收音机课程设计.

电子技术课程设计

一、课程设计的性质、目的和任务

本课程是电力类、自动化类和计算机类等专业的一门技术基础课，是《电工电子学》课程非常必要的实践训练环节。它的任务是使学生学完了《电工电子学》课程的基本理论，基本知识后，能够综合运用所学理论知识、拓宽知识面，系统的进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培养工程师的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。为后续课程的学习、各类电子设计竞赛、毕业设计、乃至毕业后的工作打下良好基础。

二、课程设计的基本方案、要求

本课程为实际设计和虚拟设计两个环节。实际设计应使学生学会电子系统设计的基本设计方法，包括：方案选择、框图的绘制、单元电路的设计、参数的计算和元器件的选择。学会电路图的绘制，电子电路的组装与电路的调试。学会检查电路的故障与排除故障的一般方法。虚拟设计环节应使学生学会使用一种电路分析软件（EWB或PSPICES）在计算机上进行电路设计与分析的方法。要求学生所选课题应先在计算机上通过虚拟设计，确定设计方案与电路参数，并达到设计要求后，再到实验室进行实际实验。做到电路设计“虚实结合”。

三、音频放大电路的设计及仿真

（一）设计指标要求

1、电压放大倍数：Au=109

2、最大输出电压：Uo=1.18V

3、频率响应：30Hz—30kHz

4、输入电阻：r i>15kΩ

5、失真度：γ<10%

6、负载电阻：R L=2kΩ

7、电源电压：E C=12～36V

（二）设计步骤和方法

1、选择电路方案

收音机放大电路的框图如下图所示，根据设计指标选择多级放大电路，前置级为电压放大，输出级为功率放大，主要对前置级电压放大电路进行设计。

图1 收音机放大电路的框图

电路方案的确定包括以下几个方面内容：

（1）根据总的电压放大倍数，确定放大电路的级数。

（2）根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定电路晶体管的组态及静态偏置电路。

（3）根据三种耦合方式的不同特点，选用适当的耦合方式。

2、选择电路

根据上述要求选择的电路如图所示。

图2 音频放大电路原理图

3、计算元器件参数

3.1确定电源电压E C ：

为保证输出电压幅度能达到指标要求，电源电压E C 应满足如下要求：

图3-1 电压、电流输出特性曲线 E C >2V om +V E +V CES 式中：V om 为最大输出幅度

V E 为晶体管发射级电压，一般取V E =1~3V 。 V CES 为晶体管饱和压降，一般取V CES =1V 。

指标要求的最大输出电压V o =1.2V ，给定电源电压E C =12V ，可以满足要求。 （2）确定T 2的集电极电阻R 8和静态工作电流I CQ2。

因为这级的输出电压比较大，为使负载得到最大幅度的电压，静态工作点应设在交流负载线的中点。如图一所示。

由图可知，Q 点在交流负载线的中点，因此的T 2静态工作点满足下列条件。

o om V V 2

(1-1)

因在晶体管的饱和区和截止区，

信号失真很大，为了使电路不产生饱和失真和截止失真，V CEQ2应满足：

V CEQ2>V om +V CES (1-2)

由（1-1）式消去I CQ 2并将（1-2）式代入可得：

取V E =3V ；

V CES =1V 则：

取R 8=6.2k Ω 由（1-1）式消去V CEQ2可得：

（3）确定T 2发射级电阻R 9： 取R 9=1.1k Ω

（4）确定晶体管T 2：

选取晶体管时主要依据晶体管的三个极限参数：

BV CEO >晶体管c-e 间最大电压V CEmax （管子截止时c-e 间电压） I CM >晶体管工作时的最大电流I Cmax （管子饱和时c-e 回路电流） PCM>晶体管工作时的最大功耗P Cmax 由图一可知：I C2最大值为I C2max =2I CQ2 V CE 的最大值V CE2max =E C

