音频控制放大器的设计.doc

信息科学与工程学院

模拟电子线路课程设计报告

课程名称： 模拟电子技术　
设计题目：音频控制放大器的设计
姓　　名： 李明
专　　业：电子信息科学与技术
班　　级: 10-2班
学　　号: 201001051010
指导老师: 王桂海

声控开关与声响器的研究与制作设计
信息科学与工程学院
姓名：李明 指导老师：王桂海
摘要:
在模拟电子线路中信号经过放大后，往往要去推动执行机构完成人们所预期的功能，例如本次实验既是要推动喇叭发出声音。这些执行机构是把电能转换成其他形式能量的器件，他们正常工作需要从电路中获取较大的能量。所以放大电路的末级多有功率放大器组成，以便为负载提供足够的信号功率。本次课程设计就是低频功率放大器。要求我们达到以下目的和要求：
1．通过安装和调试，掌握OTL功率放大器的组成及工作特点。
2．训练查阅元器件资料、读电路图、检测元器件、安装和调试电路的能力。
3 ．掌握手工制作印制板及安装分立元件电路的要领和技巧。
4 . 熟悉常用仪器的使用方法。
这次课程设计是对我们所学习的电子技术的一次实际应用,也是对我们所学知识的一次练习和提高。
关键词：设计电路板、仿真、手工制版、焊接、调试

目 录

第一章 前言
1.1设计任务与要求
1.2方案设计与论证
第二章 正文
2.1单元电路设计与参数计算
2.2仿真过程与仿真结果
2.3总原理图及元器件清单
2.4安装与调试
2.5 性能测试与分析
第三章 结论与心得
参考文献

第一章 前言

1.1 设计任务与要求
1、设计任务：设计并制作具有音调控制、音量控制及功率放大基本功能的低频功率放大器。
 2、方案要求：
（一）总的指导思想
对本次课程设计，原则上指导老师只给出大致的设计要求，在设计思路上不框定和约束同学们的思维，所以同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好。
（二）各题目具体要求
低频功率功率放大器：
利用9011三极管做前级放大，利用OTL电路做后级放大，利用实验箱现成电源或自己在实验箱上设计电源，构成一个完整的功率放大器，也可采用集成电路LM386实现。最后利用函数信号发生器作信号源，利用模电实验箱自带扬声器，进行功能验证。
主要技术指标
l 具有音调控制、音量控制及功率放大基本功能；
l 输出功率不小于0.3W/8Ω，频率响应50~20KHz；
l 效率>60﹪，失真小；

1.2 方案设计与论证：
方案一
利用9011三极管做前级放大，利用OTL电路做后级放大，利用实验箱现成电源，构成一个完整的功率放大器。最后利用函数信号发生器作信号源，利用模电实验箱自带扬声器，进行功能验证。
方案二
利用9011三极管做前级放大,再采用集成电路LM386实现。最后利用函数信号发生器作信号源，利用模电实验箱自带扬声器，进行功能验证。
方案对比：
LM386是集成OTL型功率放大电路的常见类型，与其他类型的集成运放的特性相似，是一个三级放大电路：第一级为差分放大电路；第二级为共射放大电路第三级为准互补输出级功率放大电路。因此采用方案二与方案一相比更加的简单。

第二章 正文
音频放大器的设计与测试
2.1单元电路设计与参数计算：
总电路图原理：

图(1)
参数计算：
A、频率响应的测量：
如图（2）所示接好电路图，由信号发生器提供10mv电压Ui，频率为1KHZ ,Vcc接12V的直流电压。调节信号发生器的频率大小，观察扬声器声音大小的变化情况。记录声音消失（或无法听清时）的最小频率fl和最大频率fh就是频率响应的大小。
B、测量效率η：
调节输出功率，使输出功率为0.3w，并计算此时的效率η。
PE —直流电源供给的平均功率
在实验中，可测量电源供给的平均电流IdC ，从而求得PE＝UCC·IdC，负载上的交流功率已给出了，因而也就可以计算实际效率
具体方法如下：输出端接8欧姆的电阻，调节输入端的电压值，使输出端的电压有效值为1.6v左右，再用电流表测出Vcc端输入电流大小Idc，当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电流值，此电流即为直流电源供给的平均电流IdC（有一定误差），由此可近似求得 PE＝UCCIdc，再根据给出的输出功率为0.3w，即可求出。
则可计算出此时的效率大小η。即η=[0.3/(Vcc*Idc)]*100%，要求计算的η大于60%。

