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电工课程设计- 32 -2020年4月19日文档仅供参考目录1.设计任务与要求- 3 -1.1设计任务- 3 -1.2设计要求- 3 -1.3方案分析- 3 -1.4电路理论分析- 4 -2.设计指标要求- 4 -3.设计目的- 4 -4.设计步骤和方法- 4 -4.1放大电路设计计算公式- 4 -4.2功率放大器- 5 -4.3选择电路方案- 6 -4.4计算元器件参数- 7 -4.4.1确定电源电压EC：- 7 -4.4.2确定T2的集电极电阻和静态工作电流- 7 -4.4.3确定T2发射级电阻- 8 -4.4.4确定晶体管T2- 9 -4.4.5确定T2的基极电阻- 9 -4.4.6确定T1的静态工作点- 10 -4.4.7确定T1管的集电极电阻，发射级电阻- 10 -4.4.8选择T1管- 11 -4.4.9 T1管基极电阻的选取- 11 -4.4.10耦合电容和旁路电容的选取- 12 -4.4.11反馈网络的计算- 12 -4.4.12. 作出电路的仿真图形- 14 -5.设计参数的理论验证- 17 -5.1确定静态工作点- 17 -5.2.输入电阻、输出电阻及电压放大倍数的计算- 18 -电路设计综合仿真图- 21 -收音机音频放大电路仿真设计1.设计任务与要求1.1设计任务设计一个晶体管功率放大器电路，输入信号600mV，输出功率达到5W以上1.2设计要求1 输出功率在1W到5W之间可调2 放大器工作频率范围100kHz-1MHz3 带内增益平坦度小于1dB4 效率大于40%（越高越好）5 其它可任意发挥1.3方案分析在多级放大电路中，输出的信号往往是送去驱动一定的装置。考虑到功率放大电路不同于电压放大，电流放大电路，因此功率放大电路包含着一系列在电压器放大电路中没有出现过的特殊问题，这些问题是：（1）要求输出功率尽可能大为了获得大的功率输出，因此功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。（2）效率更高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。（3）非线性失真要小功率放大电路是在大信号下工作，因此不可避免地产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。可是，在不同的场合下，对非线性失真的要求不同，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得很重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要启用就将为次要问题了。（4）功率器件的散热问题在功率放大电路中，有相当的功率消耗在管子的集电极上，是结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为了一个重要问题。另外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号频率，器件承受的电压要高，经过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，因此功率管的损坏与保护问题也不容忽视。1.4电路理论分析电压放大部分参照第9页电压两级放大理论图功率放大部分参照第13也功率放大理论图 2.设计指标要求1.1、电压放大倍数：Au=1721.2、最大输出电压：Uo=4V0.05V1.3、频率响应：30Hz30kHz1.4、输入电阻：ri15k 1.5、失真度：2VccIcmVcc/RLPcm=0.2PomPom= V2/2RL=4WPcm1.8W(3) 复合管的小功率管选择Pcm=(1.11.5)*4W/8=0.550.75(4) 负载电阻的选取 R10=7k R12(max)=2k以上公式仅供参考4.2功率放大器功率放大器理论图及仿真图 图14功率放大理论图 图15功率放大仿真图及RL值功率放大VCCR10R11D1D2R12路线的电流要小于10mA，确保二极管不被烧坏，二极管导通压降选取为0.7V时，二极管导通的电流约为1mA。