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电子工程系课程设计 专业名称：课程名称：课题名称： 设计人员： 指导教师： 电子工程系 模拟电路课题设计 扩 声 电 路 年 月 日
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2011 年
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【摘要】...................................................................................................................第1节 扩声电路的设计.........................................................................................一、目的............................................................................................................二、设计任务和要求........................................................................................三、基本原理概述............................................................................................四、元器件清单................................................................................................第2节 扩声电路各单元电路设计.........................................................................一、前置放大器的设计....................................................................................二、音调控制器的设计....................................................................................三、功率输出级的设计..................................................................................第3节、调试要点.................................................................................................一.前置级调试...............................................................................................二.音调控制器调试......................................................................................三.功率放大器调试......................................................................................四.整机调试...................................................................................................附录一.....................................................................................................................附录二.....................................................................................................................附录三.....................................................................................................................心得体会.................................................................................................................参考文献:................................................................................................................第1节 扩声电路的设计
一、目的 掌握一些集成运放电路的使用。 掌握熟悉功率放大电路的设计。 了解什么是前置放大。
音频控制器的设计、功率输出级的设计等模电知识。
二、设计任务和要求
最大输出功率为8W。 负载阻抗为8Ω。
非线性失真系数不大于3%。
具有音频调节功能，即用两只电位器分别调节高音和低音。 输出功率的大小连续可调，即用电位器调节音量的大小。
频率响应：当高、低音调电位器处于不提升也不衰减的位置时，-3dB的频带范围是80HZ至6kHZ。
输入信号源为话筒输入，输入灵敏度不大于20ｍＶ。 输入阻抗不小于50KΩ
输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mV，直流输出电压不超过50mV，静态电源电流不超过100mV。
三、基本原理概述
扩声电路实际上是一个典型的多级放大器。其原理如下图所示。前置放大主要完成对小信号的放大，一般要求输入高阻抗，输出低阻抗，频带要宽，噪声要小；音频控制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、输出功率大。设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。
