汽车电工电子基础课程设计--功率放大器设计.doc

吉林工程技术师范学院课程设计论文 汽车电工电子基础课程设计汽车电工电子基础课程设计 功率放大器设计 专 业 汽车电子 姓 名 于朕 班 级 Q1431 学 号 22 指导教师 王军 赵航 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 1 模拟电子课程设计的重要意义 1 1 2 音频放大器的设计要求 1 1 3 音频功率放大器功能简介 1 第二章第二章 系统方案认证系统方案认证 2 2 1 系统方案设计 2 2 2 方案认证 4 第三章第三章 元器件的简介元器件的简介 5 3 1 LM386 5 3 2 9013 晶体管 6 3 3 驻极话筒 7 3 4 三极管 7 3 5 扬声器 8 第四章第四章 音频功率放大器的工作原理音频功率放大器的工作原理 9 4 1 音频功率放大器的工作原理 9 4 2 共射极放大电路原理 10 4 3 LM386 电路原理 10 第五章第五章 硬件电路安装调试硬件电路安装调试 12 5 1 识别元器件 12 5 2 焊接技术 13 5 3 调试电路 14 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 11 1 模拟电子课程设计的重要意义模拟电子课程设计的重要意义 进入 21 世纪以后 各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要 的发展趋势 从作为通信工具的手机 到作为娱乐设备的 MP3 播放器 已经 成为差不多人人具备的便携式电子设备 陆续将要普及的还有便携式电视机 便携式 DVD 等 高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要 在大功 率的电子设备中也需要 因为 功率越大 效率也就越重要 而随着人们的 居住条件的改善 高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起 在 这些设备中 往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率 这时 低失真 高效 率的音频放大器就成为其中的关键部件 1 21 2 音频放大器的设计要求音频放大器的设计要求 要求学生能够设计音频功率放大电路 熟悉掌握 LM386 工作原理与功能 熟悉掌握元器件的选择 熟悉掌握电路板的焊接方法与技术 对于参数不合 理选择造成不合理应用 能够找出原理并且及时修正 要求我们能够设计功 率放大电路 掌握工作原理 包括参数的计算 元器件的选择 掌握 LM386 管脚的功能 以及对于参数不合理选择造成不合理应用 能够找出原理并且 及时修正 学生可以通过上网或书籍查找相关资料作为理论基础丰富理论知 识增强动手实践能力独立完成音频放大器的课程设计 1 31 3 音频功率放大器功能简介音频功率放大器功能简介 音频功率放大器是由芯片 LM386 组成功率放大器 由驻极话筒产生输入 信号 再由扬声器输出 吉林工程技术师范学院课程设计论文 2 第二章第二章 方案认证方案认证 2 12 1 系统方案设计系统方案设计 一 设计原理电路图 如图一 一 设计原理电路图 如图一 图一 音频功率放大器原理图 二 去耦电容以及在电路中的作用二 去耦电容以及在电路中的作用 如图一所示 C5 和 C6 为去耦电容 去耦是把输出信号的干扰作为滤除 对象 防止干扰信号返回电源 去耦电容就是起到电源的作用 满足驱动电 路电流的变化 避免相互间的耦合干扰 三 耦合电容以及在电路中的作用三 耦合电容以及在电路中的作用 如图一所示 C1 和 C2 为耦合电容 C1 为输入耦合电容 C2 为输出耦合 电容 在其电路中起到隔直流通交流的作用 四 旁路电容以及在电路中的作用四 旁路电容以及在电路中的作用 在图二中 第七脚接在音频功率放大器的旁路电容为 10uf 的正极 旁路 电容的负极接地 在音频功率放大器中 此旁路电容必不可少 因为 旁路 是把前缀或把电源携带的高频杂波或信号滤除 把输入信号的干扰作为滤除 对象 此旁路电容在音频功率放大器中起到滤除噪音的作用 吉林工程技术师范学院课程设计论文 3 图二 LM386 引脚图 注 9031 晶体管引脚图 如图二 参数 参数 结构 NPN 集电极 发射极电压 25V 集电极 基极电压 45V 发射极 基极电压 0 7V 集电极电流 Ic Max 0 5A 耗散功率 0 625W 工作温度 55 150 特征频率 150MHz 放大倍数 D64 91 E78 122 F96 135 G122 166 H144 220 I190 300 主要用途 放大电路 五 简单参数的计算五 简单参数的计算 估算静态工作点 由图三可知 Vbq Rp2 R2 Rp2 Vcc Ic Ie Vbq Vbeq R6 因为 Ic Ib 所以 Ib Ic 图三 基极分压式射极偏置电路 吉林工程技术师范学院课程设计论文 4 Vce Vcc R3 Ic R6 Ie Vcc R3 R6 Ie 2 22 2 方案认证方案认证 用自己设计的电路图与老师给出的电路图进行认证 发现错误及时改正 并继续查找资料 进一步了解其原理 吉林工程技术师范学院课程设计论文 5 第三章第三章 元器件的简介元器件的简介 