根据甲类电路的特点，T 2的最大功耗为：P Cmax =V CEQ2·I CQ2 因此T 2的参数应满足：

BV CEO >E C =24V I CM >2I CQ2=5.4mA P CM > V CEQ2·I CQ2=7.5mW

选用3DG100B ，其参数为：BV CEO >20V ；I CM >20mA ；P CM >400mW ；满足要求。实测β=100。

（5）确定T 2的基极电阻R 6和R 7

在工作点稳定的电路中，基极电压V B 越稳定，则电路的稳定性越好。因此，在设计电路时应尽量使流过R 6和R 7的I R 大些，以满足I R >>I B 的条件，保证V B 不受I B 变化的影响。但是I R 并不是越大越好，因为I R 大，则R 6和R 7的值必然要小，这时将产生两个问题：第一增加电源的消耗；第二使第二级的输入电阻降低，而第二级的输入电阻是第一级的负载，所以I R 太大时，将使第一级的放大倍数降低。为了使V B 稳定同时第二级的输入电阻又不致太小，一般计算时，按下式选取I R 的值：

I R =（5~10）I BQ 硅管 I R =（10~15）I BQ 锗管

???

+?=+=-L

L CQ CEQ E CQ CEQ C R R R R I V V R I V E 882

22

822由图三：由图二：L

CES om E C R V V V E R )2(2

8-+-<Ω

=?-+?-

24(

8mA k R R R V E I L E C CQ 72.2)2//2.62.6(324//8822

=+-=+-=Ω

===k mA V

I V R CQ E 1.172.23229

在上式中I R 的选取原则对硅管和锗管是不同的，这是因为锗管的I CBO 随温度变化大，将会影响基极电位的稳定，因此I R 取值一般比较大。对硅管来说I CBO 很小，因此I R 的值可取得小些。

本电路T 2选用的是硅管，故取I R =5I BQ 则：由图4知：

取：R7=24k Ω；R6=150k Ω。

（6）确定T 1的静态工作点I CQ1；V CEQ

因为第一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。主要应考虑如何减小噪声，因输入级的噪声将随信号一起被逐级放大，对整机的噪声指标影响极大。晶体管的噪声大小与工作点的选取有很大的关系，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，一般对小信号电路的输入级都不详细计算，而是凭经验直接选取： I CQ1=0.1~1mA 锗管 I CQ1=0.1~2mA 硅管 V CEQ =（2~3）V

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。计算方法与计算第二级的方法相同。

（7）确定T 1管的集电极电阻R 3，发射级电阻R 4、R 5： 由图五知：

取：V E1=3V ；V CEQ1=3V ；I CQ1=0.5mA 则：

取：R 3=36k Ω

取：R 4=1k Ω；R 5=5.1k Ω (8)选择T 1管

选取原则与T 2相同：BV CE0＞Ec=24V ； I CM ＞5mA ； P CM ＞7.5mW ，根据现有条件选用S9011，实测β1=100。 （9）T 1管基极电阻的选取 取：I R =10I BQ ，V E1=3V 取=2R 68Ωk 由图六知；

Ω

=+=+==k I I V V I V R BQ R BE E R BQ 47.2656

.03222

7Ω

=-=k R I E

R R C 150761

113)

(CQ CEQ E C I V V E R +-=

Ω=--=k mA

V

R 365.0)3324(3Ω

===+k mA V

I V R R CQ E 65.031154Ω

=?

+=+=k I

V V R BQ BE E 72100

106

.03101

11

2

取：R 1=390k Ω；R 2=68k Ω （10）耦合电容和旁路电容的选取

各级耦合电容及旁路电容应根据放大器的下限频率f 1决定。这些电容的容量越大，则放大器的低频响应越好。但容量越大电容漏电越大，这将造成电路工作不稳定。因此要适当的选择电容的容量，以保证收到满意的效果。在设计时一般按下式计算：

其中：R S 是信号源内阻，r i1是第一级输入电阻。

其中：r 01是第一级输出电阻，r i2是第二级输入电阻。

其中：r o2是第二级输出电阻。 其中：R b =R 6//R 7//R 3

由于这些公式计算繁琐，所以在工程计算中，常凭经验选取：

耦合电容：2~10μF

发射极旁路电容：150~200μF

现在用第二种方法确定C 1、C 2、C 3、C e1和C e2 取：C 1=C 2=C 3=10μF

C e1=C e2=100μF

电容器的耐压值只要大于可能出现在电容两端的最大电压即可。 （11）反馈网络的计算

根据深反馈的计算方法，由图七知： ∵

∴ R f =122R 4-R 4≈120k Ω

Ω=-=

k R I Ec

R R

40221)

(21

11i s l r R f C +>π)

