毕业设计（论文）-扩音机实验实训电路设计.doc

扩音机实验实训电路设计目录摘要2引言：21扩音机电路总体设计32扩音机电压放大的设计32.1电压放大的比较和选择32.2运放的选择42.3放大电路设计42.3.1放大级52.3.2音调控制电路53扩音机功率放大的设计63.1功放的选择63.2电路设计63.2.1lm386集成功放的介绍63.2.2功放电路设计74扩音机的电路制作84.1扩音机原理图的绘制84.2扩音机印制板电路板的绘制85扩音机硬件实物的制作与调试95.1扩音机硬件实物的制作95.2扩音机硬件实物的调试与检修106小结117谢辞118参考文献119附录12扩音机实验实训电路设计摘要：扩音机的作用就是将来自信号源的微弱电信号进行放大，产生足够大的电流以驱动扬声器发出声音。本设计采用集成运算放大器lm741两级电压放大，还有以集成功率放大器lm386连成的输出级。abstract:the megaphone effect is the weak signal from source amplification, generate enough electricity to drive the speaker sound. this design uses the integrated operational amplifier lm741 two-stage voltage amplifier, and integrated amplifier output level of lm386 together.关键词：集成运算放大；集成功率放大器；电压；输出级key word: operational amplifier ；power amplifier；voltage；output level引言：此次扩音机实验实训电路设计是为了项目式教学实验实训所设计的，由于项目式教学缺少扩音机实验实训电路。为了弥补项目式教学中的缺漏，使同学能更好的学习到扩音机中的，电压放大，功率放大等知识，所以设计了此电路。项目教育法是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动，是行为引导型教学方法的一种。在整个教学过程中既发挥了教师的主导作用又体现了学生的主体作用，充分调动学生的主观能动性。1扩音机电路总体设计扩音机电路由放大级、音调控制级、功率输出级三级组成：其结构框图如图1.1-1所示。图1.1-1扩音机组成框图1放大级：放大级是将输入信号进行电压放大，以满足不同的输入信号。2音调控制级：音调控制级的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，做高低音频的调节。3功率输出级：功率输出级的作用是将传送过来的信号放大到足够的功率以推动负载工作。2扩音机电压放大的设计放大是将信号的幅度不失真地增大到所需要的值。能实现放大功能的电路称为放大电路或放大器。2.1电压放大的比较和选择目前在模拟电子电路中，电压放大有三极管放大和集成运放放大。都有各自的优缺点。三极管放大的优点：1、能够实现高性能，特别是在大功率，高频，低失真场合；2、适应性好，什么电路都能制作。三极管的放大缺点：1、增加了元器件数量；2、设计周期长；3、成本高；（有时候分立元器件多了，成本反而高）；集成运放的优点：1、大大减少元器件数量；2、缩短设计时间；3、降低成本。集成运放的缺点：1、只能在一定程度上满足性能要求；（ic往往是标准化了的电路，更多地考虑一般使用或者说是通用性）；并不是各方面都非常完美；2、不能够改变内部电路。 由于扩音机不需要很大的功率，集成运放与分立元件相比，不但体积小、重量轻、而且性能好、故障率低。因为在同一块芯片上集成的元器件参数更具一致性，对称性，电路的焊接封装更安全，更可靠，使用更加方便。所以选择了集成运放用作电压放大电路的设计。2.2运放的选择集成运放芯片种类很多，本次以lm324和lm741做比较，分析优缺点做出比较和选择。lm741是一类应用比较广泛的通用型集成运放。lm741具有使用范围广、通用性能强、选购容易、设计简单。另外该ic得互换产品也丰富，例如具有ha17741、ir3741、ua741、an6570、ca741ct、sc51750、sk3553、tm941、wep2114。lm324为单片集成高增益、内补偿四运算放大器，可在较宽的电压范围的单电源下工作。