而且功率放大电路的等效电阻为RL=2.0k（1.8kRL22.6k确保两个二极管能导通，R10=n倍R12，此处n2Vom+VE+VCES式中：Vom为最大输出幅度VE为晶体管发射级电压，取VE=13V。VCES为晶体管饱和压降，取VCES=1V。指标要求的最大输出电压Vo=1V，给定电源电压EC=24V，能够满足要求。4.4.2确定T2的集电极电阻和静态工作电流因为这级的输出电压比较大，为使负载得到最大幅度的电压，静态工作点应设在交流负载线的中点。如图1所示。由图可知，Q点在交流负载线的中点，因此的T2静态工作点满足下列条件。 (1-1) 因在晶体管的饱和区和截止区，信号失真很大，为了使电路不产生饱和失真和截止失真，VCEQ2应满足： 图2 静态分析图 图3 静态工作点分析图VCEQ2Vom+VCES (1-2)由（1-1）式消去ICQ2并将（1-2）式代入可得： 取VE=3V；VCES=1V由（1-1）式消去VCEQ2可得：则：取R8=2k 4.4.3确定T2发射级电阻 取R9=4304.4.4确定晶体管T2选取晶体管时主要依据晶体管的三个极限参数：BVCEO晶体管c-e间最大电压VCEmax（管子截止时c-e间电压）ICM晶体管工作时的最大电流ICmax（管子饱和时c-e回路电流）PCM晶体管工作时的最大功耗PCmax由图1可知：IC2最大值为IC2max=2ICQ2VCE的最大值VCE2max=EC根据甲类电路的特点，T2的最大功耗为：PCmax=VCEQ2ICQ2因此T2的参数应满足：BVCEOEC=15V ICM2ICQ2=5.747mA PCM VCEQ2ICQ2=172.14mW选用S9011，其参数为：BVCEO30V；ICM30mA；PCM400mW；满足要求。4.4.5确定T2的基极电阻在工作点稳定的电路中，基极电压VB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R6和R7的IR大些，以满足IRIB的条件，保证VB不受IB变化的影响。可是IR并不是越大越好，因为IR大，则R6和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；第二使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，因此IR太大时，将使第一级的放大倍数降低。为了使VB稳定同时第二级的输入电阻又不致太小，一般计算时，按下式选取IR的值：IR=（510）IBQ 硅管IR=（1015）IBQ 锗管 在上式中IR的选取原则对硅管和锗管是不同的，这是因为锗管的ICBO随温度变化大，将会影响基极电位的稳定，因此IR取值一般比较大。对硅管来说ICBO很小，因此IR的值可取得小些。本电路T2选用的是硅管，取IR=5IBQ 图4 基极电阻R6.R7分析图则：由图4知：取：R7=10.5k；R6=58k。 4.4.6确定T1的静态工作点因为第一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。因此对于第一级，失真度和输出幅度的要求比较容易实现。主要应考虑如何减小噪声，因输入级的噪声将随信号一起被逐级放大，对整机的噪声指标影响极大。晶体管的噪声大小与工作点的选取有很大的关系，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。因此静态电流不能太小。在工程计算中，一般对小信号电路的输入级都不详细计算，而是凭经验直接选取： ICQ1=0.11mA 锗管 ICQ1=0.12mA 硅管 VCEQ=（23）V 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。4.4.7确定T1管的集电极电阻，发射级电阻 图5 电阻R3.R4.R5分析图 由图5知： 取：VE1=3V；VCEQ1=3V；ICQ1=1mA则： 取：R3=18k 电 取：R4=40；R5=2.95k4.4.8选择T1管图6 T1管电阻选取分析图 选取原则与T2相同：BVCE0Ec=15V； ICM2mA； PCM1.5mW，根据现有条件选用S9011。