对讲机放大电路

对讲机放大电路 在本学期的第十八周，学院为我们安排了为期一周的电子技术课程。模拟电子技术是我们的专业基础课，所以课程设计对我们来说也很重要。课程设计是把我们所学的理论知识与实践紧密结合，培养我们综合运用所学知识的能力，加深电路理论认识，初步具备简单电子产品的设计能力，掌握电子产品的设计流程中电路的设计、器件的选择方法、电路仿真工具及仿真方法，实际电路的安装、调试、指标检测，设计书的编写等基本实践技能。 本次实验共有三个课，对讲机放大电路，直流稳压电源和充电电路，函数信号发生器。我们选择的是对讲机放大电路，因为它和生活联系比较紧密，所以对它的设计和电路的连接比较感兴趣。以下是实验的设计和我们的操作过程。 一、设计任务及技术指标 1.前置放大级技术指标 1. 电压放大倍数：Av=100； 2. 最大输出电压Vo=1V； 3. 频率响应：30Hz~30KHz； 4. 输入电阻：ri> 15KΩ； 5. 失真度：γ < 10%； 6. 负载电阻：RL=2KΩ； 7. 电源电压：Vcc=12V； 2.功率放大器（输出级）技术指标 1. 最大输出功率：Pom ≥ 0.25W； 2. 负载电阻 ： RL = 8 Ω； 3. 失真度 ： γ≤ 5% 4. 效率 ：η ≥ 50% 5. 输入阻抗 ：R i  ≥ 100 KΩ 二、设计内容及原理 放大器由于具有对微弱信号进行放大的功能，所以得到了广泛的应用，但因单级放大器的增益不高，实用的放大器一般均由多级放大器构成。 如图为简易对讲机工作原理图和方框图 如图，放大器是核心部分。它的作用是把话筒送来的微弱信号放大到足以使扬声器发出声音。Y1、Y2为扬声器，K为双刀双掷开关。利用开关的切换作用，可以改变Y1、Y2与防大曲连接的位置，使Y1、Y2交替作为话筒和扬声器使用。图中，K处在图中所示的位置，Y2通过K接到放大器的输入端成为话筒，Y1则接到输出端为扬声器。此时有人对着Y2讲话时，Y2把声音信号转换成电信号加到放大器的输入端，经放大器的放大后可带动扬声器Y1发出声音，从而可在Y1处听到Y2处的讲话。当K拨到另一位置上时。则可以在Y1处讲话，Y2处收听。通过K的开关控制，能够实现双向有线通话，称为对讲机。 对机放大器的电路组成方框图如图1-2，电路由输入级、中间级、输出级构成。前置级由两级放大器组成，放大器第一级输入端与传感器相连（作为话筒时的Y1和Y2），故也称为输入级，放大器第二级的输出的电压信号进行放大再传给输出极，这一级也称作中间级。输出级由OTL功率放大器组成，把前置级的电压信号进行功率放大，带动扬声器。 三、设计步骤和方法 一、确定前置放大级电路方案的几个方面 1).确定放大电路的级数 根据总电压放大倍数，确定放大电路的级数，为使放大电路性稳定，引入一定深度的负反馈，所以，放大倍数应留有路一定余量。 2).确定晶体管的组态 根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定晶体管的组态（共射、共基、共集）及静态偏置电路。 本电路的电压增益为100倍，考虑到电路的输入电阻不很高，输出阻抗也不太低，负载取得电流也不大，因此前置级电路采用共射极电路。由于单级放大器的电压增益为35db左右，两级放大器的增益为65db，考虑到要引入一定深度的负反馈，（一般为1＋AF＝10左右），而电路的增益要求为100倍，所以前置级用两级共射极电路组成。静态偏置采用典型的工作点稳定电路。 3).选用适当的耦合方式 根据三种耦合方式（阻容耦合、变压器耦合、直接耦合）的不同特点，选用适当的耦合方式。 本电路级间耦合采用阻容耦合方式。 二 确定功率放大器的电路方法； 功率放大器的电路形式很多，有双电源的OCL互补对称功放电路、单电源供电的OTL功放电路、BTL桥式推挽功放电路和变压器耦合功放电路等。这些电路各有特点，可根据要求和具备的试验条件综合考虑，作出选择。 本方案的输出功率较小，可采用单电源供电的OTL功放电路，OTL功率放大器由推动级、输出级组成。推动级采用普通的共射级发大电路，输出级由互补推动输出，工作在甲乙类状态下，得到较大的输出功率。 图1-4是一个OTL功放电路，T4是前置放大级，只要适当调节Rp，就可以使I（R11）、U(B5)和U（B6）达到所需数值，给T5、T6提供一个合适的偏置，从而使A点电位U（A）=U（C）=Vcc/2。 当U（i）=U（im）sinkt时，在信号的负半周，经T4放大反向后加到T5、T6基极，使T6截止、T5导通，这时有电流通过R（l），同时电容C5被充电，形成输出电压Uo的正半周波形。在信号的正半周，经T4放大反相后家道T5、T6基极，使T6截止，T5导通。则已充电的电容C5起着电源的作用，并通过RL，和T5放电，形成输出电压Uo的负半轴波形。当U（i）周而复始变化时，T5，T6交替工作，负载RL上就可以得到完整的我正弦波。 为使输出电压达到最大峰值Ucc/2，采用自举电路的OTL功放电路.  当Ui=0时，UA=Vcc/2，UB=Vcc-iR11R2，电容C3两端UC3=UB-UA=Vcc/2-iR11R2。