OTL扩音机 课程设计

河南理工大学河南理工大学河南理工大学 电子技术课程设计报告电子技术课程设计报告 OTL 扩音机扩音机 姓 名 黄 夏 学 号 310802020113 专业班级 工业工程 08 2 指导老师 唐恒娟 谢东垒 所在学院 能源科学与工程学院 2010 年 7 月 7 日 河南理工大学本科课程设计报告 1 目录目录 1 概述概述 2 1 1 引言 2 1 2 设计目的及要 2 1 3 设计内容 2 2 OTL 扩音机电路系统总体方案扩音机电路系统总体方案 3 2 1OTL 扩音机电路的组成 3 2 2OTL 扩音机电路基本逻辑框图 3 3 各部分功能模块设计各部分功能模块设计 4 3 1 功率放大级电路 5 3 2 音调控制级电路 5 3 3 前置放大级电路 8 4 实验元器件实验元器件 10 4 1 基本元器件 10 5 课程设计体会课程设计体会 11 参考文献参考文献 11 附附 系统原理总图系统原理总图 河南理工大学本科课程设计报告 2 1 概述概述 1 1 引言 扩音机不仅仅是音响设备 还广泛用于控制系统和测量系统中 本设计将介绍一种具 有收音 拾音 话筒等输入的功率扩音机的设计 通过此次设计训练 需要对音响电路的 前置级 音调级以及功放级的设计和主要性能参数的测试有一个全面深入的了解 并能初 步掌握小型电子电路的装调技术 1 2 设计目的及要求 1 2 1 掌握基本的电路焊接技术 1 2 2 了解音响电路的前置级 音调级以及功放级的设计 1 2 3 学会使用测量仪器对电路进行分析 1 3 设计内容 设计一个具有收音 拾音 话筒功能的电路 其具体功能如下 1 3 1 音调控制范围 低音 100Hz12dB 高音 10KHz12dB 1 3 2 至少有五位电平显示 1 3 3 失真度 1 河南理工大学本科课程设计报告 3 2 OTL 扩音机电路总体系统总体方案扩音机电路总体系统总体方案 2 1 OTL 扩音机电路组成 扩音机由三级电路组成 如图 2 1 所示 前置放大级 可兼作频率均衡级 音调控制级 作高低音调调节用 功率输出 2 输出足够功率以推动负载工作 2 2 OTL 扩音机电路基本逻辑框图 拾音输入 收音输入 前置级 话筒输入 音调级功放级 河南理工大学本科课程设计报告 4 3 各部分功能模块设计各部分功能模块设计 3 1 功率放大级电路 图 3 1 电路中的功放级是用分立元件高何曾的准互补推挽式 OTL 电路 R4 100 R7 100 R8 51k R9 51k R10 51k R11 18k R12 10k R13 10k R15 10k R16 10k R17 100k C7 10mF C8 10mF C9 330pF C10 10uF C11 33uF C12 100nF 01 C13 22nF C14 100F C15 1uF 3 R18 100k R19 1 2k R20 22k R21 33k R22 3 3k 0 5 6 7 8 4 9 0 2 0 13 0 0 50 11 18 50 20 19 21 24 470k Key A 50 26 23 22 25 16 图 3 1 电路中 T5和 T7组合 NPN 复合管 由单电源 VCC供电 输出通过耦合电容 C5接到负载 C5起一个 0 5VCC电源的作用 T4和 R9 R10组成恒压偏置电路 为末级提供一定的直流偏 置以消除交越失真 R13和 R15为泄放电阻 R14为平衡电阻 推动级是由 T1 T2组成的共发射极组态差分放大器 R8引入直流负反馈 以稳定输出端 A 点的直流电压 R8 R7 C3引入交流负反馈 以改善整个电路的性能 同时也决定了整 个电路的电压增益 C 为密勒电容补偿 以消除高频自激 若已知负载 RL 输出功率 P0 3dB 带宽为 fL fH 则分立元件功放电路设计如下 1 确定电源电压 VCC 因为负载上电压的最大值为 则应有 VCC2VLM 考虑到 T7和 T8上的 10LM R2PV 河南理工大学本科课程设计报告 5 管压降及其射级电阻 R6 R17上的压降 VCC可取大些 2 准互补推挽电路的计算 负载电流最大值为 ILM VLM RL 推挽管的平均电流 IC 0 319ILM 根据 3 8 节的原理 可 确定功放管 射极电阻 R16 R17一般取 0 05 0 1 RL 输出耦合电容 C5应满足 f1的要求 即应有 C51 2 1 RfL R13和 R15为泄放电阻 一般取 R13 R15 5 10 R17 R14为平衡电阻 使 R15 R16 因此有 R14 R13 R17 因 ICM5 ILM6 1 1 1 5 ILM h7 故 T5和 T6的输出功率为 P056 0 