音频小信号前置放大电路设计

音频小信号前置放大电路 湖南人文科技学院 课程设计报告 课程名称: 电子技术课程设计 设计题目: 音频小信号前置放大电路设计 系 别: 通信与控制工程系 专 业: 自动化 班 级: 三班 学生姓名: 刘重林 熊荣湘 刘文德 学 号: 09421303 09421328 09421321 起止日期: 2011年6月13日~ 2011年6月15日 指导教师: 李朝鹏老师 教研室主任: 方智文 1 指导教师: 指导教师签名: 年 月 日 成绩 项 目 权重 成刘重林 刘文德 熊荣湘 绩1、设计过程中出勤、学习态度等方0.2 评面 定 2、课程设计质量与答辩 0.5 3、设计报告书写及图纸程度 0.3 总 成 绩 教研室审核意见: 教研室主任签字: 年 月 日 教学系审核意见: 主任签字: 年 月 日 2 摘要 本次的电子技术课程设计题目是音频小信号前置放大电路，它在生活中的应用很多，凡电子产品中要发声的都用到了音频功率放大电路，比如手机，MP4，播放器等，给我们的生活和学习工作都带来了无法替代的方便。 本设计主要利用了A386集成芯片对其进行放大输出，以达到放大倍数Av在1000以上，通频带在20Hz-20KHz，输入电阻在1M欧姆以上、输出电阻为600欧姆的设计要求。 关键字:音频;小信号;放大电路。 3 目录 总体设计步骤 ....................................................................................................................... 5 一、论证与对比 ............................................................................................................ 6 (1第一种设计方案 .................................................................................................... 6 1 1(1.1前置放大器的设计 ...................................................................................... 6 1.1.2功率放大器的设计 .......................................................................................................... 6 1.2第二种方法 .............................................................................................................. 7 1.2.1前端放大器的设置 ......................................................................................... 7 1.2.2功率放大器的设计 ......................................................................................... 8 1.2.3实验用电路图 ................................................................................................. 9 1.3、设计方案的选择 .................................................................................................... 9 1.3.1第一种方案的评述 ......................................................................................... 9 1.3.2第二种方案的评析 ......................................................................................... 9 1.3.3方案的最终确定 ........................................................................................... 10 二、音频小信号前置放大电路的设计要求与原理 ........................................................... 10 2.1音频小信号前置放大电路的设计 .......................................................................... 10 2.1.1设计任务和要求 ........................................................................................... 10 2.1.2 音频放大电路的基本原理 ........................................................................... 10 三、实验电路功能的测试 .................................................................................................. 11 四、详细仪元器件清单 ...................................................................................................... 11 4.1电路图汇总 ............................................................................................................ 11 4.2实验仪器清单 ......................................................................................................... 12 4.3实验元器件清单如下表 ......................................................................................... 