otl 扩音机课程设计

模拟电子技术课程设计

一:课程名称:OTL扩音机

二:设计要求和技术指标

1.设计要求

利用运放等元件设计一个具有收音,拾音,话筒等输入的功率扩音机,对采集声音信号进行语音放大幷且音调可调。

2.技术指标

(1)额定输出功率:P。≥8W

(2)负载阻抗:R L=8Ω

(3)上、下限频率:f l=60Hz,f2=10KHz

(4)音频控制范围:低音100Hz±12dB,高音10KHz±12dB;

(5)失真度:γ≤3%

(6)输入灵敏度:R i≥500kΩ时,v i<30mV

(7)输出零点漂移:≤100mV

扩展要求:

(1)失真度小于百分之一;

(2)灵敏度:话筒输入小于5mV;拾音输入小于100mV;收音输入小于20mV;

(3)至少有五位电位显示。

3.设计报告要求

(1)写出设计指标,设计方案和设计过程;

(2)分析电路各部分功能及工作原理,给出用集成功放电路代替功放级功能电路;

(3)列出实测指标,调试步骤及标定方法;

(4)讨论电路存在的问题以及改进方法;

(5)指明设计电路中主要使用的元器件型号,内部原理框图,封装形式及生产厂家(国家,中英文全名和公司网址),说明各管角的功能。

三:根据功能要求构建总体设计思想,比较和选定设计的系统方案,确定整个电路的组成以及各单元电路完成的功能,画出系统框图。

设计思想:

扩音机的模拟电路为:前置放大器和主放大器两大部分组成。由于功率放大器对输入信号有一定的要求,所以放置

前置放大器。

前置放大器的功能是采集声音信号,并由三极管和一些外围元件构成。

主放大器即功率放大器是将音频信号放大到足以推动扬声器,不同于前置放大器,功率放大器不仅对音电压信号进

行放大,而且对音频电流信号进行了放大,从而达到外接负

载的功率需求,功率放大器采用集成运算放大电路,实验采

用了一些电容元件以达到滤波的作用。

方案一:

采集过程由多个三极管和一些外围元件构成,放大和互补供放的过程由传统的分立元件组成,电路复杂,静态工作点难以稳定,以现有的知识很难掌握。

方案二:

将原有的电路的功率放大单元电路由“乙类推挽功率放大器”换为集成运算放大器,使原理图更为清晰简单。

经比较方案一和方案二,选定后者为最佳方案。该方案由信号放大器和集成运算放大器组成。

与音频功率放大器的工作原理相似,具有放大音频先好并将其还原纯真声音信号的电子装置。扩音机电路时一个典型的多级放大器,其原理如

下图所示。

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

音 调 控

功 率 放 大

输 出 V0

置 放 大

输入Vi

性失真系数等指标,要求效率高、失真尽可能小、输出功率大。首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。

因为P0max=8W 。所以此时的输出电压:V0=RL P max*0 =8V 。要使输入为一个声音,则经过扩音机中各级增益后,通过扬声器将声音放大后输出。

四.单元电路的设计,参数计算,器件选择及介绍

1 . 对信号放大电路的设计及分析

T 型管选用3DG6型晶体三极管,β在50~100之间, I cq =2.0mA ,管子为NPN 型,特征频率为300MHz 。 静态分析

3R 34

3434

34

3444250.724.3

2430

2.0

1215,1210,5252515CC BEQ BQ CQ BQ CEQ CC CQ V U I R R R R R R I I R R R R K K R K U V I R V

β--=

=

=

+++==

=+∴+=Ω=Ω=Ω∴=-=-?=

C3

R3

R2

1 2

VCC

R1

C2

C1

R4

'434()()2620010015002.0()200()O b b be T be bb CQ b O U I b be

U R I I I R I I R U mV

R r I mA

I I R U A U I I R βββ==++=+=+?=Ω=

==+反反反反反动态分析:

++ 0

R1

Rbe

R3

100Ib

F

Vi

R4

Vo

Rmic

2.对功率放大电路的分析

选用LM386集成芯片代替方案一中的“乙类推挽功率放大器”,静态时输出电容上电压为12

CC V ,LM 386的最大不失真输出电压峰值约为CC V ,设负载电阻1R ,其最大输出功率

表达2

2

om 1/228CC CC L L V V P R R ≈=(),此时的输入电压有效值的表达

式为im 1

/22CC U

V V V =,集成功效电压增益为26dB ,即电压放大倍数为20,当25CC V V =时,om P =10,442im V mV =。

五.画出完整的总体电路设计图,器件型号,元件参数应标出,说明

电路的工作原理,列出元件清单。 方案一:

C1

RP

3

1

2

MIC 12

R7

C6

R4

D1

T4

C3

R3

R8

R6

R2

SP

1

2

C4

C8

R1

R5

T2A

VCC

R9

C7

T3

C2

1n

C5

T1

参考取值:

C1=47 F C2=C3=C4=10 F C5=47 F C6=C7=470 F C8=4700pF R1=100 R2=22K R3=750K R4=4.7K R5=5.6K R6=27K μμμμΩΩΩΩΩΩ R7=47K R8=100 R9=1K Rp =5.1K

ΩΩΩΩ 方案二:

MIC 1 2

C1

C6

SP

1

2

VCC C3

R1

T1A

R3

C4 + -

LM386 3 2 5

6 1 4 8 7

R2

C2

C7

RP

3 1 2 C5

R4

R5

参考取值:

