模拟电子课程设计论文—音频功率放大器

吉林工程技术师范学院课程设计论文 模拟电子课程设计论文模拟电子课程设计论文 音频功率放大器音频功率放大器 院院系：系： 信息工程学院信息工程学院 专专业：业： 班班级：级： 姓姓名：名： 学学号：号： 指导指导 教师：教师： 二二 0 0 一三一三年年 十十二二月月二十五二十五 日日 吉林工程技术师范学院课程设计论文 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 1.1背景背景 1.2课程设计的任务、要求和目的课程设计的任务、要求和目的. 1.2.1 课程设计的任务课程设计的任务 1.2.2 课程设计目的和要求课程设计目的和要求. 第二章第二章 系统方案论证系统方案论证 2.1 设计方案设计方案. 2.2 方案论证方案论证. 第三章第三章 系统原理与仿真系统原理与仿真 3.1 原理也说明及计算原理也说明及计算 3.2 仿真软件介绍仿真软件介绍 3.3 仿真结果仿真结果 第四章第四章 硬件电路安装与调试硬件电路安装与调试 4.1 器件介绍器件介绍 4.2 工具介绍工具介绍 4.3 焊接方法及注意事项焊接方法及注意事项 4.4 电路调试电路调试 第五章第五章总结总结 吉林工程技术师范学院课程设计论文 第六章第六章感谢感谢 吉林工程技术师范学院课程设计论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 背景背景 随着电子信息产业的高速发展，当前社会已经进入信息时代，电子信息 技术成为当代最活跃、渗透力最强的科学技术，随着我国科学技术的迅速发 展和人民生活水平的不断提高，各种信息技术的应用已经进入千家万户，成 为现代家庭生活中不可缺少的重要组成部分。人们越来越注重视觉，音质的 享受。在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者 购买产品的一个重要因素。 1.2 课程设计的任务、要求和目的课程设计的任务、要求和目的 1.2.1 课程设计的任务课程设计的任务 以 LM386 为核心元件，选用相应的的器件组成具有音频放大效果的音频 功率放大器， 并学习制作电路板熟悉制作流程。 1.2.2 课程设计目的和要求课程设计目的和要求 要求要求 (1) 学习电子电路、的硬件设计与软件制图。 (2) 熟悉各种功放电路的原理，选择合适的音频功放电路。 (3) 进行硬件电路的制作，学习及完成硬件调试。 （4）撰写论文。 目的目的 通过对低频功率放大电路的剖析， 对功率放大器的工作原理有较深入的 了解。在讲解低频功率放大电路的原理中，结合介绍了常见的电子电路，如 差分放大电路、甲类放大和乙类放大电路等。掌握这些电路的特点，为进一 步学习电子技术打下一定的基础。 吉林工程技术师范学院课程设计论文 2 第二章第二章 系统方案论证系统方案论证 2.1 设计方案设计方案 集成功率放大电路 LM386 组成功率放大器。输入：由驻极体话筒产生输 入信号。输出：驱动扬声器发声。能够设计功率放大电路，掌握电路的工作 原理，参数的计算，元器件的选择。掌握 LM386 管脚的功能，各个元器件的 作用。对于参数选择不合理造成的无法正常工作，能找出原因并及时修正。 下面给出此电路图所用器件清单： LM386电容电阻电位器 104/一只4.7k/一只 10uF/一只1k/一只 组成框架如下图： 2.2 方案论证方案论证 本设计是一个基于 LM386 的功率放大器， 在设计中运用了放大器的知识， 结合放大电路与 LM386 芯片来实现音频功率放大的。利用 LM386 芯片集成特 性，再与固定电阻，电容构成简单的放大电路。而且，整个音频放大器驱动 电压范围广，从 4V 到 12V 均可做为音频功率放大电路的驱动电源。集成功 率放大电路大多工作在音频范围，除具有可靠性高、使用方便、性能好、重 量轻、造价低等集成电路的一般特点外，还具有功耗小、非线性失真小和温 度稳定性好等优点。制作起来比较方便，具有操作灵活、使用方便、价格便 宜、易于携带等特点。 信 号 输 入 功率放大扬声器 吉林工程技术师范学院课程设计论文 3 第三章第三章 系统原理与仿真系统原理与仿真 3.1 原理及计算原理及计算 3.1.1 原理原理 3.1.2 功率的计算功率的计算 计算输出功率Po输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来表 示。设输出电压的幅值为Vom，则因为 Iom=Vom/RL，所以.当输入信号足够大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES VCC和Iom=Icm时， 可获得最大的输出功率 由上述对 Po的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压 VCC或降低负载阻抗 RL。 3.2 仿真软件介绍仿真软件介绍 Protel DXP2004 是 Altium 公司于 2004 年推出的最新版本的电路设计软 件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所 有分析验证和设计数据的管理。当前比较流行的 Protel 98、Protel 99 SE， 就是它的前期版本。Protel DXP 2004 已不是单纯的 PCB（印制电路板）设 计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是 SCH（原理图）设计、SCH （原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和 FPGA 设计等， 覆盖了以 PCB 为核心的整个物理设计。 该软件将项目管理方式、 原理图和 PCB 图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真 等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持与较早的版本Protel99 相比，不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的 吉林工程技术师范学院课程设计论文 4 同步化， 同时整合了 VHDL 和 FPGA 设计系统， 其功能大大加强了。 