(21

2012i l r r f C +>π)(21

23L o l R r f C +>

π)(24111

1R r f C be l e βπβ+>

)(222

2be b l e r R f C +>

πβ1221

4

4=+==R R R F A f vv

vf

取： R f =6.8k Ω，C f =10μF 根据上述结果，可得电路图（图八）

4、理论计算

（1）根据电路图中的实际参数值，画出直流通路,求静态工作点。

第一级：Ub1=

Ucc R R R 2

12+=6839068+?24=3.56V; Ic1=Ie1=

=+-651R R Ube

Ub 0.49mA; Ib1=

β

1

Ic =0.0049mA; Uce1=Ucc-(R3+R4+R5)Ic1=3.37V; 第二级： Ub2=

Ucc R R R 767+= 241502424+=3.31V; Ic2=Ie2==-9

2R Ube

Ub 2.46mA;

Ib2=

β

2

Ic =0.025 mA; Uce2=Ucc-(R8+R9)Ic2=6.04V

（2）画出微变等效电路，电压放大倍数

Rbe1=200+(1+β)

=1

26

Ie 5.56 k Ω; 1'L R =R3//R6//R7//rbe2=1.16k Ω; Re=R4//Rf+(R8//RL)=0.99 Au1=-β

=++Re

)1(11

'βRbe L R -1.1

Rbe2=200+(1+β)=2

26

Ie 1.27 k Ω； L R '2=R8//(R4+Rf) //RL = 1.49k Ω; Au2=-β

=Rbe

L R 2

'-117.3 Au= Au1* Au2=129.03

（3）计算各级的输入电阻和输出电阻。

第一级：ri1=R1//R2//【Rbe1+（1+β）（R4//Rf+(RL+R8)】=37.36 k Ω； ro1=R3//R6//R7 =13.14k Ω

第二级：ri2=R3//R6//R7//Rbe2=1.12 k Ω; ro2=R8//(R4+Rf) =5.90k Ω （4）判别负反馈。 串联电压负反馈

（三）利用EWB 电路仿真软件对设计的电路进行仿真

1用EWB画的原理图

2获得频率特性图

3输出波形图

4静态工作点

5元器件的明细表

四、收音机安装、调试过程及体会

1、收音机的安装

2010年11月7日，我们在学院电工实验室进行了收音机安装实验，首先在老师的讲解下，我们了解了收音机的工作原理，然后老师开始领着我们认识了收音机的各个元器件，有电阻、电容、三极管以及各个配件等。收音机的安装我总结为七步：

第一步、电路板的焊接

第二步、焊接电阻

第三步、焊接中周、变压器

第四步、焊接电容、发光二极管及三极管

第五步、焊接双联拨盘、喇叭、耳机接孔、电位器拨盘

第六步、焊接磁棒线圈

第七步、电路板的测试

2、收音机的调试过程

在检查好电源及开关的情况下，收音机的故障主要表现为喇叭不响、喇叭发出沙沙声而收不到电台或喇叭发出啸叫等情况。电路板的故障主要表现在虚假错焊或电路元件失效的问题，可按以下步骤检查：

1 电阻虚焊问题

2 电感线圈问题

3 三极管问题

3、收音机元器件的明细表（见附录）

4、收音机安装、调试过程的体会

通过一个收音机的安装，使我对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作与工艺流程、收音机的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义；也对自己的动手能力是个很大的锻炼。。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如做收音机组装与调试时，好几个焊盘的间距特别小，稍不留神，就焊在一起了，但是我还是完成了任务。。我觉得自己在以下几

个方面与有收获：

1、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着很重要的现实意义。

2、对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如在焊接芯片时，怎样把那么多脚分开焊接对我们来说是个难题，可是经过训练后，我们做到了。虽然在实习中会遇到难题，但是从中我学到了很多，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向，增进专业知识的强化。

五、结束语总的来说，我对这门课是热情高涨的。第一，我从小就对这种小制作很感

兴趣，那时不懂焊接，却喜欢把东西给拆来装去，但这样一来，这东西就给废了。现在电工电子实习课正是学习如何把东西“装回去”。每次完成一个步骤，我都很有“成就感”。第二，电工电子实习，是以学生自己动手，掌握一定操作技能并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神，。作为信息时代的大学生，作为国家重点培育的高技能人才，仅会操作鼠标是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。

附录：

附录1

收音机元器件的明细表

附录2