4.4.9 T1管基极电阻的选取取：IR=10IBQ，VE1=3V由图6知：取：R1=205k；R2=37k 4.4.10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f1决定。这些电容的容量越大，则放大器的低频响应越好。但容量越大电容漏电越大，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。在设计时一般按下式计算：其中：RS是信号源内阻，ri1是第一级输入电阻。其中：r01是第一级输出电阻，ri2是第二级输入电阻。其中：ro2是第二级输出电阻。其中：Rb=R6/R7/R3由于这些公式计算繁琐，因此在工程计算中，常凭经验选取：耦合电容：210F发射极旁路电容：150200F现在用第二种方法确定C1、C2、C3、Ce1和Ce2取：C1=C2=C3=10FCe1=Ce2=100F电容器的耐压值只要大于可能出现在电容两端的最大电压即可。4.4.11反馈网络的计算根据深反馈的计算方法，由图7知：图7 深反馈网络图 Rf=187R4-R4=7.5k取： Rf=7.5k，Cf=10F 图8 电压两级放大理论图 4.4.12. 作出电路的仿真图形 图9 multisim电路仿真图利用示波器 作出电路的仿真波形图 图10 multisim示波器输入输出波形图图11 相位差波形图图12 幅频响应曲线图13 相频响应波形图幅频特性：随着频率的增加，电压幅值也随之增加。当频率达到100Hz时，幅值趋于稳定。相频特性：随着频率的增加，相位角随之减小。当频率达到1KHz时，相位角趋于稳定。5.设计参数的理论验证5.1确定静态工作点 图16 T1管静态图 图17 T2管静态图根据静态分析图静态工作点分析图 如下 图18 T1管静态工作点 图19 T2管静态工作点 求得T1,T2管的静态工作点 IB1=0.00965mA IC1=0.965mA VCE1=3.726V IB2=0.063645mA IC2=6.3645mA VCE2=8.522V5.2.输入电阻、输出电阻及电压放大倍数的计算根据小信号模型法，其小信号模型图 如下 图20 电路小信号模型图图21 T1管放大仿真图图22 T2管放大仿真图计算输入电阻、输出电阻及电压放大倍数 ri1= 2.70K ro1=18K Av1= 218.7 ri2= 571.5 ro2=1k Av2= 303.9Av=Av1Av2=66462.93 （有反馈电路得实际放大172倍） ri=471.67 若采用两级电压放大和一级功率放大不能满足要求，则能够采用四级电压放大和一级功率放大满足要求。偶级电压放大波形同相位，奇级电压放大造成电压波形图相差90度。电路中所使用的电阻阻值必须是计算值。否则会造成输出波形和输入波形造成一定的相位差。调节相位差，修改电路中计算不正确的电阻阻值能够调节相位差，或直接问老师。最好选择前者。电路设计综合仿真图收音机设计心得熟悉电路元件，掌握烙笔的使用方法；发收音机装配零件，检查和熟悉各种零件；熟悉收音机的装配图；焊接各种零件并交收音机；写实习报告实习内容老师发给我每人一块电路板，先自我熟练使用，使我熟练掌握烙笔的使用方法，同时使我熟悉电路元件的焊接过程。 发收音机装配零件，检查和熟悉各种零件；老师让我多次熟悉收音机的电路图和熟悉电路元件，并调试元器件的好坏。进行学习使用电子仪器仪表是很得心应手的。电压表电流表的使用，注意量程即可，其它的操作规程已经烂熟于心。 电压表、电流表和示波器同以前使用的没什么区别，可是万用表就与以前用过的有些不同了。以前我使用的万用表是指针式的，只要调到相应的档位，测量读数即可。而我现在使用的是数字式的，用它测量时，有写不适应。 常见电子元件的识别和检测。常见的电子元件就是电阻、电容、二极管和三极管。先说电阻，直到这天我才知道电阻上的色带是什么意思，以前只是看到过一个一个的电阻，不知道把这些电阻做成花花绿绿的作用，这样做就是电阻的色环标记法，经过色环来表示电阻的大小，有效数字、倍率和允许误差。现在见到的电阻的色环有四道和五道的，四道环的有效数字是前两道环所代表，而五道环是由前三道所代表。接着识别电容器，电容用于交流耦合、滤波、隔断直流、交流旁路和组成振荡电路等，电容的标注分为直接标注和色标法。经过学习，我明白了直接标注的电容是用数字直接表示电容量，不标单位。标注14位整数时，其单位是pF，标注为小数时，其单位是F。