12 五、设计总结与思考及致谢 .............................................................................................. 13 参考文献 ............................................................................................................................. 14 附录一、放大电路 ............................................................................................................. 15 附录二、pcb板图 ............................................................................................................... 16 4 总体设计步骤 开始 研究探索设计任务及要求音频小信号前置放大电路原理分析 确定总体设计思路 原理图仿真 调试电路以达到设计要求 完成 图1为总体设计步骤图 5 一、方案论证与对比 1(1第一种设计方案 1(1.1前置放大器的设计 由于话筒提供的信号非常弱，要在音频控制级前加一个前置放大器。考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器LF353。 前置放大电路是由LF353放大器组成的一级放大电路，放大倍数为5，即R=40K，2 VVR=10K,所有电源=+12V，=-12V。如下图2所示 cccc1 R1RES2R240K Res210KVCC LF353B8675VCC 4 VCC 图2前置放大电路图 Ui,U,,5A经过前级运放的放大，由，可以得到，于是我们就得到下一级功率ivUio U放大电路的输入电压，即为。 io 1.1.2功率放大器的设计 由于实验室实验仪器的限制及要求，我们的第一种方案选用了A386型单片集成功率放大电路，主要特点是:上升随率高、瞬态互调失真小;输出功率比较大;外围电路简单，使用方便;体积小;内含各种保护电路，工作安全可靠。 我们选择的功率放大电路的增益为200，即把A386的运算放大调节电路两端短路。 AUU由=,=200。 voi 进而得到电压和功率都增大到1000倍。然后接上负载，可以听到响亮的蜂鸣声，实验成功。如图下3。 6 VCCC4Cap0.1uf U?6VSGND2C1537BYPCap Semi1GAIN220uf48GNDGAINLM386N-1 C2Cap Semic30.1ufRLCap Semi10ufR34.7K GNDGND 图3功率放大电路图 CR其中C=220uf，C=0.1uf，=10uf，C=0.1uf，=4.7K，R=8欧姆。 332411AUU=,实验用电路图如图下4。 voi VCCC4Cap0.1uf VCCU?6VSGNDU?B28C1LF353D65737BYPCap Semi51GAIN220uf48GNDGAINLM386N-14VCCC2Cap Semic30.1ufRLCap Semi10ufR2R3Res210K4.7K R1RES2GNDGND40K GND 图4总的设计实验电路图 CRCCCR其中=220uf,=0.1uf,=10uf,=0.1uf, =4.7K,=8欧姆。 3324111.2第二种方法 1.2.1前端放大器的设置 在前端放大器设计中方案与设计一相同，既由LF353放大器组成的一级放大电路如 RRRR图下5，不过将放大倍数设置为40，及1+/=40，取=390k，=10k，所用电源2211VV=+12v,=-12v。 cccc 7 R1RES2R240K Res210KVCC LF353B8675VCC 4 VCC 图5前置放大电路图 ,A,U,U,40经过前级运算电路的放大，由，可以得到Ui等于原来的40倍。viio 于是我们得到了下一级功率放大电路的输入电压。 1.2.2功率放大器的设计 这一部分的功率放大电路，选用了分立元器件组成的功率放大器，其机构就是集成功率放大器的内部机构，其特点就是对于电路机构了解的清晰明了，更好的掌握电路。缺点就是复杂，很难理解，使用起了非常不方便，而且容易损坏器件。 T由前级放大得到的电路得到的输入电压Ui，然后功率放大器，其中的有对信号的1 2UTR电压进行放大，选择3DG6三极管，它的放大倍数10到30，可以得到电压,由/UoO11得到功率符合设计所需要求。 用得到的功率连接负载进行驱动，听到响亮的蜂鸣声，设计成功。如图下6。 VCCR3Res21KT22N3904D1Diode BAT18R4c2Res2Cap Semi1K100pFD2Diode BAT18R5RLRes21KGNDSpeakerT32N3906 c1T1 GND R6 GND 图6功率放大电路图 8 1.2.3实验用电路图 VCCR3Res21KT22N3904D1Diode BAT18R4c2Res2Cap Semi1K100pFD2Diode BAT18R5RLRes21K GNDSpeakerT32N3906 VCC A82c1T113GND4VCC R6R1 GNDR2 图7总设计电路图 1.3、设计方案的选择 1.3.1第一种方案的评述 通过对两种方案的比较我们可以看出，第一种方案无疑是比较好的方案，我们可以从这几个方面来作为依据选择第一种方案。 按照第一种方案我们可以达到课程设计所要达到的要求，结果比较准确，手外接干扰比较小，而且第一种方案的实现非常的简单，电路容易理解，实验容易理解，实验容易进行，能够尽少的减小实验的成本，而却这种方案的主要器件有自我保护的措施，能够更好保护实验器件，减少不必要的损失。 1.3.2第二种方案的评析 第二种方案在某些情况下也可以达到实验要求，但是有其不可避免的缺点以及不合 T理性，下面对其作出评析:(1)对于三极管来说，它的放大倍数是不确定的，这就导1 致了输出功率的不确定，直接导致了第二种方案有可能不能够满足课程设计的要求。 从第二种方案的设计我们可以得到:有前级放大得到的电路得到了输入电压U=400mv，让后输入功率放大器，其中T1有对信号的电压进行放大，T1有是3DG6i U三极管，它的放大倍数为10倍到30倍，可以得到电压:4v到12v的要求。 o P 功率的范围是2w到18w。 o 9 2U1cc最大不失真的功率: P,,omax2Rl 通过国第二种方案得到的电路图的分析我们可以看出，第二种方案的电路图比较复杂，连接比较困难，理解也是比较困难的，所以这种方案在最终确定的时候是要被舍弃的。 