课程设计总结报告

课程设计报告 课程名称： 电子技术课程设计（一） 学生姓名： 周峰 学生学号： 系别： 物理与电子信息系 专业： 电子科学与技术 指导教师： 李春来柳建国 2008年5月15日目?????录一、设计任务与要求……………………………………………1二、设计与论证……………………………………………1三、单元电路设计与参数计算…………………………………21、话音放大器………………………………………………22、音调控制器………………………………………………33、功率放大器………………………………………………4四、仿真过程与仿真结果(仿真软件Multisim9.0)…………61、话音放大器部分仿真……………………………………62、音调控制器部分仿真……………………………………73、功率放大器与音调控制器电路仿真……………………8五、总原理图及元器件清单………………………………………9六、安装与调试……………………………………………………10七、性能测试与分析………………………………………………11八、结论与心得……………………………………………………12九、参考文献………………………………………………………13音频放大器的设计与制作一、设计任务与要求1、目的根据本课程设计要求，设计、制作出一个实用的音频功率放大器。了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法；掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术。通过实践，加深对模拟电子技术感性认识和理解。同时，通过搜索资料、方案比较以及设计计算、制作调试、撰写总结报告等环节的训练，进一步提高自身分析、解决实际问题的能力。2、设计任务设计制作一个音频放大器，具有话音放大、音调控制、音量控制及功率放大四个基本功能。3、设计要求要求输出功率不小于1W/8Ω，频率响应60--20KHz，效率>60﹪，失真小（已知电源电压＋9V，高阻话筒和扬声器各一只）。将低阻话筒接话音放大器的输入，在此输入话音，经过电路放大，通过扬声器输出清晰放大的声音，改变音量电位器，可以控制声音的大小，调节调节音调控制器，可改变音质的效果。二、方案设计与论证本设计要求实现话音放大、音调控制、音量控制及功率放大等功能。因此，运用话音放大器、音调控制电路和集成功放来实现这些功能是比较合理的选择。方案一：如图1所示。首先对话音信号的音调控制，再话音放大，滑动电阻控制音话筒音调控制器话音放大器功率放大器扬声器图1方案一系统总体方框图量，功率放大器实现功率放大。此方案由于是直接控制原态输入的话音信号，这就对话音信号控制电路的精度有了很高的要求，难以控制。方案二：如图2所示。将话音信号首先经过话音放大器放大，再用音调控制器对话音的音调进行控制，而音量的控制直接在音调控制器后面接一个滑动电阻来实现，功率放大器给音响放大的负载（扬声器）提供一定的输出功率。此方案虽然与方案一的元器件一样，但是它把话音信号放大后再进行音调控制，这样的音调控制电路比较容易实现，而且最终的效果也比较能够满足要求。话筒话音放大器音调控制器功率放大器扬声器图2方案二系统总体方框图因此，本设计采用方案二。三、单元电路设计与参数计算1、话筒放大器由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ（亦有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等)，所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。本课程设计采用的电路图如图3。图3话音放大器可得电压放大倍数：Ri=R1（R1一般取几十千欧。）耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定，一般取C1=C3=(3～10）2、音调控制器音调控制器主要是控制、调节放大器的幅频特性。图4音调控制器幅频特性音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。电路原理图如图5。 图5音调控制器运算放大器选用单电源供电的四运放LM324，其中RP32称为音量控制电位器，其滑臂在最上端时，音响放大器输出最大功率。已知fLx=100Hz,fHx=10kHz,x=12dB。转折频率fL2及fH1fL2=fLx?2x/6=400Hz，则fL1=fL2/10=40HzfH1=fHx/2x/6=2.5kHz,则fH2=10fH1=25kHz。AVL=(RP31+R32)/R31≥20dB。其中，R31、R32、RP31不能取得太大，否则运放飘逸电流的影响不可忽略。但也不能太小，否则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一般取几千欧姆至几百千欧姆。现取RP31=410kΩ,R31=R32=47kΩ，则AVL=(RP31+R32)/R31=11(20.8Db)C32=1/(2πRP31fL1)=0.008μF取标称值0．01μF，即C31=C32=0.0lμF则R31=R32=R33=47kΩRa=3R34=141kΩ=(+R33)／R33≥20dBR33=/10=14.1kΩ取标称值13kΩ=1／2R33C33则C33==490pF取标称值510pF取RP32=RP31=470kΩ，RP33=10KΩ，级间耦合与隔直电容C34=10μF。取RP32=RP31=470kΩ,RP33=10kΩ,级间耦合与隔直。3、功率放大器功率放大器（内部电路如图6）的作用是给音响放大器的负载（扬声器）提供一定图6LA4102集成功放的内部电路的输出功率，当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。这里我们采用LA4102专用集成音频功放。把LA4102接成OTL电路，如图7。图7功率放大器①RF、CF与内部电阻R11组成交流负反馈支路，控制功放级的电压增益AVF，即AVF=1+R11/RF≈R11/RF②CB为相位补偿电容。CB减小，带宽增加，可消除高频自激。C一般取几十皮法至几百皮法。③CC为OTL电路的输出电容，两端的充电电压等于VCC/2，CC一般采用耐压值远大于VCC/2的容值几百微法的电容。④CD为反馈电容，消除自激振荡，CD一般取几百皮法。⑤CH为自举电容，使复合管T12、T13的导通电流不随输出电压的升高而减小。