3 13 1 LM386LM386 一一 L LM M3 38 86 6 简简介介 LM386 是一种音频集成功放 具有自身功耗低 更新内链增益可调整 电源电压范围大 外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器 广泛 应用于录音机和收音机之中 LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器 主要用于低电压消费 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 LM386 的引脚图 二 二 LM386LM386 原理图 如图四 原理图 如图四 吉林工程技术师范学院课程设计论文 6 图四 LM386 原理图 3 23 2 90139013 晶体管晶体管 一一 9 90 01 13 3 晶晶体体管管简简介介 9013 是一种 NPN 型硅小功率的三极管 它是非常常见的晶体三级管 在收音机以及各种放大电路中经常看到它 应用范围很广 它是NPN 型 小功率三极管 也可用作开关三极管 注意 9013 功率小于 9014 相互 替代时应考虑电流大小 二 晶体管实体图 如图五 二 晶体管实体图 如图五 1 发射极 2 基极 3 集电极 图五 晶体管实体图 吉林工程技术师范学院课程设计论文 7 3 33 3 驻极话筒驻极话筒 一一 驻驻极极话话筒筒简简介介 驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成 声电转换的关键元件 是驻极体振动膜 它是一片极薄的塑料膜片 在其中一面蒸发上一层纯金 薄膜 然后再经过高压电场驻极后 两面分别驻有异性电荷 膜片的蒸金 面向外 与金属外壳相连通 膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬 圈隔离开 它的 输出线便有三根 即源极 S 一般用蓝色塑线 漏极 D 一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线 二二 驻驻极极话话筒筒图图 图六 驻极话筒实体图 图七 驻极话筒内部结构图 3 43 4 三极管三极管 半导体三极管又称 晶体三极管 或 晶体管 在半导体锗或硅的单晶 上制备两个能相互影响的 PN 结 组成一个 PNP 或 NPN 结构 中间的 N 区 或 P 区 叫基区 两边的区域叫发射区和集电区 这三部分各有一条电极 吉林工程技术师范学院课程设计论文 8 引线 分别叫基极 B 发射极 E 和集电极 C 是能起放大 振荡或开关等作用 的半导体电子器件 三极管是一种控制元件 三极管的作用非常的大 可以说没有三极管的 发明就没有现代信息社会的如此多样化 电子管是他的前身 但是电子管体 积大耗电量巨大 现在已经被淘汰 三极管主要用来控制电流的大小 此外 三极管还有稳压作用 图八 三极管 3 53 5 扬声器扬声器 扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件 而对于音响效果而言 它又 是一个最重要的部件 扬声器的种类繁多 而且价格相差很大 音频电能通 过电磁 压电或静电效应 使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振 共鸣 而发出声音 按换能机理和结构分动圈式 电动式 电容式 静电 式 压电式 晶体或陶瓷 电磁式 压簧式 电离子式和气动式扬声器等 电动式扬声器具有电声性能好 结构牢固 成本低等优点 应用广泛 按声 辐射材料分纸盆式 号筒式 膜片式扬声器 按纸盆形状分圆形 椭圆形 双纸盆和橡皮折环 按工作频率分低音 中音 高音 有的还分成录音机专 用 电视机专用 普通和高保真扬声器等 按音圈阻抗分低阻抗和高阻抗 按效果分直辐和环境声等 吉林工程技术师范学院课程设计论文 9 第四章第四章 音频功率放大器的工作原理音频功率放大器的工作原理 4 14 1 音频功率放大器的工作原理音频功率放大器的工作原理 音频功率放大电路就是一个把微弱的声音变大的放大电路 声音先经过 话筒变成微弱的电信号 经过放大器利用 BJT 的控制作用 把电源供给的能 量转换为较强的电信号 然后经过扬声器还原成为放大了的声音 音频功率放大电路由共射极放大电路和 LM386 组成的电路 共射极放大电路是利用 BJT 的基极对集电极的控制作用来实现的 即在 输入端加一个能量较小的信号 通过 BJT 的基极电流去控制流过集电极电路 的电流 从而将直流电源 VCC的能量转换为所需要的形式供给负载 在功率放大器的组成中射频功率放大器是各种无线发射极的重要组成部 分 在发射的前级电路中 调制振荡电路所产生的射频信号功率很小 需要 经过一系列的放大一缓冲级 中间放大级 末级功率放大级 获得足够的射 频功率以后 才能反馈送到天线上辐射出去 为了获得足够大的射频输出功 率 必须采用射频功率放大器 射频功率放大器是发送设备的重要组成部分 射频功率放大器的主要技 术指标是输出功率与效率 除此之外 输出中的谐波分量还应该尽可能地小 以避免对其他频道产生干扰 在模拟电子线路中 电信号经过放大后 往往要去推动执行机构完成人 们所预期的功能 例如推动喇叭发声 推动继电器实现控制等 执行机构要 