，其电路如图11

一）、确定电源电压。

为了使功率放大器达到设计输出功率8w的要求，同时又保证电路安全可靠的工作，电路的最大输出功率应比实际设计指标大些，一般取=（1.5~2）。根据：

所以。考虑到输出功率管t2、t4的饱和压降和发射极电阻、的压降，电源电压常取。

将已知参数带入上式，电源电压选取：±18v。

图11 功率放大电路。

二）、功率输出级设计。

1）、输出晶体管的选择。

输出功率管t2、t4选择同类型的pnp型大功率管。其承载的最大反向电压2，每管的最大集电极电流。

每管的最大集成电极功耗为：.所以，在选择功率三极管时，除应使两管的值尽量对称外，其极限参数应满足系列关系：

根据上式关系，选择功率三极管为：3dd01

2）、复合管的选择。

t1、t3分别与t2、t4组成复合管，它们承受的最大电压均为2，考虑到、的分流作用和晶体管的损耗，晶体管t1、t3的集电极最大电流近似为：

晶体管t1、t3的集电极最大功耗近似为：

实际选择t1、t3的参数要大于其最大值。另外为了复合处互补类型的三极管，一定要使t1、t3互补，且要求尽可能对称性好。故选用t1为9013，t3选用9015.

（3）、电阻~的估算。

用来减少复合管的穿透电流，其值太小会影响复合管的稳定性，太大又会影响输出功率，一般取==（5~10）。为t2管的输入端等效电阻，其大小为：。大功率管的约为10ω，β约为20倍。

输出功率管t2、t4的发射极电阻、起到电流负反馈作用，使电路的工作更加稳定，减少非线性失真。一般取=（0.05~0.1）。

由于t1、t3管的类型不同，接法也不一样，因此两管的输入阻抗不一样，这样加到t1、t3管基极输入端的信号将不对称。为此，、作为平衡电阻，使两管的输入阻抗相等。一般选择==∥

根据以上条件，电路选择元件的值为： =240ω， 1ω， 30ω

（4）、确定偏置电路。

为了克服交越失真，二极管d1、d2和、、共同组成输出级的偏置电路，使输出级工作于甲乙类状态。、的阻值要根据输出级输出信号的幅度和前级运算放大器的最大允许输出电流来考虑。静态时功率放大器的输出端对地的电位应为零，即=0v。

运算放大器的输出电位0v，若取电流。

则。所以=17.3kω，取=18 kω。为了使静态工作点能在一定范围内调节，却=1 kω。为了保证对称，电阻==18kω。

（5）、反馈电阻的决定。

运算放大器选用，功率放大器的电压增益可表示为：.取=1kω，则=19 kω，为了使功率放大器增益可调，取=15 kω， 5 kω。电阻是运算放大器的偏置电阻，电容=100。

并联在扬声器两端的、消振网络，可以改善语音放大器的高频响应。

三、扩音器的设计总电路图。

语音放大器的综合电路图。

四、设计结论。

此次课程设计中遇到了很多麻烦，可以说并不成功！不过也有很大收获，就是把以前学到的东西又复习了一遍，也知道了自己有那么多的不足。

这次设计主要的缺点就是用multisim**没出结果，因为在功率放大电路中要用到的晶体管3dd01和复合管在multisim中并没有，于是我就去网上找能代替它们的三极管，不幸的是并没有找到。我又总结了这三个管子的参数想用模拟管代替，可不知道模拟管的参数怎么改，模拟管中有很多参数可我没有找到最大反向电压和最大集电极电流参数项，网上也找不到同学也不知道。不过我并没有打算放弃，改参数是一定要会的。

对于模电，有很多原理自己还是处于模糊状态，在今后的一个月里，也就是考试之前要认真复习模电，自己的能力和想象之中差很远，还要继续努力。

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