1.3.3方案的最终确定 2U1cc最大不失真输出的功率: P,,omax2Rl P,0.2P每支晶体管的最大允许管耗 cmom Ucc 最大集电极电流I, cmRl 反向击穿电压 U,2Uecocc 通过对第一种方案的分析可以看出它的设计是符合以上功率放大电路是的各种要求的。再结合以上的各种评论，我们有充足的理由选择第一种方案。 二、音频小信号前置放大电路的设计要求与原理 2.1音频小信号前置放大电路的设计 作为模拟电子课程设计，本课题提出的音频小信号前置放大器性能指标比较低，主要采用理论课程介绍的运算放大集成电路和功率放大集成电路来构成音频小信号前置放大器。 2.1.1设计任务和要求 采用运算放大集成电路和功率放大集成电路设计音频小信号前置放大器，其要求如下: A(1)放大倍数?1000; V (2)通频带20Hz-20KHz; ,RR(3)放大电路的输入电阻1M;输出电阻,600欧姆 ; o1 2.1.2 音频放大电路的基本原理 音频放大电路实际上就是比较小的音频信号进行放大，使其电压、功率增大，然后输出，其原理如图8所示，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同相放大电路 10 对输入的音频小信号的电压的放大，得到后一级所需要的输入。后一级主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到所需要的音频。设计时首先根据技术指标要求，对整机电路进行适当安排，确保各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。 总体设计思路框图如下图8: 音频功率信号音频放大音频小信号前级电路 图8设计思路框图 音频放大器各级增益的分配，前级电路电压放大倍数为5;音频功放的电压放大倍数为200,。 三、实验电路功能的测试 通过对实验电路各元器件的的检测，根据相关要求操作达到了预期的实验效果，满 。 足设计要求，实验结果是听到了响亮的蜂鸣声 本次设计测试用双踪示波器接输出，通过出入一小信号在示波器上的输出响应得到相应的参数值在对比输入值，从而得到所需测量的参数要求合格否。 四、详细仪元器件清单 4.1电路图汇总 RR前级功放的元器件:集成运算放大器LF353，=40k，=10K如图下9、图10。 21 R1RES2R240KRes210KVCC LF353B8675VCC 4 VCC 图9前置放大电路 11 VCCC4Cap0.1uf VCCU?6VSGNDU?B28C1LF353D65737BYPCap Semi51GAIN220uf48GNDGAINLM386N-14VCCC2Cap Semic30.1ufRLCap Semi10ufR2R3Res210K4.7K R1RES2GNDGND40K GND 图10总设计实验电路图 CCR其中=220uf,C=0.1uf,=10uf,C=0.1uf,=4.7K,R=8欧姆。 133241 4.2实验仪器清单 函数型号发生器，万用表，双踪示波器。 4.3实验元器件清单如下表 表格 1 原器件清单 符号 型号 参数 数量 备注 电解电容 220uf 1 C 1 电解电容 0.22uf 1 C 2 电解电容 10uf 1 C 3 电解电容 。0.22uf 1 C 4 电阻 40k 1 R 1 电阻 10k 1 R 2 电阻 4.7k 1 R 3 LF353 1 Lm386 1 12 五、设计总结与思考及致谢 历时一周的课程设计结束了，这给我们带来了不可磨灭的深刻印象，有其是对于未知的探索，对错误的寻找，这个过程是充满乐趣和成就感的，在连接电路的过程中，遇到了不少问题，包括原理的理解，实验电路的设计，以及在电路连接过程中不可避免的设计思想相违背，不能出现实验结果的情况，经过对问题的分析及对线路，对实验器材的进一步调试，才一步步的解决问题，并最终得出实验结果。 在这一周的课程设计中，我的收获是巨大的，首先，在专业知识的理解与掌握上更进了一步，通过对所不理解的专业知识的查找，并最终将其理解掌握，而且融入到设计理念中，这是一个不断成长和成熟的过程。 第二，我学会了怎么去做一个设计者，再设计的过程中，我们必须不断提高，必须通过不间断的学习来解决一个又一个难题，更重要的是遇到难题时我们 应该抱有一个平淡的信念，以一个寻求大案的，渴望的思想去找到解决问题的方法，最终将问题解决。 第三，我明白了怎么去做一个合作者。在一个设计中，一个人的力量是渺小的，只有在小组成员的共同努力下，才能更好的完成任务，达到设计要求，对待不懂的问题要及时询问，竭尽全力得到自己想要的知识。 第四，我明白了基本的理论知识和实践设计的差别，好多理论上可以执行的东西有时候是调试不出来的，这时候就要去自己寻找错误，有时候是电路连接，有时候是实验设备的问题。而且把理论知识运用到时间中时也是一个很大的挑战，需要不断的探寻和调试才可以达到目的。 最后，这次课程设计让我得到了很多在课堂上无法获得的知识，以及解决问题的方法，对我来说，这是一次成功的课程设计，实践，永远是熟练自己这是的最根本的方法。 感谢李朝鹏、王道铸老师对我们本次设计的精心指导，为我们这个团队解答了几个专业上的难题，同时对我们设计方案上的改进提出了宝贵意见。当然在本次课程设计中，我们班上也有部分同学对我们的疑点进行了讲解和分析，在此，我们对他们的帮助也表示真挚的谢意。 13 参考文献 (1)康华光.电子技术基础: 模拟部分 北京:高等教育出版社2006.1:22-43 (2)路勇.电子电路实验及仿真: 北京:清华大学出版社2004.1:101-120 (3)童诗白.华成英 模拟电子技术基础: 北京:高等教育出版社2005.12:71-93 (4)陈明义.电子技术设计使用教程 长沙:中南大学出版社2002:48-64 (5)李东生.电路设计教程: 北京:电子工业出版社2003.9:1-130 (6)肖景和.电子元器件识别与检测: 北京:人民邮电出版社2009.7:38-60 (7)赵志刚.Protel DXP实用教程: 北京:清华大学出版社2007.8:289-333 14 附录一、放大电路 1.前级功率放大部分电路图如图下10 R1RES2R240K Res210KVCC LF353B8675VCC 4 VCC 2.功率运算放大电路如图下11 VCCC4Cap0.1uf U?6VSGND2C1537BYPCap Semi1GAIN220uf48GNDGAINLM386N-1 C2Cap Semic30.1ufRLCap Semi10ufR34.7K GNDGND 3.总电路图如图下12 VCCC4Cap0.1uf VCCU?6VSGNDU?B28C1LF353D65737BYPCap Semi51GAIN220uf48GNDGAINLM386N-14VCCC2Cap Semic30.1ufRLCap Semi10ufR2R3Res210K4.7K R1RES2GNDGND40K GND 15 附录二、pcb板图 1.pcb图如图下13 1212 21 12 21 2121 1 5454 6363 7272 8181 2 16