中原工学院模电课设对讲机放大电路

对讲机放大电路设计

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，但因单级放大的增益不高，实用的放大器一般均有多级放大器构成。本文以对讲机为例，通过设计安装和调试中我多级放大器的一般设计。

一、工作原理

简易对讲机工作原理如图1—1所示，放大器是核心部分，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K的切换作用，可以改变Y1、Y2与放大电路连接的位置，使Y1、Y2交替作为话筒和扬声器使用。

图中K处在图中所示位置，Y2通过K连接到放大器的输入端成为话筒。Y1则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家到放大器的输入端，经放大器放大后可带动扬声器Y1发出声音,从而可在Y1处听到Y2出的讲话。当K拨到另一位置时，则可在Y1处讲话，Y2处接听。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如图1—2所示，电路由输入级，中间级，输出级构成。前置级有两级放大器组成，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再次进行放大再

传给输出级，这一级也称作中间级。输出级由OTL功率放大器组成，把前置级的电压信号进行功率放大，带动扬声器。

前置级

二、设计指标

1、前置放大级技术指标

①电压放大倍数Av=100；

②最大输出电压V o=1V；

③频率响应：30Hz~30KHz；

④输入电阻：ri>15KΩ；

⑤失真度：γ<10%；

⑥负载电阻：RL=2KΩ；

⑦电源电压：Vcc=7V；

2.功率放大器（输出级）技术指标

①最大输出功率：Pom≥0.25W；

②负载电阻：RL=8Ω；

③失真度：γ≤5%；

④效率：η≥50%；

⑤输入阻抗：RL≥100KΩ

三、设计要求

1画出电路原理图(或仿真电路图)；

2元器件及参数选择；

3电路仿真达到技术指标；

4实验室自行装配，完成实际电路，掌握电路的指标测试方法；

5调试电路，使实际电路达到技术指标；

6编写实验报告；包括设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

7答辩，在规定时间内完成叙述并回答问题。

四、设计方案

1．确定前置级放大电路方案的几个方面：

①根据总的电压放大倍数，确定放大电路的级数，实际电路中，为使放大电路的性能稳定，都引入了一定深度的负反馈，所以，放大倍数应留有一定余量。

②．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，共基）及静态偏置电路。

本电路电压增益为100倍，考虑到电路的输入电阻不很高（ri>15K）,输出阻抗也不太低，负载取得电流也不太大（R L=2K）,因此前置级电路采用共射极电路。由于单级放大器的电压增益为35db左右，两级放大器的增益为65db左右，考虑到要引入一定深度的负反馈（一般为1+AF=10左右），而电路的增益要求为100倍，所以前置级用两级共射极电路组成。静态偏置采用典型的工作点稳定电路。

③．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，选用合适的耦合方式。

本电路级间耦合采用阻容耦合方式。

2.确定功率放大器电路方案：

功率放大器的电路形式很多，有双电源的OTL互补对称功放电路、单电源供电的OTL功放电路、BTL桥式推勉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实验条件综合考虑，做出选择。

本方案的输出功率较小，可采用单电源供电的OCL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极放大电路，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达到所需数值，给T5、T6提供一个合适的偏置，从而使A 点电位U A=U C6=V CC/2。

当Ui=U im sinwt时，在信号的负半周，经T4放大反相后加到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放大反相后加到T5、T6基极，使T5导通、T6截止，则已充电的电容C5起着电源的作用，并通过R L，和T5放电，形成输出电压Uo的负半周波形。当Ui周而复始变化时，T5、T6交替工作，负载R L上就可以得到完整的正弦波。

为使输出电压达到最大峰值U CC/2，采用自举电路的OTL功放电路。

当U i=0时，U A=V CC/2，U B=V CC-i R11R2，电容C3两端电压U C3=U B-U A=V CC/2-i R11R2。当R11C4乘积足够大时，则可以认为U C4基本为常数，

不随U i而变化。这样，当U i为负半周时，T5导通，U A向更正的方向变化。由于B点电位U B=U C4+U A，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通过T5基极，使T5充分导电。这种工作方式叫“自举“，意思是电路本身把U B提高了。

