专业课程设计总结报告.doc

专业课程设计总结报告

课程设计总结报告

课程名称：
电子技术课程设计（一）

学生姓名：
周峰

学生学号：
14062500060

系 别：
物理与电子信息系

专 业：
电子科学与技术

指导教师：
李春来 柳建国

2008年 5 月 15 日
目     录

一、设计任务与要求……………………………………………1
二、方案设计与论证……………………………………………1
三、单元电路设计与参数计算…………………………………2
1、话音放大器………………………………………………2
2、音调控制器………………………………………………3
3、功率放大器………………………………………………4
四、仿真过程与仿真结果(仿真软件Multisim9.0) …………6
1、话音放大器部分仿真……………………………………6
2、音调控制器部分仿真……………………………………7
3、功率放大器与音调控制器电路仿真……………………8
五、总原理图及元器件清单………………………………………9
六、安装与调试……………………………………………………10
七、性能测试与分析………………………………………………11
八、结论与心得……………………………………………………12
九、参考文献………………………………………………………13

音频放大器的设计与制作
一、设计任务与要求
1、目的
根据本课程设计要求，设计、制作出一个实用的音频功率放大器。
了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法；掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术。
通过实践，加深对模拟电子技术感性认识和理解。同时，通过搜索资料、方案比较以及设计计算、制作调试、撰写总结报告等环节的训练，进一步提高自身分析、解决实际问题的能力。
2、设计任务
设计制作一个音频放大器，具有话音放大、音调控制、音量控制及功率放大四个基本功能。
3、设计要求
要求输出功率不小于1W/8Ω，频率响应60--20KHz，效率>60﹪，失真小（已知电源电压＋9V，高阻话筒和扬声器各一只）。将低阻话筒接话音放大器的输入，在此输入话音，经过电路放大，通过扬声器输出清晰放大的声音，改变音量电位器，可以控制声音的大小，调节调节音调控制器，可改变音质的效果。
二、方案设计与论证
本设计要求实现话音放大、音调控制、音量控制及功率放大等功能。因此，运用话音放大器、音调控制电路和集成功放来实现这些功能是比较合理的选择。
方案一：如图1所示。首先对话音信号的音调控制，再话音放大，滑动电阻控制音
话

筒
音调控制器
话音放大器

功率放大器
扬声器
图1 方案一系统总体方框图
量，功率放大器实现功率放大。此方案由于是直接控制原态输入的话音信号，这就对话音信号控制电路的精度有了很高的要求，难以控制。
方案二：如图2所示。将话音信号首先经过话音放大器放大，再用音调控制器对话音的音调进行控制，而音量的控制直接在音调控制器后面接一个滑动电阻来实现，功率放大器给音响放大的负载（扬声器）提供一定的输出功率。此方案虽然与方案一的元器件一样，但是它把话音信号放大后再进行音调控制，这样的音调控制电路比较容易实现，而且最终的效果也比较能够满足要求。

话
筒
话音放大器
音调控制器
功率放大器
扬声器
图2 方案二系统总体方框图
因此，本设计采用方案二。
三、单元电路设计与参数计算
1、话筒放大器
由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20 kΩ（亦有低输出阻抗的话筒如20 Ω，200 Ω等)，所以话筒放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。本课程设计采用的电路图如图3。

图3 话音放大器
可得电压放大倍数：

Ri = R1 （R1一般取几十千欧。）
耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定，一般取C1 = C3 = (3～10）
2、音调控制器
音调控制器主要是控制、调节放大器的幅频特性。

图4 音调控制器幅频特性
音调控制器只对低音频与高音频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。电路原理图如图5。

图5 音调控制器
运算放大器选用单电源供电的四运放LM324，其中RP32称为音量控制电位器，其滑臂在最上端时，音响放大器输出最大功率。
已知fLx=100Hz,fHx=10kHz,x=12dB。转折频率fL2及fH1
fL2=fLx•2x/6=400Hz，则fL1=fL2/10=40Hz
fH1=fHx/2x/6=2.5kHz,则fH2=10fH1=25kHz。
AVL=(RP31+R32)/R31≥20dB。其中，R31、R32、RP31不能取得太大，否则运放飘逸电流的影响不可忽略。但也不能太小，否则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一般取几千欧姆至几百千欧姆。现取RP31=410kΩ,R31=R32=47kΩ，则
AVL=(RP31+R32)/R31=11(20.8Db)
C32=1/(2πRP31fL1)=0.008μF
取标称值0．01μF，即 C31=C32=0.0lμF
则 R31=R32=R33=47kΩ Ra=3R34=141kΩ
=(+R33)／R33≥20dB
R33=/10=14.1kΩ 取标称值13kΩ
=1／2R33C33
则 C33==490pF 取标称值510pF
取RP32=RP31=470kΩ，RP33=10KΩ，级间耦合与隔直电容C34 =10μF。
取RP32=RP31=470 kΩ,RP33=10 kΩ,级间耦合与隔直。
3、功率放大器
功率放大器（内部电路如图6）的作用是给音响放大器的负载（扬声器）提供一定