C1=47 C2=10 C3=4700pF C4=10 C5=0.047 C6=220

C7=4700pF R1=300K R2=22K

R3=1200K R4=5K R5=RP=F F F F F μμμμμΩΩΩΩ10K RL =8 ΩΩ

(因条件有限,选最贴近技术指标三极管9013(β=160),C 6,R 3,R 4选最贴近技术指标取值)

R1

VCC

Rp

3

1

2

SP

1

2

C4

C7

C5 C6

+

- LM386

3 2 5

6 1

4 8 7

集成功率放大电路相关参数:

型 号 LM386 输入功率 1(25,8CC L V V R ==Ω) 电路类型 OTL 电压增益/dB 26-46 电源电压范围/V 5.6-18 频带宽/Z KH 300 静态电源电流/mA 4 增益频带宽积/ Z KH 1 输入阻抗/K Ω 50 总谐波失真 0.2%

特 性:

1.静态功率低大约为4m A ,可用于电池供电

2.工作电压范围宽为4~12V 或5~18V

3.外围元件少

4.电压增益可调20~200

5.低失真度

工作原理:

扩音机是把话筒转成的微弱信号进行小信号放大和功率放大,最后驱动扬声器发出较大的声音。

六.硬件的电路安装,调试,调试方法和技巧,测试结果,调试中出现的问题,原因及解决方法。

首先用信号发生器和示波器进行测试,将两仪器的表笔分别接到电路的信号输入端和输出端,调整信号发生器的频率和幅值,观察示波器波形及幅值的变化,然后接入麦克风和扬声器,对着麦克进行语音测,注意扬声器是否发出声音及清晰度。

七:总结设计电路的特点和方案的优缺点

所设计的电路与参考图相比较简单易懂,外围元件少方案二在主放大器的部分进行了改善,采用了集成运算放大电路,这样可使元件变得更少,所测参数减少,便与调试,并且集成运放电路比分立元件相比成本低,可用电池供电,电压增益可调(20~200),使失真率低,效率高,电损耗小。

设计的电路中,没有计算电路的品质因素,从而导致了电路的不完整性。在信号放大和功率放大电路中,电路的品质因素都比较小,使得电路有一定的通频范围,但是电路的选择性能有所降低。

八、体会

通过这次课程设计,我对电子技术基础这门学科有了进一步的认

识和感知。以前只是单纯注重理论知识的积累,忽略了它的实践意义。这次的课程设计,不仅使我温习了书本上的理论知识,而且使我学会了如何把它应用到具体实践当中,做到了理论与实践相结合。

课程设计完成之后,我进行了再思考,并重新将自己的设计审视了几遍,同时也和做同样设计的几个同学交流了一下。在进行交流中,我又有些新的感悟。

一开始进行设计的时候,由于我自身的知识储备不高,基本上都是参照相关资料进行。这样做一方面可以让我熟悉软件的操作环境,了解设计方法和步骤,更加深刻理解基本概念。另一方面等到自己设计的时候,可以在原有基础上完全按照自己的思路独立进行,而且在解决遇到的问题时会更加引发自己的思考,虽说不上创新,但可能会有新意产生。在这方面我自感做的不是很好,这就要求自己在今后的学习中要不断的扩充知识,同时还要加强自身探索能力的培养。这正是以后最需要改进的地方。

这一点,我想同样适用于其它各门功课。如果没有探索性,我们就会拘泥于现有的东西,永远不会推动科技的发展。在这个设计过程中,探索性主要可以体现在下面几个方面。一个是绘图所用的软件,很多人推荐我们使用Protel、EWB等,因为这几个软件有它们很大的优势,在学习使用过程中我也深有体会,特别是EWB,功能很强大,基本上能满足我在设计中的任何要求。但是我们同样可以自己摸索,用其他差不多或者更好的软件。还有设计时所采用的公式,每本资料基本都有较为成熟的公式让我们参考。但它们不一定就是最好的,我

们也可以到图书馆到网上去查阅更多的资料,找出其它公式,公式是否为最好无关紧要,能满足设计指标就好。第三点,在整个设计过程中都会有很多的计算,如果靠笔算会很麻烦也不能保证准确性。这个时候我们就可以把以前学的本领用出来了。VC、Matlab都是很好的工具,利用它们编写一些小工具进行计算,大大方便了我们的设计,减少了设计中的机械性。没有探索就没有创新,没有创新很可能就会被淘汰,在今后的学习和设计中,我也会更加注重这方面的锻炼和培养,希望会有所进步。

我的设计缺少系统性,在整个设计过程中探索性也不够。这里面原因是很多的。主要是因为首次做课设,具体环节还不太明了,其次就是我的知识储备还远远达不到标准,今后还需要多学习多交流多研究,我相信自己会有更大的进步。并且,在小实习的这些日子里,培养了我们独立思考、勇于克服困难、团队协作的精神,大家互帮互助在其中得到了很大的加强。我们不再是单体的,而是一个整体,团结的整体,老师的教学让我们学到很多,而我们自己从实践中也摸索着学到了很多。

九、参考文献

[1] 华成英、童诗白.《模拟电子技术基础》(第四版).高等教育出版社

[2] 郭永贞.《电子技术实验与课程设计》(模拟电路部分).东南大学出版社

[3] 戈素贞、杜群羊、吴海青.《模拟电子技术基础与应用实例》.

北京航空航天大学出版社

[4] 李源生.《电路与模拟电子技术》.电子工业出版社出版

[5] 姚福安.《电子电路设计与实践》.山东科学技术出版社

[6] 潘永雄、沙河.《电子线路CAD实用教程》(第三版). 西安电子科技大学出版社

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