五、计算原件参数

依据基本设计方案计算元件参数

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馈网络的参数。

1.确定电源电压

Vcc应满足要求：

Vcc〉2V om+V E+V CES Vom=1.4V

V E为三极管发射极电压，一般取1~3V，

V CES为晶体管饱和压降，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级的发射极、集电极电阻参数及静态工作点：集电极电阻R8，发射极电阻R9，

T3型号，基极偏置电阻R6、R7。

Vcc-V CEQ2=I CQ2R8+V E2

V CEQ2=I CQ2

V CEQ2>V om+V CES

R9=V E2/I CQ2

指标中，RL=2KΩ，取VE2=1V，VCES=1V；

确定R8=583Ω，R9=282Ω，

取标称值，R8=560Ω，R9=270KΩ，

则静态值ICQ=3.2mA，VCEQ2=4V。

b）确定T2级三极管参数：

晶体管的选取主要依据晶体管的三个极限参数：

BV CEO>三极管c-e间最大电压VCEmax

I CM>三极管工作时的最大电流I Cmax

P CM>三极管工作时的最大功耗P Cmax

V CE最大值为:V CE2max=Vcc

I C2的最大值为:I C2max=2I CQ2

T2的最大功耗为：P Cmax=V CEQ2·I CQ

因此T2的参数应满足：

BV CEO>7V

I CM>2I CQ2=4mA

P CM>V CEQ2·I CQ2=4.8mW

选用3DG系列小功率三极管，β2=80。

c)确定T2级基极电阻参数：

选取原则：

1.基极电压V B2越稳定，则电路的稳定性越好，需满足I R＞＞I B

2.I R不能过大，否则R6、R7的值太小。会增加电源的消耗；使第二级的输入电阻降低，从而使第一级的放大倍数降低。

为了使V B2稳定同时第二级的输入电阻又不致太小，按下式选取IR的值：I R=（5~10）I BQ硅管

I R=（10~15）I BQ锗管

本电路选用硅管，取IR=5IBQ，则：

取标称值：

R6=13kΩR7=4KΩ

2）确定T1级的参数

a)确定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，其输入信号比较小，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较容易实现，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：

I CQ1=0.1~1mA硅管

I CQ1=0.1~2mA锗管

本电路选用硅管，取I R=5I BQ

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，计算方法与第二级相同。取：VE1=3V,VEQ1=3V,ICQ=05

取标称值R3=5.1KΩ，R4=62Ω，R5=2.7KΩ。

b)T1级三极管参数：

BVCEO>7V，ICM>0.5mA，PCM>1.5mW

选用3DG—三极管可以满足要求。

确定T1级基极电阻参数：

取IR=10IBQ1，VE1=3V

取R1=100K，R2=82K

3）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，电容的容量越大则放大器的低频响应越好。工程计算中，常凭经验选