C、输入信号改为录音机输出，输出端接试验箱上的试听音箱及示波器。开机试听，并观察语言和音乐信号的输出波形。

2.2 仿真过程与仿真结果：
按图（2）所示在仿真软件multisim中连接好电路图。打开仿真开关，在信号发生器中分别选择正弦波、三角波、方波。正确的输出波形，若波形失真，则调整电位器和频率，用示波器观察波形的变化，使波形的失真最小。既得到如下的仿真图。
仿真电路图：

图（2）
（1）当输入正弦波时：

图（3）
2、当输入三角波时：

图（4）
3、当输入方波时：

图（5）

2.3 总原理图及元器件清单
1、总原理图

图(6)
2、元件清单
表<1>
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1

  10Ω
  1

电阻
R2

10KΩ
1
C1

10u
1
电容
C2

220u（有极性）
1
C3

10u（有极性）
1
C4

0.05 u
1
C5
104
0.1 u
1
Rw

10KΩ
1
电位器

LM386
电压范围4V—12V，总谐波失真0.2%
1
集成块

2.4 安装与调试
1、手工绘制印刷电路板图的具体方法：
（1）在制作模板时，老师选用班上比较好的几个模板，凑合起来组合成一个完整的电路，在考虑器件封装关系的基础上合理布局，表现在：元器件的大小、排列位置、焊盘尺寸、过孔尺寸、安装孔尺寸、抗干扰等。
（2）反复校对原理图，并找出元器件实物放到各自的位置，注意调整孔距、走线等。
（3）手工制作印制板（誊印、腐蚀、钻孔、上锡、焊接）。

在正确绘制印刷电路板图的基础上可以实际制作印制板了，具体五步骤：
（1）把设计好的1：1图纸剪下来，每人一张，用透明胶贴在单面敷铜板的铜面上，通过誊写纸把图誊写在单面覆铜板上。
（2）在铜面的一角处打一个小孔（以防腐蚀的时候掉下去），然后放在指定机器上印刷出电路图来。等冷却后再撕去图纸，在电路图线没有完全印好的地方再用黑色墨笔图描好。然后系上线即可拿去腐蚀了。
（3）腐蚀液一般用三氯化铁加水配置而成，三氯化铁为土黄色固体，易于吸收空气中的水份，应密封保存；三氯化铁具有一定的腐蚀性，最好不要弄在皮肤上和衣服上）。配置三氯化铁溶液时一般是用40%的三氯化铁和60%的温水（不是热水，以防油漆脱落），一般腐蚀液浓度稍高一点、晃动待腐蚀的覆铜板、水温适当时可使反应速度加快（注意：腐蚀是从边缘开始的，当未描油漆的铜箔被腐蚀完后应该及时取出电路板，以防油漆脱落后腐蚀掉有用的线路）。
（4）用清水冲洗，同时用竹片等物刮去油漆（用力不要过猛，不要损坏铜箔线或盘）。
（5）擦干，用砂纸打磨干净，露出闪亮的铜箔，然后拿去指定的机器上打孔，打孔的时候要主义看清楚位置。这就完成了整个印刷过程了。
2、安装：
按表<1>所列的元件清单，领好元件，按照焊接工艺的要求，焊接电路板。按照电路图把领到的元件焊接到板上。
焊接中需注意的地方:
A、焊接前应观察各个焊点(铜皮)是否光洁、氧化等。 
B、在焊接物品时,要看准焊接点，以免线路焊接不良引起的短路 
c．放元件的时候要注意要与电路板服帖，要注意焊接时有无虚焊，元器件的极性有无接反等。
d.焊接时时间不能太长，否则容易损坏元器件和线路板；时间亦不能太短，否则焊接不牢固；一般为2-3秒。
焊接完毕后用万用表检查是否断路和短路
（1）.将输出端用导线连到喇叭上。
（2）.输入端接上信号发生器，输入电压设为100mv,频率设为1KHZ，接地线与地相接，Vcc接上+12V的直流电源。观察喇叭有无声音发出，若没有，就要检查电路是否有问题；若有声音发出，则调节信号发生器的频率，看声音的大小是否发生改变，形成悦耳的声音。
（3）.以上均正常后，既可按要求对相应的参数进行测试。参数的测试过程参照参数计算的要求。
3、调试：
(1)、静态调试
将输入信号调至零，检查电源电压大小及极性是否为+12V，接入12V的直流电源，测量静态总电流是否符合要求。
（2）动态调试
A、频率响应的测量：
如图（2）所示接好电路图，由信号发生器提供10mv电压Ui，频率为1KHZ ,Vcc接12V的直流电压。调节信号发生器的频率大小，观察扬声器声音大小的变化情况。记录声音消失（或无法听清时）的最小频率fl和最大频率fh就是频率响应的大小。
B、测量效率η：
调节输出功率，使输出功率为0.3w，并计算此时的效率η。
PE —直流电源供给的平均功率
在实验中，可测量电源供给的平均电流IdC ，从而求得PE＝UCC·IdC，负载上的交流功率已给出了，因而也就可以计算实际效率
具体方法如下：输出端接8欧姆的电阻，调节输入端的电压值，使输出端的电压有效值为1.6v左右，再用电流表测出Vcc端输入电流大小Idc，当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电流值，此电流即为直流电源供给的平均电流IdC（有一定误差），由此可近似求得 PE＝UCCIdc，再根据给出的输出功率为0.3w，即可求出。
则可计算出此时的效率大小η。即η=[0.3/(Vcc*Idc)]*100%，要求计算的η大于60%。