5VLMICM5 据此选择激励级 T5 T6的功率晶体管 3 推动级 由激励级可导出推动级 ICQ3的大小 R11 R12 为 T3集电极的直流负载 因而有 R11 R12 0 5VCC ICQ3 C4为自举电容 取 30 F50 F 4 输入级 输入级由 T1 T2差分放大电路组成 电路设计可参考基本放大器级差分放大器设计的有 关章节 整个功放电路中的交流反馈为电压串联负反馈 反馈系数为 F R7 R7 R8 设该电路采用深度负反馈 则闭环电压增益 Auf 787 RR R F 1 2 1 音调控制级电路 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 控制曲线如图 3 2 所示 图中 f0 1KHz 是中音频率要求增益 A0 0Db f1是低音转折频率 一般为几十 HZ f2 10f1 是中音频转折频率 f3是中音频转折频率 f4 10f3是高音转折频率 一般为几十 KHz 可见 音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减 中音频增益保持不变 所以音调控制级的电路由低通滤波器和高通滤波器共同组成 常见电路有专用集成电路 如五段音频均衡器 LA3600 外接发光二极管频段显示器后 可以看到各个频段的增益提 升与衰减变化 在高中档收录机 汽车音响等设备中应用广泛 也有用运算放大器构成的 音调控制电路 这种电路调节方便 元器件较少 在一般收录机 音响放大器中应用较多 在图 所示电路中 设电容 C7 C8 C9 在中低音频区 C9可视为开路 在中高音频区 C7 C8可视为短路 河南理工大学本科课程设计报告 6 V RW1 C7C8 R9 R10 C9 R11 RW2 R12 R13 2 3 6 0 vi R8 图 3 2 1 低频区工作情况 当 f f0时 音调控制级的低音等效电路如图 3 3 所示 其中图 a 所示为电位器 RW1 滑臂在最左端 对应于低频提升最大的情况 其传输函数的表达式为 1 2 8 110 1 0 1 1 A wjw wjw R RR v v jw W 式中 或 1 181W RCw 811 2 1CRf W 或 81011012 CRRRRw Ww 81011012 2 CRRRRf WW R10 R9 C7 R W1 R8 vi v0 R8 C8 R W1 R9 R 10vi a b 图 3 3 当频率较低 时 电容 C8近似为开路 此时的增益为 1 ff A0 R10 R8 因为低频提升曲线在的频率范围内 随着频率的增加 Av以 6Db 倍频降低 假设 21 ff 要求中频增益 A0 1 0Db 在 100Hz 处有12dB 的调节范围 可求得 zfH400 2 L W A R RR f f 10 101 2 2 河南理工大学本科课程设计报告 7 低频最大提升量一般取为 10 倍 因而得 L A HzAff L 40 21 R8 R10 RW通常取几 K 几百 K 阻值过大 运放飘逸电流的影响将不可忽视 阻 值太小 流过它们的电流将超出运放的输出能力 图 b 为电位器 RW1滑臂在最有端 对应于低频衰减最大的情况 其转折频率与低频 提升时相同 最大衰减倍数为 1 10 即 20dB 2 高频区工作情况 当时 音调控制级的高频等效电路如图 3 4 所示 此时电容 C7和 C8可看作短 0 ff 路 RW1因此也被短路 R8 R9 R10为星型连接 将其转换成三角形连接后的电路如图 3 5 所示 vi R8R10 R9 C9 R11 R W2 v0 图3 4 音调控制级高频时简化电路 vi RaRb C9 R11 R W2 v0 Rc 图3 5 音调控制级高频等效电路 图 3 5 中各电阻的关系式为 Ra R8 R9 R8R9 R10 Rb R9 R10 R9R10 R8 Rc R8 R10 R8R10 R10 若取 R8 R9 R10 则 Ra Rb Rb 3R8 因为 Rc跨接在电路的输入端和输出端之间 对控制电路无影响 故可将它略去 河南理工大学本科课程设计报告 8 当 RW2滑臂处于最左端时高频提升最大 等效电路如图 3 6 所示 其增益函数为 4 3 1 0 1 1 A wjw wjw R R v v a b 式中 或 1 1193 RRCw a 2 1 9113 CRRf a 或 1 1194 RCw 2 1 9114 CRf 当时 C9视为开路 此时电压增益为 7 ff 1 RA0 ab R 当时 C9可视为短路 此时增益为 4 ff 11 RRRA abH 当 RW2电位器滑臂滑向最右端 电路为高频衰减 等效电路如图 所示 与高频提 升电路相比较 由于 