⑥C3、C4可滤除纹波，一般为几十微法到几百微法。⑦C2为电源退耦滤波，可消除低频自激。四、仿真过程与仿真结果(仿真软件Multisim9.0)1、话音放大器部分仿真（1）仿真原理图图8话音放大器（2）仿真分析输入为正弦信号：频率f=1KHz幅值Vp=5mV其中上面的波形为信号源波形，下面的波形为输出波形。图9示波器显示的波形2、音调控制器部分仿真（1）仿真原理图图10音调控制器（2）仿真分析输入为正弦信号：频率f=1KHz幅值Vp=50mV其中上面的波形为信号源波形，下面的波形为输出波形。图11示波器显示的波形3、话音放大器和音调控制器电路仿真（1）仿真原理图图12话音放大器和音调控制器（2）仿真分析输入为正弦信号：频率f=1KHz幅值Vp=5mV其中上面的波形为信号源波形，下面的波形为输出波形。图13示波器显示的波形五、总原理图及元器件清单1、总原理图图14音频放大器总原理图2、元件清单 元件序号 主要参数 数量 备注 1 470μF 1 极性电容 2 220μF 1 极性电容 3 100μF 2 极性电容 4 1μF 1 极性电容 5 33μF 1 极性电容 6 10μF 4 极性电容 7 560PF 1 电容 8 470PF 3 电容 9 51PF 1 电容 10 10Ω 1 电阻 11 10KΩ 5 电阻 12 75KΩ 1 电阻 13 RP10KΩ 1 电位器 14 RP470KΩ 2 电位器 15 13KΩ 1 电阻 16 600Ω 1 电阻 17 8Ω 1 扬声器 18 话筒 1 19 LM324 1 集成运算放大器 20 LA4102 1 集成功率放大器3、需使仪器设备：数字示波器（DS1024C）……………………1台万用表（GB7676）……………………………1台多路输出稳压电源（CA18303D）……………1台函数信号发生器（SG102020MHz）…………1台六、安装与调试1、合理布局，分级装调音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。安装前应检查元器件的质量，安装时特别注意功放块、运放、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后安装，安装一级调试一级，安装两极进行级联调试，直到整机安装与调试完成。2、电路的调试电路的调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性能指标的测试。分级调试又分为静态调试和动态调试。a、静态调试静态测试时，将输入端对地短路，用万用表测该级输出端对地的直流电压。话音级、音调级都是由运放组成的，其静态输出直流电压均为电源电压的一半，功放级的输出也为电源电压的一半。且输出电容充电电压也为电源电压的一半。b、动态调试动态调试是指输入端接入规定的信号，用示波器测该输出波形，并测量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元件参数是否合乎要求，否则是会出现很大偏差的。3、整机功能试听用8Ω/4W的扬声器代替负载电阻RL，进行以下功能试听。话筒扩音，将高阻话筒接话筒放大器的输入端。应注意，扬声器的方向与话筒方向相反，否则扬声器的输出声音经话筒输入后，会产生自激啸叫。讲话时，扬声器传出的声音应清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。七、性能测试与分析1、LA4102中各引脚的静态工作点电压（其中Vcc=9V） 管脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 电压（V） 4.7 0 0 5.8 0.9 4.6 0 4 4.2 4.6 0 8.8 8.8 8.952、LM324中各引脚的静态工作点电压（其中Vcc=9V） 管脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 电压（V） 4.7 4.7 4.6 0 0 0 0 4.7 4.7 4.6 9.05 0 0 03、测量最大不失真输出功率和效率（其中Vcc=（9-10×0.11）V） 测试条件：=40mV=1KHz=10Ω 输出电压（V） 电流（mA） 输出功率（W） 电源功率（W） 效率η 6.52 110 0.53 0.87 61.2%4、测量频率响应（输入正弦信号：Vi=30mV） 频率 20Hz 40Hz 60Hz 1000Hz 1KHz 10KHz 15KHz 18KHz 20KHz (mV) 232 560 912 1520 4960 5240 5200 5200 5200八、结论与心得结论：声音信号经过该电路得到了一定程度上的放大，通过调节音量电位器（RP33）阻值可改变音量大小。改变音调控制级电位器阻值（RP31/RP32），扬声器音调发生明显变化。心得：通过此次课程设计，对所学的知识有了比较全面的了解和应用，真正尝试到了理论联系实际的趣味，明白了“说是说、做是做，说和做是两码事儿”的古语。此次设计巩固了理论基础知识，加强了PROTEL99SE、Multisim9.0等软件的使用，学会了在实验中应注意什么，怎么样保护元件，怎样采能最准最快的查出错误，且对word文档的操作有了更加高是水平。通过连接和调试电路使理论更接近于实际，同时也发现了自己知识的不足，特别是动手能力的缺乏，对以后的学习和实践有了比较强的指导意义。使我感触最深的是做任何事都要细心，而且要有耐心，怀着执着的心去追求真理。九、参考文献1、教材????谢自美主编.《电子线路实验.设计.测试》第三版.武汉：华中科技大学出版社，2000.7。2、参考书（1）高吉祥主编：《电子技术基础实验与课程设计》电子工业出版社，2005年出版。（2）彭介华主编：《电子技术课程设计指导》，高教出版社，2002年出版。（3）陈大钦主编：《电子技术基础实验－电子电路实验、设计、仿真》，高教出版社，2002年出版。（4）熊伟、侯传教、梁青、孟涛编着：《Multisim7电路设计及仿真应用》，清华大学出版社，2005年出版。（5）朱定华、黄松、蔡苗编着：《Protel99SE原理图和印制板设计》，清华大学出版社，2007年出版。致谢本次音频放大器课程设计是在李春来、柳建国两位老师的悉心指导下和李智同学共同完成的，在课程设计过程中，他们给了我很多很好很实在的建议和帮助，使得我的课程设计能够顺利的完成。为此，我对他们表示最衷心的感谢！