C、灵敏度：
调节Ui当声音最小时即为其灵敏度。

4、调试中出现的问题：
刚开始时在测试喇叭是否发声的过程中出现了点问题：喇叭只能发出杂声，而在调节频率时候声音不会发生变化，在请教了老师和同学之后，终于知道了问题出现在哪里了，在焊接的时候电位器没有焊接好，导致后面出现了问题。
2.5 性能测试与分析：
由上述调试后可得主要参数如下所示：
（1）频率响应：f=50HZ—20KHZ ;
（2）输出功率和效率的测量:
要使输出功率为0.3W，只要使输出电压为1.6 V左右。从而可得输入电压Ui=0.35V，Vcc=11.95V，Idc=37.8MA得效率η=[0.3/(11、95*0.0378)]*100%=66.41%
（3）灵敏度的测量：
调节Ui当声音最小时即是其灵敏度Ui=50mv
即满足主要的技术指标。

七、结论与心得：
在测量时应注意的问题：
1、 正确选择测量仪器的量程，避免产生不必要的误差。
2、 在测量静态工作点时，为了减少外界的干扰，应使输入端交流短路。
3、 在测量频率响应的时候，当频率发生变化时，信号发生器的输入电压也可能发生变化，应及时调整，以此来保持其输入电压的稳定。
4、 在能测电压的时候应避免测电流，因为测量电流的时候需要断开电路，比较麻烦点，电流的大小可以通过测得得电压进行换算。
5、 当使用的测量仪器仪表接机壳时应把测量仪器仪表的公共端与放大器公共端接在一起，即共地。否则将使测得的结构不可靠。
通过为期一学期的学习，我深刻体会到了自己知识的匮乏。在这次模拟电子技术基础课程设计中，同时也让我学会了很多关于模电理论方面和实践方面的知识，使我受益匪浅，不仅锻炼了自己的动手能力，也从一定程度上巩固了multisim仿真软件的应用。使我懂得了原来设计一个很简单的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。所以，一开始，我遇到了很多麻烦。在老师和同学们的帮助，我渐渐的懂得了大概的方法。
在此期间我发现了很多的问题，经过反复思考和分析，发现原来很多理论的功率放大器原理图都与实践有很大的区别，我耐心的一个个对原理图进行分析，最后我们确定了合理的原理图，进行恶劣分析和元件参数的一定程度的修改。之后就对电路图进行仿真了。
作为一个电科专业的学生，我深知课程设计的重要性。这次实习我从刚开始的什么都不懂不会不敢不碰，到现在的基本了解了一个电路元件是如何构成的。总之，通过这次实习，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而且提高了我考虑问题，分析问题的全面性以及动手操作能力。使我的综合能力有了一个很大的提高。不但进一步掌握了模电的知识及一门专业仿真软件的基本操作，还提高了自己的设计能力及动手能力。理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一 点，这也是非常宝贵的。

参考文献：
[１]、清华大学电子学教研组编　.　杨素行主编　.　模拟电子技术基础简明教程　.　第三版　.　高等教育出版社　.　２００６.
[２]、王小平主编　.　模拟电路实验与课程设计　.　石家庄铁道学院电工基础教研室　.　２００９.
[３]、黄志伟主编　.　全国大学生电子设计竞赛训练教程　.　电子工业出版社.
[４]、刘笃仁，韩保君编著　.　传感器原理及应用技术　.　西安电子科技大学出版社　.　２００３.
[５]、徐科军　.　传感器与检测技术　.　北京：电子工业出版社　.　２００７.