Ra Rb 其他元件值相同 所以高频衰减的转折频率与高频提升的转 折频率相同 而高频最大衰减为 1 10 即 20dB vi C9 R11 Ra Rb vo vi Ra C 9 R11 Rb vo 图3 6 高频提升与衰减等效电路 a b 3 3 前置放大级电路 前置放大级需要有足够的放大倍数 还要求对不同的输入信号由不同的灵敏度 1 拾音 拾音通常是指电唱机放唱片时 由电唱机中拾音器所输出的信号 录制在唱片上的 音乐信号 由于技术和工艺上的原因 往往进行了一些预失真处理 一般是对信号中的低 频部分做了一定的衰减 而对高频部分则作了一定的提升 因此将唱片重新放松出来时 就要对这种预失真进行相应的补偿 才能恢复音乐信号的原来面目 由于目前唱片的转速 有四种 即 78 45 33和 16转 min 而电唱机中所使用拾音器又有电磁型和晶体型等 3 1 3 2 几种 因此所要求的补偿是不一致的 2 话筒和收音 话筒是指直接由话筒将声音信号转换成后输出地信号 收音是指收音机中检波后输出地 电信号 对于这些信号 扩音机通常应当具有比较平坦的频率特性 以便高保真地放大 河南理工大学本科课程设计报告 9 a 话筒输入 S 与 1 相连 当开关置 1 时即为话筒输入 该前置级为一个同相放大 器 根据灵敏度的要求 可确定其放大倍数 A R18 R19 R19 R18 R17 R19 R18 A 1 隔直阻容 C11的容抗在下限频率上仍应远小于电阻 R19 b 收音输入 S 与 2 相连 分析方法与话筒输入相同 根据输入灵敏度的要求 确 定 R20 R19 在话筒和收音输入的情况下 因为反馈网络为纯电阻性 若运放为理想元件 则放大 器具有平坦的频率特性 c 拾音输入 S 与 3 相连 若拾音输入时 它的三个转折频率分别为 Hzf51 1 要实现这个具有两个极点和一个零点的特性 可Hzf510 2 Hzf2120 3 以在运放的反馈电路中接入 C12 R21 C13 R22四个元件 增益函数为 1 1 1 R RR 1A 31 2 19 2221 wjwwjw wjw 式中 1 21121 RCw 1 222113122 RRCCw 1 22133 RCw 考虑到即 为此 令 则的 13 ww 21122213 RCRC 1213 CC 2122 RR 2 w 表达式可简化为 2212 2 1 RC w 中频 时的增益为 32 www 19 22 2 1 19 2221 0 1 R RR 1A R R w w 前置级的输出由电位器取出信号送入音调级 该电位器起到调节整个扩音机音量的作 用 4实验元器件实验元器件 4 1 基本元器件 河南理工大学本科课程设计报告 10 普通电阻 31 只 3 只 3DG6D 型 1 只 3DG5D 型小功率三级管 3DG12 3DG14 中功率三极管各 1 只 3DG15C 大功率三极管 2 只 F007 型推挽管 2 只 电容若干 滑动变阻器 4 只 5 课程设计体会课程设计体会 河南理工大学本科课程设计报告 11 两个星期很快就过去了 电工电子课程设计作为这个学期的压轴戏即 将结束 虽然只有短短的十来天 我们还是从中学到了许多东西 概而言 之 主要可以归纳为以下几点 第一 加深了对课本知识的理解 刚一拿到设计的题目 我感觉一片茫 然 左思右虑不得其方案 无奈之下便只有重拾课本 对知识系统而全面进 行了梳理 遇到难处先是苦思冥想再向同学请教 终于熟练掌握了基本理论 知识 而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识 学会了如何思考的 思维方式 找到了设计的灵感 第二 激发了学习的积极性 我以前上理论课时 总是不太重视 以为 这些书本上的东西离现实太远了 其实 这些知识正是我们在日常生活中经 常用到的 电子技术的知识无处不在 通过这次课程设计 我真正认识到了 学好专业知识的重要 相信以后会在这方面我会更加重视的 第三 实验方案不拘一格 在正式进行设计之前 我也参考了一些资料 上的方案 通过对这些设计方案的透彻理解后 终于有了自己的思路 其实 很多部分的电路都可以灵活地进行设计 方案有很多可供选择 比如说 这 次设计的三个项目都要做的直流稳压电源 整流部分可以采用倍压整流 也 可用单相桥式整流 稳压时可用三端集成稳压管 78 系列 也可以更简单的 采用稳压二极管 最后 也是很重要的一点 就是要理论联系实际 任何理论 只要脱离 了现实 都是空洞无说服力的 实现一个设计目的往往有多种方案 要从环 境和条件 工艺和成本 稳定性和可靠性 操作的便利性和响应的快速性等 方面全面比较 综合考虑 从中优选出最佳方案 电路基本原理图绘制好后 对于元件的选