耦合电容:2～10Μf

发射极旁路电容：150～200μF

4）反馈网络的计算

R f=100R4-R4=7.5K

取R f=7.5K，C f=10μF

根据上述的计算结果，得到电路图1-6，可将电路仿真，如不能达到设计要求，修改电路使其达到设计要求。然后将仿真后的电路实际安装调试。

3.功放级参数确定

a ）确定电源电压：

为了保证电路安全可靠地工作，通常使电路的最大输出功率Pom 比额定输出功率P O 要大些，一般取：

Pom=（1.5~2）P O

所以最大输出电压应根据Pom 来计算，为：

==L PomR Vom 2V

8.285.02=??Vom=vcc/2Vcc=2L om om R P V 21

21ηη=V

8825.025.01

2=??=其中η称为电源利用效率，一般取：η=0.6~0.8

电容有自举作用

所以7V 的电源可满足放大电路和OTL 功率放大电路的要求。

b ）确定输出级功放管参数

P CM >P C max =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。

c ）计算推动级电路：

T4的Q ：Q 设在负载线的中点

确定R15=250Ω

。

V C4=V CES4+I CQ4R 15

I CQ4≥3I B6max

I CQ4=2~10mA （I CQ4=10mA ）

V A =V CC /2=6V

V CES4=2~3V

V C4=6-V BE6=5.5V

取80，选取电阻标称值R15=270，R14=5.1K,Rp=10K电位器。

确定电阻为标称值R11=120,R12=430，

根据上述的计算结果，可以得到功放输出级的电路图

六、调试方法

1．仿真调试步骤：通过仿真测试，如不能达到设计要求，则应修改电路，使其满足要求。

⑴使用仿真软件画出电路原理图，标出节点。

⑵对电路进行直流分析，判断放大电路及功放级的电路状态。

⑶对电路进行交流分析，通过对不同节点的分析观察其幅频特性和相频特

性是否满足设计要求。

⑷对电路进行瞬态分析（示波器），观察放大级输出的波形，波形不失真，

输出电压、失真度、带宽等指标达到要求。

2．实际电路调试

在仿真的基础上，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。

3．OTL输出级的简单调整方法：

①调解R p使A点电位为Vcc/2。

②调解R13使I CQ4、5=（5~10）m A

其中1）、2）两步要反复调解，直到达到要求为止。

经上述调试后，放大器就能正常工作。按图1-1接好线路，K拨在图中位置，对着Y2讲话时，Y1处应能听到Y1放出的清晰、宏亮的声音。当K拨到另一位置时，，对着Y1讲话时，Y2处应能听到Y1放出的清晰、宏亮的声音。

最后需要说明的是，如按图1-1接好线路后，扬声器中有广播电台的声音，则应放在放大器的输入端与地之间接一电容，其容量为0.01μF，也可由试验确定。

七、仿真过程

1.在周六，日我们进行了仿真实验，通过对个参数的计算，基本确定了每个元件的大概大小，然后就是用ewb软件进行仿真。

在仿真实验是有一下几点：

1）三极管选择2n222

2）电压、电流表的交直流选择

3）电压源的频率和电压

4）连接的电路图如下：

2.对前端放大级的调节

通过调节使前端的增益Av=100，波形如图：

静态工作点

向频、幅频特性曲线

在输入为Vi=10v的情况下频率响应范围：

16Hz~2.5MHz

输入电阻为：

Ri=32kΩ

从图中课看出：

γ<10％Rl=2kΩ

3.功放端

有图可以看出无失真，输出的电压在2v以上。

最大的输出功率Pom=0.5W

负载电阻：Rl=8Ω

失真度：<5％

输入阻抗：Ri=32kΩ

八、对讲机的安装

周日，老师对仿真进行了验收，仿真顺利的通过了验收。

在下午，将一些元件发到了每个人的手里，由于元件的个数不够，我就将焊接的时间向后退了。

假期三天一晃而过，周四上午将剩余的元件都找齐了。上午对元件的布局进行了排版。草图如下：

在下午的焊接过程中，考虑到按照上图的连接将会出现大量的接点，和线路。一方面会影响焊接的速度，更重要的是线路多，同一个接点由多个孔引出会使电路更加的不可靠，容易出现错误。在后期的检测中也会带了不必要的麻烦，同一个接点焊接在同一处大大的减少了焊点的个数和连接线的条数。电路的可靠性也大大的提高了。线路的损耗也有所减低。

实际也证明了这一点，在做这个实验的三组中，首先是速度，快于其他的两组。在连接的过程中没有出现问题，首先连好的是前端放大级，焊接好后进行的测试，性能表现良好，增益达到98，频率响应同样表现优秀。其中的一组出现了输出时有时无的情况。猜测应该是有焊点虚焊导致。另一组出现输出不正确，帮助他们检查后发现原来是连接的线路太多，焊错位置导致的。焊好后还有较大的干扰，虽然最后没找出来原因。猜测应该是他后边的线路由于交叉压在桌子上，距离太近干扰。

在连接电路时没出现任何问题。连接好后可正常工作。通过自己的实践和其他两组的实践，有一下几点感受：

1.在焊接电路时尽量避免过多的焊点。

2.避免过多的线路；

3.避免交叉线；

4.理论与实践是有偏差的，理论是基础，实践是关键。

5.元件的排版不是太美观，有待提高。

成品图如下;（忘记拍工作时候的波形图了）

九、所用仪器设备

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

十、参考文献

模拟电子技术指导书

电子技术基础（模拟部分）第五版[2006]康光华

附：

真图仿真，如下页