当R11C4乘积足够大时，则可以认为UC4基本为常数，不随Ui二变化。这样，当Ui为负半周是；T5导通，UA向Vcc/2向更正的方向变化。由于B点点位UB=UC4+UA，B点电位也将自动随着A点电位升高。因而，即使输出电压Uo幅度升的很高也有足够的电流流过T5基极，使T5充分导电。这种工作方式称“自举”，意思是电路本身Ub提高了。 三.计算元件参数 电路方案确定以后，要根据给定的技术要求进行元件参数的选择。在确定元件参数时，可以先从后级开始，根据负载条件确定后级的偏置电路，然后再计算前级的偏置电路，进一步由放大电路的频率特性确定耦合电容和旁路电容的电量，最后由电压放大倍数确定负反馈网络的参数。 1）.确定电源电压： 为保证输出电压幅度达到指标要求，电源电压Vcc应满足如下要求： Vcc 〉2Vom+VE+VCES Vom为最大输出幅度，Vom= =1.4V，VE为三极管发射极电压，一般取1~3V，VCES为晶体管饱和压降，一般取1V。 2）．前置放大级参数确定 1）确定T2级的参数 a．确定T2级发射极、集电极电阻参数及静态工作点： 因为T2级是放大电路的输出级，输出电压比较大，为使负载得到最大的输出幅度，静态工作点应设在负载线的中点，如图所示。满足条件： Vcc-VCEQ2=ICQ2 R8+VE2 VCEQ2=ICQ2 VCEQ2> Vom+VCES R9= 指标中，RL=2KΩ，取VE2=3V，VCES=1V；确定R8=3.5KΩ，R9=1.5KΩ，取标称值，R8=3.3KΩ，R9=1.5KΩ，则静态值ICQ=2mA，VCEQ2=2.4V。 b．确定T2级三极管参数： 晶体管的选取主要依据晶体管的三个极限参数：BVCEO> 三极管c-e间最大电压VCEmax，ICM>三极管工作时的最大电流ICmax；PCM> 三极管工作时的最大功耗PCmax。 由图1-5可知，IC2的最大值为IC2max=2ICQ2， VCE最大值为VCE2max=Vcc， 根据甲类电路的特点，T2的最大功耗为：PCmax = VCEQ2 · ICQ2， 因此T2的参数应满足：BVCEO> 12V  ，ICM>2ICQ2 = 4mA  ；PCM> VCEQ2 · ICQ2 = 4.8mW。 选用3DG系列小功率三极管可以满足要求，β2=80。 c．确定T2级基极电阻参数： 在工作点稳定的电路中，基极电压VB2越稳定，则电路的稳定性越好。因此，在设计电路时应尽量使流过基极电阻的电流大些，以满足IR》IB 的条件，保证VB2不受IB变化的影响。但是IR并不是越大越好，因为IR大，则R6、R7的值必然要小，这时将产生两个问题：第一增加电源的消耗；第二是第二级的输入电阻降低，而第二级的输入电阻是第一级的负载，所以IR太大时，将使第一级的放大倍数降低。为了使VB2稳定同时第二级的输入电阻又不致太小，一般的计算时，按下式选取IR的值： IR=（5～10）IBQ    硅管 IR=（10～ 15）IBQ  锗管 本电路选用硅管，取IR= 5 IBQ 则R7= ， R6= 取标称值，R7=30KΩ，R6=68KΩ。 2）确定T1级的参数 a．确定T1级发射极、集电极电阻参数及静态工作点： 因为T1级是放大器的输入级，其输入信号比较小，放大后的输出电压也不大，所以对于第一级失真度和输出幅度的要求比较容易实现，主要考虑如何减小噪声，因输入级的噪声将随信号一起被逐级放大，对整机噪声指标影响极大。三极管的噪声大小与工作点的选取有很大关系，减小静态电流对降低噪声是有利的，但对提高放大倍数不利，所以静态电流不能太小。在工程计算中，一般对小信号的输入级都不详细计算，而是凭经验直接选取： ICQ1  =  0.1～1 mA硅管 I CQ1  = 0.1～2 mA锗管 如果输入信号较大或输出幅度较大时不能用此方法，而应该具体计算，计算方法与计算第二级的方法相同。取：VE1=3V，VCEQ1=3V；ICQ1=0.5mA R3= R4+R5= 取标称值，R3=12KΩ，R4=56Ω，R5=5.6KΩ。 b．确定T1级三极管参数： T2的参数应满足：BVCEO> 12V；ICM  > 0.5 mA；PCM> 1.5 mW ；选用3DG—三极管可以满足要求。 确定T1级基极电阻参数： 取IR= 10 IBQ1，VE1 = 3V R2= ， R1= 取R1 = 130K，R2 = 56K 3）耦合电容和旁路电容的选取 各级耦合电容及旁路电容应根据放大器的下限频率 f l  决定。这些电容的容量越大则放大器的低频相响应越好。但容量越大电容漏电也越大，这将造成电路工作不稳定，因此要适当的选择电容的容量，以保证收到满意的效果。工程计算中，常凭经验选取： 耦合电容：2～10μF 发射极旁路电容：150～200μF 选取耦合电容10μF，发射极旁路电容100μF，电容的耐压值只要大于可能出现在电容两端的最大电压即可。 4）反馈网络的计算 Rf=100R4-R4=5.5K 取Rf=5.6K，Cf=10μF 根据上述的计算结果，得到电路图1-6，可将电路仿真，如不能达到设计要求，修改电路使其达到设计要求。然后将仿真后的电路实际安装调试。 继续阅读