正常工作都需要从电路中获取较大的电能 因此 放大电路的末级均由功率 放大器组成 功放 功率放大器 的原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管 的电压控制作用将电源的功率转化为按照输入信号变化的电流 因此声音是 不同振幅和不同频率的波 即交流信号电流 三极管的集电极电流永远是基 极电流的 倍 是三极管的交流放大倍数 应用这一点 若将小信号注入 吉林工程技术师范学院课程设计论文 10 基极 则集电极流过的电流等于基极电流的 倍 然后将这个信号用隔直电 容隔离出来 就得到了电流 会电压 是原先的 倍的大信号 这现象成为 三极管的放大作用 经过不断的及电压放大 就完成了功率放大 而场效应 管则是用栅极电压来控制源极与漏极的电流 其控制作用用跨导表示 即栅 极变化一毫伏 源极电流变化一安 就称跨导为 1 功率放大器就是利用这 些作用来实现小信号控制大信号 从而使多级放大器实现了大功率的输出 并非真的将功率放大了 4 24 2 共射极放大电路原理共射极放大电路原理 1 静态 Ibq Vbb Vbeq Rb Ic Ib Vceq Vcc IcRc 2 动态 输入正弦信号 Vs 后 电路将处在动态工作情况 此时 BJT 各级电流及电压 都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化 基极 发射极间的电压 Vbe Vbeq vbe vbe 是 Vs 在发射结上产生的交流电压 Vbs 随 Vs 的变化必然 导致 Ib Ic 的变化 变化波形图如图九 4 34 3 LM386LM386 电路原理电路原理 LM386 电路原理 LM386 是一种音频集成功率放大器 具有自身功耗低 电压增益可调整 电源电压范围大 外接元件少和总谐波失真小等优点 LM386 内部电路 如图十 吉林工程技术师范学院课程设计论文 11 图十 LM386 内部原理图 如图所示 它是一个三级放大电路 第一级 为差分放大电路 T1和 T3 T2和 T4分别构成复合管 作为差分放大 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 单端输出差分电路 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 第二级 为共射放大电路 T7为放大管 恒流源做有缘负载 以增大放大倍 数 第三级 T8和 T9管复合成 PNP 型管 与 PNP 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压 可以消除交越失真 吉林工程技术师范学院课程设计论文 12 第五章第五章 硬件电路安装调试硬件电路安装调试 5 15 1 识别元器件识别元器件 一 色环的认识一 色环的认识 从材料袋中取出一黄电阻 注意别的东西不要丢失 封好塑料袋的封口 对照幻灯片观察 看它有几条色环 黄电阻有 4 条色环 其中有一条色环与 别的色环间相距较大 且色环较粗 读数时应将其放在右边 每条色环表示的意义 见表一 色环表格左边第一条色环表示第一位 数字 第 2 个色环表示第 2 个数字 第 3 个色环表示乘数 第 4 个色环也就 是离开较远并且较粗的色环 表示误差 由此可知 图 25 中的色环为红 紫 绿 棕 阻值为 27 105 2 7M 其误差为 0 5 从上可知 金色和银色只能是乘数和允许误差 一定放在右边 表示允 许误差的色环比别的色环稍宽 离别的色环稍远 本次课程设计使用的电阻大多数允许误差是 1 的 用棕色色环表示 因此棕色一般都在最右边 表一 条色环表示的意义 二 电容的识别与选择二 电容的识别与选择 注意观察在电解电容侧面有 是负极 如果电解电容上没有标明 正负极 也可以根据它引脚的长短来判断 长脚为正极 短脚为负极如果 吉林工程技术师范学院课程设计论文 13 已经把引脚剪短 并且电容上没有标明正负极 那么可以用万用表来判断 判断的方法是正接时漏电流小 阻值大 反接时漏电流大 如图十一 图十一 电容的识别 5 25 2 焊接技术焊接技术 一 焊锡前的准备工作一 焊锡前的准备工作 1 焊接前一定要注意 烙铁的插头必须插在右手的插座上 不能插在靠左手 的插座上 如果是左撇子就插在左手 烙铁通电前应将烙铁的电线拉直并检 查电线的绝缘层是否有损坏 不能使电线缠在手上 通电后应将电烙铁插在 烙铁架中 并检查烙铁头是否会碰到电线 书包或其他易燃物品 烙铁加热 过程中及加热后都不能用手触摸烙铁的发热金属部分 以免烫伤或触电 烙铁架上的海棉要事先加水 2 烙铁头的保护 3 烙铁头上多余锡的处理 4 在练习板上焊接 二二 焊点的正确形状焊点的正确形状 焊点的正确形状 如图十二 焊点 a 一般焊接比较牢固 焊点 b 为理想 状态 一般不易焊出这样的形状 焊点 c 焊锡较多 当焊盘较小时 可能会 出现这种情况 但是往往有虚焊的可能 焊点 d 焊点 d e 焊锡太少 焊点 f 提烙铁时方向不合适 造成焊点形状不规则 焊点 g 烙铁温度不够 焊点 呈碎渣状 这种情况多数为虚焊 焊点 h 焊盘与焊点之间有缝隙为虚焊或接 触不良 焊点 I 引脚放置歪斜 一般形状不正确的焊点 元件多数没有焊接 牢固 一般为虚焊点 应重焊 吉林工程技术师范学院课程设计论文 14 图十二 焊点的正确形状 焊点的正确形状俯视 焊点