由于做运算放大电路时需要失调调零，否则就等于在运算电路上永远加上了一个误差值，更重要的是很多电路中这个误差值还要与信号一起被放大，这样实验结果就会错误。再加上lm741是dip8的封装更换产品也丰富，便于试验、实训的更换使用，所以选择lm741集成运放。2.3放大电路设计在图2.3-1的扩音机电路中包含两级电压放大器输入级和音调控制电路。电路由15v直流电源供电。图2.3-1扩音机电压放大电路2.3.1放大级放大级由集成运算放大器（lm741），电阻、和电容、组成。是构成的电压放大器闭环增益是，在这里是电压跟随器，起阻抗变换的作用。信号经耦合至的同相输入端，再由的6脚输出送到音调控制电路。其中和构成电压串联负反馈，起到了提高输入阻抗，降低输入阻抗的作用。，实际电路选择为，称为平衡电阻，其作用是保持静态时，输入级偏置电流平衡，并让输入级的偏置电流在、上产生相等的压降。防止高频自激。2.3.2音调控制电路这种音调控制电路调节方便，元器件较少，在一般收录机、音响放大器中应用较多。音调控制电路由集成运算放大器，电阻、和，电容、 、和，电位器和电路中采用了由阻容网络组成的rc型负反馈音调控制电路。它是通过不同的负反馈网络和输入网络造成放大器闭环放大倍数随信号频率不同而改变，从而达到音调控制的目的。当输入信号在低频区时，很小，和支路可视为开路，反馈网络主要由、组成低音控制电路。因为是开环增益很高，它的反相输入端电位虚地，这样的影响可以忽略。当的活动端移到最左边时被短路，这样低音得到最大的提升量；反之当的活动端移到最右边时被短路，低音被最大的衰减。当输入信号在高频区时，、较大，对高频可视为短路，而很小，和支路已经起作用，当滑到最左边时，对高音实现提升，反正滑到最右边时则完成高音衰减。3扩音机功率放大的设计集成功率放大器是在集成运放的基础上发展起来的，其内部电路与集成运放相似。但是，由于安全、高效、大功率和低失真的要求，使得它与集成运放又有很大的不同。电路内部多施加深度负反馈。3.1功放的选择（此处首先应根据需要输出的功率来选择）集成功放芯片很多，本次以la1102、lm386、tda2030等做比较选择出。分析各自的优缺点。la1102是一种应用很广的集成功放。它常被录用于收录机，对讲机等小功率电路中。lm386是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中。tda2030是与其他产品相比，具有引脚少，外接元器件少的优点。主要用于收录机及高保真立体扩音装置中作音频功率放大器。由于我们的电路使用的是15v电源，由于la1102只能6到13v电压再加上他的引脚比较多，接的外围器件也比较多。然后我们比较lm386和tda2030。这个电路上tda2030和lm386都可以使用，lm386是通用功放，采用双列直插8脚封装，便于实验、实训时的更换。因此最终选用lm386进行设计。3.2电路设计3.2.1lm386集成功放的介绍lm386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6v电源电压下,它的静态功耗仅为24mw,使得lm386特别适用于电池供电的场合。lm386的外形如图3.2.1-1图所示，它采用8引脚双列直插式和贴片式封装。图3.2.1-1 lm386引脚图3.2.2功放电路设计在图3.2.2-1是扩音机整机电路中除了两级电压放大以外还有以集成功率放大器lm386连成的otl功率输出级。图3.2.2-1lm386扩音机中的电路下面分析功率输出级工作原理：输出级由集成功率放大器,电解电容c12、c13、c14电阻r11电位器rp3和扬声器组成。其中a3是由lm386组成的otl功率放大级，推动扬声器，由于该电路一脚八脚悬空，所以该电路增益为20倍。lm386 1脚和8脚是增益调整引脚，其内部为一个约为1.35k的电阻，1，8脚开路的时候，增益最小约为20倍（26db），当1，8脚交流短路，增益最大，达到200倍（46db），在1，8之间串联电阻，可调整增益在20倍到200倍之间变化。具体的计算公式可参考如下：；其中r为1，8脚之间串联的电阻，单位为 ，即两电阻的并联值。图中10kw的可变电阻是用来调整扬声器音量大小，若直接将信号输入即为音量最大的状态。4扩音机的电路制作此次扩音机电路的制作分为原理图的绘制、pcb的制作。原理图和pcb的绘制使用的是protel99se软件。