Protel DXP 在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显 示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强 的用户界面等。Protel DXP 是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系 统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己 的设计方式实现。 3.3 仿真结果仿真结果 图 331 音频功率放大原理图 吉林工程技术师范学院课程设计论文 5 21 21 2 1 2 1 2 1 123 2 1 2 1 234 8765 1 图 332 DXP 仿真后自动布线图 图 333 DXP 吉林工程技术师范学院课程设计论文 6 第四章第四章 硬件电路安装与调试硬件电路安装与调试 4.1 器件介绍器件介绍 4.4.1 LM386 基本介绍 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 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。 特性(Features): 1、 静态功耗低，约为 4mA,可用于电池供电。 2、 工作电压范围宽，4-12V or 5-18V。 3、 外围元件少。 4、 电压增益可调，20-200。 吉林工程技术师范学院课程设计论文 7 各个引脚的功能 （1）通过接在 1 脚、8 脚间的电容（1 脚接电容+极）来改变增益，断开时 增益为 20dB。 （2）PCB 设计时，所有外围元件尽可能靠近 LM386；地线尽可能粗一些； 输入音频信号通路尽可能平行走线，输出亦如此。 （3）选好调节音量的电位器。质量太差的不要，否则受害的是耳朵；阻值 不要太大，10K 最合适，太大也会影响音质。 （4）尽可能采用双音频输入/输出。好处是： “” 、 “”输出端可以很好地 抵消共模信号，故能有效抑制共模噪声。 （5）第 7 脚（BYPASS）的旁路电容不可少！起滤除噪声的作用。工作稳定 后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。增大这个电容的容值，减缓直流 基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。在器件上电、掉电时的噪声就 是由该偏置电压的瞬间跳变所致。 常见的电路原理图如下 吉林工程技术师范学院课程设计论文 8 图 3-2LM386 原理图 工作原理图 图 411 LM386 内部电路图 LM386 内部电路原理图如图所，它是一个三级放大电路。 1、第一级为差分式放大电路，T1 和 T3、T2 和 T4 分别构成复合管，作 吉林工程技术师范学院课程设计论文 9 为差分放大电路的放大管； T5 和 T6 组成 镜像电流源作为 T1 和 T2 的有源负 载；T3 和 T4 信号从管的基极输入，从 T2 管的集电极输出，为双端输入单端 输出。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增 益近似等于双端输出电容的增益。 2、第二级为共射放大电路，T7 为放大管，恒流源作有源负载，以增大 放大倍数。 3、第三级中的 T8 和 T9 管复合成 PNP 型管，与 NPN 型管 T10 构成准互补输 出级。二极管 D1 和 D2 为输出级提供合适的偏置电路，可以消除交越失真。 4、引脚 2 为反相输入端，引脚 3 为同相输入端。电路由单电源供电，故为 OTL 电路。输出端（引脚 5）应外接输出电容后再接负载。 5、电阻 R7 从输出端连接到 T2 的发射极，形成反馈通路，并与 R5 和 R6 构 成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压 增益。 4.1.2 电阻 电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过 它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流 与直流信号都可以通过电阻。 单位：导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆（ohm），简称欧， 符号是 （希腊字母， 读作 Omega)， 1=1V/A。 比较大的单位有千欧 （k） 、 兆欧（M）（兆=百万，即 100 万）。 吉林工程技术师范学院课程设计论文 10 K（千欧） ， M（兆欧） ，他们的换算关系是：两个电阻并联式也可表示 为 1T=1000G；1G=1000M；1M=1000K；1K=1000 基本分类： 1、按阻值特性 固定电阻、可调电阻、特种电阻(敏感电阻) 等。 2、按制造材料 碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻，无感电阻，薄膜电阻等。 4.1.3 电容 基本介绍 电容 （Capacitance） 亦称作“电容量”， 是指在给定电位差下的电荷储藏量， 记为 C，国际单位是法拉（F）。电容的基本作用是充电和放电，但由这种基 本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得电容器有着种种不同的用 途。 吉林工程技术师范学院课程设计论文 11 常见作用分类 1、耦合电容：用在耦合电路中的电容称为耦合电容，在阻容耦合放大器和 其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路，起隔直流通交流作用。 