也有用三位数字表示容量大小，默认单位是pF，前两位是有效数字，第三位是有效倍率（10m），当第三位是9时，则对有效数字乘以0.1。而色标法则同电阻器的标注。检测电容的方法是利用电容的充放电特性，一般用万用表电阻档测试电容的充放电现象，两只表笔触及被测电容的两条引线时，电容将被充电，表针偏转后返回，再将两表笔调换一次测量，表针将再次偏转并返回。用相同的量程测不同的电容器时，表针偏转幅度越大说明容量越大。测试过程中，万用表指针偏转表示充放电正常，指针能回到，说明电容没短路，可视为电容完好。现在说明在模拟电路中常见的二极管，一般二极管有整流、检波、稳压、发光、发电、变容、和开关二极管等。检测二极管我利用的是二极管的正向导电性，正向导通反向截止，能够判断管子的好坏。最后说明三极管的识别和检测，很明显，一般的三极管就是三个管脚，很容易识别，因此识别三极管重要的是识别三极管是NPN或PNP型，以及各管脚所代表的极性。而这些的判断都需要使用万用表。判断极性：对圆柱型三极管，若管脚处接头有突出物，则将管脚冲上，顺时针依次为EBC极若没有突出物，则管脚根处间隙较大的两跟管脚对向自己，顺时针依次为EBC极。对半圆型三极管，将管脚向上，半圆向自己，顺时针为EBC极。判断三极管的类型：在基于以上极性判断的前提下，NPN管，基极接黑表笔，测得电阻较小。PNP管正好相反。以上就是我对常见电子元件的识别和检测方法。这些都是从老师那里学来的，熟练掌握还需要以后广泛的接触使用。熟能生巧，就是这样的。 熟悉收音机的装配图； 焊接各种零件并交收音机。但毕竟没有实际操作过，总是怀有几分敬畏之心。而电子电路主要是基于电路板的，元器件的连接都需要焊接在电路板上，因此焊接质量的好坏直接关系到以后制作收音机的成败。因此对电烙铁这一关我是不敢掉以轻心的。 影响焊接质量主要取决于焊接工具、助焊剂、焊料和焊接技术。对焊接工具、助焊剂、焊料这样的物品我是没任何办法的，唯一能够改进的就是我的焊接技术，因此焊接技术就直接决定了我实习的成败。由于我使用的电烙铁是新的，因此我就免除了除锈的工序，直接将电烙铁预热，后上锡，以达到最佳焊接效果。 焊接了几个元件，起初没经验，将电阻立得老高，这样既不美观也不牢靠容易形成虚焊，之后有了经验就采取卧式法，既美观又牢靠，只是拆卸时稍微麻烦，需要别人帮忙。焊接时虽然胆战心惊，但还是总结出了心得，就是焊锡要用一点点下去，电烙铁要在锡水熔化后产生光亮就拿开，这样就能焊出光亮圆滑的焊点了。 将她们插好后就依次拆卸下来，先焊接电阻，再焊接瓷片电容（由于瓷片电容不分正负极，因此焊接同电阻）。然后是三极管，焊接时注意三极管的极性，管脚要放入相应位置。液体电容在装配时也要注意极性，防止接反，最后就是其它固定位置元件。 在组装收音机中，最重要的就是天线的安装，要将天线绕组区分开，分出匝数多的一侧和匝数少的一侧。用万用表测量匝数多的还是少的，电阻为零为一侧的绕组。将绕组多的焊接在电路板上的a b点上，绕组少的焊接在电路板上的c d点上。 焊接完电路板的电子元件后，就要处理电源同电路板的连接，扬声器同电路板的连接。将电源槽扬声器安装在收音机外壳的对应位置，用焊锡焊接导线在接线柱上。将电源的正负极焊接在电路板对应位置，扬声器的导线不分正负极因此就近焊接，使导线不容易扭曲干扰为佳。 接下来就是安装电池，调试收音机了。 这使我对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作与工艺流程、收音机的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不但在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义；也对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有创造创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研特别是实验研究中有所成就。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如做收音机组装与调试时，好几个焊盘的间距特别小，稍不留神，就焊在一起了，可是我还是完成了任务。