protel99se软件以强大的功能、方便快捷的设计模式和人性化的设计环境，赢得课众多电路设计者的青睐，成为当前电子工业中印刷电路板设计的主流软件。4.1扩音机原理图的绘制在设计电路板之前，往往需要先设计原理图。电路原理图的设计就是将设计者的思路或草图变成规范的原理图，为电路板设计准备网络连接和元件封装。简单的说，电路原理图设计就是利用protel99se的原理图设计系统来绘制一张完整的、正确的电路原理图。此次电路原理图的绘制是一个重要的步骤，它是pcb信息输入表达了实现电路功能的方法。原理图如图4.1-1所示。图4.1-1扩音机电路图4.2扩音机印制板电路板的绘制印制电路板（pcb）是电子设备中重要的部件之一，印制电路板是以一定尺寸的绝缘基板为基材，以铜箔为导线，经特定工艺加工，用一层或若干层导电图形以及设计好的孔来实现元件间电器连接关系，它就像图纸上印刷上去似的，所以叫印制。电路板首先将原理图跟新至pcb。由于规定了pcb里面安装螺丝孔长13cm宽8cm，然后布局就在长13cm宽8cm的长方形中。布局好后，在外围禁止布线层画一个框。其次进行走线的宽度设置，讲地设为40mil，高低15v设置为30mil，其余的用10mil。最后设置成单面布线。protel 99se提供的布线方式有两种：自动布线和手工布线。设计pcb时，对于简单的pcb可以采用手工布线，但是对于复杂的pcb图时，可以先采用自动布线，然后进行手工修改。此次布线我使用先自动布线，有些不足的地方在手动修改。如图4.2-1所示。图4.2-15扩音机硬件实物的制作与调试由于制作pcb实物要一定的周期，所以本次使用面包板来进行实物的的制作和仿真，加上电工电子实训台来配合此次电路的调试工作。5.1扩音机硬件实物的制作首先准备好元器件清单如图4.3-1所示。然后准备好面包板和导线以及工具进行连接。 图4.3-1元件清单在连接的过程中要对每个元器件进行检测，以防止元器件的损坏。连线时要认真以防止接线错误。实物如图4.3-2所示图4.3-2实物图5.2扩音机硬件实物的调试与检修面包板组装完成后，进行电路的调试。由于是项目式教学，所以我使用电子实验实训台来调试自己的电路板。具体的调试步骤是：首先将电子实验实训台上的稳压电源调成15v，接上实训台上的电压表调精准。将电源调成15v，然后将15v与地接入面包板。然后将信号发生器接入输入端幅值不能太大，防止失真。若无声音检查整流电路，是否有直流15v(测试d1的阳极端)。同时检查扬声器及其导线有无短路、断路的现象。最后检查是否是因为输入信号所引起的无声现象。输入信号没问题还是无声，检查信号是否送入输入级。此时检查使用示波器观察lm741的3脚是有波形，然后检查6脚也有波形。此时说明放大级是好的。然后检测音调控制级，首先检查第二个lm741的3脚发现有波形，然后检查6脚发现没有波形，此时检查音调控制级外围电路，发现电路正确，说明这个lm741损坏然后进行更换。换好后有声音，调节rp3声音响度没反应。发现lm386产生自激，检查lm386外围电路，发现2脚没有接地。接好后声音正常。调节rp3的电位器，发现声音幅度有变化。然后调节信号源幅值和频率听见声音有明显变化，完成了扩音机的功能，调试成功。不要说空的，把你的调试过程写出来6小结本次设计重点介绍了扩音机的设计。先介绍了前置放大lm741设计，然后讲了lm386的功率放大设计。将前置放大和功率放大器两部分安装在一起就称为合并式放大器。然后将电路进行了实物的连接。在最后的调试中，虽然遇到了很多的问题和麻烦，但是通过自己的努力和老师的教导最后实现了功能。7谢辞感谢我的毕业设计指导老师张恒老师的谆谆教诲，感谢您在忙碌的教学工作和生活中抽出时间来给我们解答各种问题，悉心指导，提出了许多宝贵意见。张老师工作认真负责，理论知识深厚，是我们学习的榜样。同时，论文的引用的参考材料的专家和老师们在此一并致谢。谢谢我的同学，所有老师，家人。谢谢你们！8参考文献1陈梓城.实用电子电路设计与调试m，中国电力出版社，2006.2王成华，潘双来，江爱华.电路与模拟电子学m，科学出版社，2007.3龙忠琪.金燕，李如春.模拟集成电路教程m，科学出版社，2004.4刘法治.常用电子元器件及典型芯片应用技术m，机械工业出版社，2007.5姚鸿钧. 集成电路电子制作m，中国电力出版社，2008.6杨欣.电子元器件与电路设计m，电子工业出版社，2009.7张新德，陈金桂，张健梅等.国内外集成电路封装及内部框图图集m，机械工业出版社，2009.8兰吉昌，运算放大