2、滤波电容：用在滤波电路中的电容器称为滤波电容，在电源滤波和各种 滤波器电路中使用这种电容电路，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中 去除。 3、退耦电容，用在退耦电路中的电容器称为退耦电容，在多级放大器的直 流电压供给电路中使用这种电容电路，退耦电容消除每级放大器之间的有害 低频交连。 4、谐振电容：用在 LC 谐振电路中的电容器称为谐振电容，LC 并联和串联 谐振电路中都需这种电容电路。 5、旁路电容：用在旁路电路中的电容器称为旁路电容，电路中如果需要从 信号中去掉某一频段的信号，可以使用旁路电容电路，根据所去掉信号频率 不同，有全频域（所有交流信号）旁路电容电路和高频旁路电容电路。 4.1.4 电位器 基本介绍 吉林工程技术师范学院课程设计论文 12 电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电 位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端 即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也 可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器。 主要特点 电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系 统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系 统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动 触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这时电位器是一个四端 元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音响音量开关 和激光头功率大小调节电位器是一种可调的电子元件。广泛用于电子设备， 在音响和接收机中作音量控制用。 作用 1.用作分压器：电位器是一个连续可调的电阻器，当调节电位器的转柄或滑 柄时，动触点在电阻体上滑动。此时在电位器的输出端可获得与电位器外加 电压和可动臂转角或行程成一定关系的输出电压。 2.用作变阻器：电位器用作变阻器时，应把它接成两端器件，这样花电位器 的行程范围内，便可获得一个平滑连续变化的电阻值。 3.用作电流控制器：当电位器作为电流控制器使用时，其中一个选定的电流 输出端必须是滑动触点引出端。 4.1.5 扬声器 扬声器的工作原理是：永磁体通过轭铁在磁路的环形气隙中产生一个磁场， 和扬声器纸盆相连的音圈插入环形气隙中，永磁体被外部的轭铁所包围，从 而可以免遭外界杂散磁场的干扰，反过来也可以减小永磁体磁场对外界的影 吉林工程技术师范学院课程设计论文 13 响，当声音以电流的形式通过磁场时线圈便会因电流强弱的变化产生不同频 率的震动，进而带动纸盆发出不同频率和强弱的声音。 4.2 焊接工具焊接工具 20W 电烙铁一把万用电表一个 尖嘴钳一把螺丝刀一把焊锡丝 4.3 焊接方法及注意事项焊接方法及注意事项 4.34.3.1.1 焊接焊接方法方法 步骤一：准备施焊 左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊 渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡。 步骤二：加热焊件 烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为 12 秒 钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接 物。 步骤三：送入焊丝 焊件的焊接面被加热到一定温度时， 焊锡丝从烙铁对面接触焊件。 注意： 不要把焊锡丝送到烙铁头上！ 步骤四：移开焊丝 当焊丝熔化一定量后，立即向左上 45 度方向移开焊丝 步骤五：移开烙铁 焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上 45 度方向移开烙铁，结 束焊接。从第三步开始到第五步结束，时间大约也是 12s。 4.3.2 注意事项注意事项 保持烙铁头的清洁 靠增加接触面积来加快传热 吉林工程技术师范学院课程设计论文 14 加热要靠焊锡桥 (4)焊剂用量要适中的助焊剂对焊接非常有利 在焊锡凝固之前不能动 焊锡用量要适中 不要使用烙铁头作为运送焊锡的工具 4.4 电路板的调试电路板的调试 本功放板调试特别简单，电路板焊好电子元件后，要仔细检查电路板有 无焊错的地方，特别要注意有极性的电子零件，如电解电容，一旦焊反即有 烧毁元器件之险，要特别注意。接上电源，放大器的输出端先不接扬声器， 而是接万用电表，最好是数显的，万用表置于 DC*2V 档。功放板上电注意观 察万用电表的读数，在正常情况下，读数应在 30mV 以内，否则应立即断电 检查电路板。 若电表的读数在正常的范围内， 则表明该功放板功能基本正常， 最后接上喇叭，对着麦克说话，听是否实现扩音。 第五章第五章 总结总结 通过这次制作，是我深刻的认识到理论分析的重要性，也认识到了自己 在理论和模电方面的知识的欠缺，找到了自己努力的方向。也认识到了在一 个项目的进行过程中，进行细致的过程规划是十分重要的，同时在此过程中 也要保持一丝不苟的严谨态度，这样才会少走弯路，才会事半功倍。模电的 课程设计更是充分的发挥了我们的动手能力， 通过自己的思考， 自己的设计， 最后自己动手。这个过程充分检验了自己半年来的学习情况。课设期间有疑 惑，有汗水，有失败，更有最后的成功！ 前因为之什么都不懂，觉得电是一门遥远的抽象的科学，虽然每天都用 电，可是对电的感觉是神秘与敬畏，经过这次学习，我觉得学电很有趣，看 到具体实物，让我知道自己在学的是什么，让我有动力去学好它。 在课程设计的过程中使我认识到团队合作的重要性，一个组的同学只有 一起研究，一起思考，在集体中大家彼此信任，才能充分发挥每个人的才能， 才能做出成绩！ 吉林工程技术师范学院课程设计论文 15 第第六六章章