因为P0max=8W，所以此时的输出电压U0=。要使输入为5mV的信号放大到输出的8V，所需要的总放大倍数为
Au=u0/ui=8V/5mV=1600
三、元器件清单
元器件名称
LF353 三极管 三极管 三极管 二极管 电解电容 电解电容 电解电容 电解电容
参数
9013 9015 3DD01 IN4148 10uF 100uF 0.01uF 4.7uF
数量 2 1 1 2 2 2 3 2 1 元器件名称
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
电阻
参数 100KΩ 10KΩ 22KΩ 51KΩ 18KΩ 15kΩ 1kΩ 11KΩ 30Ω
音频控制器的设计主要是根据转折频率的不同来选择电位器、电阻及电容参数。
（1）低频工作时元器件参数的计算。音频控制器工作在地音频时（即f
本设计要求中频增益为Ao=1（0dB），且正在100Hz处有±12dB的调节范围。故当增益为0dB时，对应的转折频率为400Hz（因为从2dB到0dB对应两个倍频程，所以对应频率是2X2X100Hz=400Hz），该频率既是中音下限频率fL2=400Hz。最大提升增益一般取10倍，因此音调控制器的低音转折频率fL1=fL2/10=40Hz。
电阻R8，R10及RP1的取值范围一般为几千欧姆到数百欧姆。若取值过大，则运算放大器的漏电流的影响变大；若取值过小，则流入运算放大器的电流将超过其最大输出能力。这里取RP1=470KΩ。由于Ao=1。故R8=R10。又因为wL2/wL1=(RP1+R10)/R10=10,所以R8=R10=RP1/（10-1）≈52KΩ，取R9=R8=R10=51KΩ。电容C7可由式1/（2πfL1XRP1）求的：C7=0.0085uF，取0.01uF。
三、功率输出级的设计
功率输出级电路结构有许多种形式，选择由分立元器件组成的功率放大器或单片集成功率放大器均可。为了巩固在电子线路课程中所学的理论知识，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6.10所示。其中由运算放大器组成输入电压放大驱动管，由晶体管VT1,VT2.VT3,VT4组成的复合管为功率输出级。三极管VT1与VT2都为NPN型的复合管。VT3与VT4为不同类型的晶体管，所组成的复合管导电极性由第1只管决定，为PNP型复合管。
（1）确定电源电压Vcc。功率放大器的设计要求是最大输出功率Pomax=8W。由式Pomax=1／2× 可得：uomax=√2PomaxRL。考虑到输出功率管VT2与VT4的饱和压降和发射极电阻R21与R22d的压降，电源电压常取：Vcc=（1.2～1.5）Uom。将以知参数带入上式，电源电压取±1.2V。（2）功率输出级设计：
1.输出晶体管的选择。VT1与VT4选择同类型的NPN型大功率管。其承受的量最大反向电压为Ucemax=2Vcc。每支晶体管的最大集电极电流为Icmax=Vcc／RL≈1.5A；每支晶体管的最大集电极功耗为：Pcmax=0.2Pomax=1.6W。所以，在选择功率三极管时，除应使两管B的值尽量对称外，其极限参数还应满足系列关系：V（BR）CEO﹥2Vcc，Icm﹥Icmax，Pcm﹥Pcmax。根据上式关系，选择功率三极管为3DD01。
2.复合管的选择。VT1与VT4组成复合管，他们承受的最大电压均为2Vcc，考虑到R18与R20的分流作用和晶体管的损耗，晶体管VT1与VT3的集电极功耗为：Pcmax≈（1.1～1.5）Pc2max／B2，而实际选择VT1，VT3的参数要大于其最大值。另外为了复合出互补类型的三极管，一定要使VT1,VT3互补，且要求尽可能对称性好。可选用VT1为9013，VT3选用9015.3.电阻R17～R22的估算。R18与R20用来减小复合管的穿透电流，其值太小会影响复合管的稳定性，太大又会影像输出功率，一般取R18=R20=(5～10)ri2.ri2为VT2管的输入端等效电阻，其大小可用公式ri2=rbe2+（1+B2）R21来计算，大功率管的 rbe约为10欧姆，B 为20倍。
输出功率管的发射极电阻R21与R22起到电流的负反馈作用，是电路的工作更加
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第3节、调试要点
上图为扩声电路PCB图，在调试安装前，首先将所选用的电子元器件测试一遍，以确保元器件完好。在进行元器件安装时，布局要合理，连线应尽可能短而直，所用的测量仪器也要准备好。一.前置级调试
当无输入交流信号时，用万用表分别测量LF353的输出电位，正常时应在0V 附近。若输出端滞留电流为电源电压值时，则可能运算放大器已坏或工作在开环状态。
输入端加入ui=5mV，f=1000HZ的交流信号，用示波器观察有无输出波形。如有自激震荡，应首先消除。当正常工作后。用交流毫伏表测量放大器的输出，并求其电压放大倍数。
输入信号幅值保持不变，改变其频率。测量幅频特性，并画出幅频特性曲线。二.音调控制器调试 静态测试同上
动态调试：用低频信号发生器在音调控制器输入400mV的正弦信号，保持幅值不变。将低音控制电位器调到最大提升，同时将高音控制电位器调到最大衰减，分别测量其幅频特新曲线；然后将两个电位器的位置调到相反状态，重新测试其幅频特新曲线。若不符合要求，应检查电路的连接、元器件值、输入输出耦合电容是否正确、完好。三.功率放大器调试
静态调试：首先将输入电容C8输入端对地短路，然后接通电源，用万用表测试Uo，调节电位器RP3，使输出的电位近似为0.动态调试：在输入端接入400mV。1000Hz的正弦信号，用示波器观察输出波形的失真情况，调整电位器RP3使输出波形交越失真最小。调节电位器RP4使输出电压的峰值不小于11V，以满足输出功率的要求。四.整机调试
将三级电路连接起来，在输入端连接一个话筒，此时，调节音量控制电位器RP4，应能改变音量的大小。调节高、低音控制电位器，应能明显听出高、低音调的变化。敲击电路板应无声音间断和自激现象。
附录二
扩声电路总体设计原理图，PCB图见下
附录三
3D安装原理对照图
心得体会
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助，我相信，通过这次的课程设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精。同时，通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高；通过使用电路CAD 软件Protel DXP , 也让我们了解到计算机辅助设计(CAD)的智能化,有利于提高工作效率。
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