图6 LA4102集成功放的内部电路
的输出功率，当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。这里我们采用LA4102专用集成音频功放。
把LA4102接成OTL电路，如图7。

图7 功率放大器
① RF、CF与内部电阻R11组成交流负反馈支路，控制功放级的电压增益AVF，即
AVF=1+R11/RF≈R11/RF
②CB为相位补偿电容。CB减小，带宽增加，可消除高频自激。C一般取几十皮法至几百皮法。
③CC为OTL电路的输出电容，两端的充电电压等于VCC/2，CC一般采用耐压值远大于VCC/2的容值几百微法的电容。
④CD为反馈电容，消除自激振荡，CD一般取几百皮法。
⑤CH为自举电容，使复合管T12、T13的导通电流不随输出电压的升高而减小。
⑥C3、C4可滤除纹波，一般为几十微法到几百微法。
⑦C2为电源退耦滤波，可消除低频自激。

四、仿真过程与仿真结果(仿真软件Multisim9.0)
1、话音放大器部分仿真
（1）仿真原理图

图8 话音放大器
（2）仿真分析
输入为正弦信号：频率f=1KHz
幅值Vp=5mV
其中上面的波形为信号源波形，下面的波形为输出波形。

图9 示波器显示的波形
2、音调控制器部分仿真
（1）仿真原理图

图10 音调控制器
（2）仿真分析
输入为正弦信号：频率f=1KHz
幅值Vp=50mV
其中上面的波形为信号源波形，下面的波形为输出波形。

图11 示波器显示的波形

3、话音放大器和音调控制器电路仿真
（1）仿真原理图

图12 话音放大器和音调控制器
（2）仿真分析
输入为正弦信号：频率f=1KHz
幅值Vp=5mV
其中上面的波形为信号源波形，下面的波形为输出波形。

图13 示波器显示的波形
五、总原理图及元器件清单
1、总原理图

图14 音频放大器总原理图
2、元件清单
元件序号
主要参数
数量
备注
1
470μF
1
极性电容
2
220μF
1
极性电容
3
100μF
2
极性电容
4
1μF
1
极性电容
5
33μF
1
极性电容
6
10μF
4
极性电容
7
560PF
1
电容
8
470PF
3
电容
9
51PF
1
电容
10
10Ω
1
电阻
11
10KΩ
5
电阻
12
75KΩ
1
电阻
13
RP 10KΩ
1
电位器
14
RP 470KΩ
2
电位器
15
13KΩ
1
电阻
16
600Ω
1
电阻
17
8Ω
1
扬声器
18
话筒
1

19
LM324
1
集成运算放大器
20
LA4102
1
集成功率放大器

3、需使仪器设备：
数字示波器（DS1024C）……………………1台
万用表（GB7676）……………………………1台
多路输出稳压电源（CA18303D）……………1台
函数信号发生器（SG1020 20MHz）…………1台
六、安装与调试
1、合理布局，分级装调
音响放大器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，功放级应远离输入级，每一级的地线尽量接在一起，连线尽可能短，否则很容易产生自激。
安装前应检查元器件的质量，安装时特别注意功放块、运放、电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后安装，安装一级调试一级，安装两极进行级联调试，直到整机安装与调试完成。
2、电路的调试
电路的调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后进行整机调试与性能指标的测试。分级调试又分为静态调试和动态调试。
a、静态调试
静态测试时，将输入端对地短路，用万用表测该级输出端对地的直流电压。话音级、音调级都是由运放组成的，其静态输出直流电压均为电源电压的一半，功放级的输出也为电源电压的一半。且输出电容充电电压也为电源电压的一半。
b、动态调试
动态调试是指输入端接入规定的信号，用示波器测该输出波形，并测量各项性能指标是否满足题目要求，如果相差很大，应检查电路是否接错，元件参数是否合乎要求，否则是会出现很大偏差的。
3、整机功能试听
用8Ω/4W的扬声器代替负载电阻RL，进行以下功能试听。话筒扩音，将高阻话筒接话筒放大器的输入端。应注意，扬声器的方向与话筒方向相反，否则扬声器的输出声音经话筒输入后，会产生自激啸叫。讲话时，扬声器传出的声音应清晰，改变音量电位器，可控制声音大小。
七、性能测试与分析
1、LA4102中各引脚的静态工作点电压（其中Vcc=9V）
管脚
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
电压
（V）
4.7
0
0
5.8
0.9
4.6
0
4
4.2
4.6
0
8.8
8.8
8.95
2、LM324中各引脚的静态工作点电压（其中Vcc=9V）
管脚
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
电压
（V）
4.7
4.7
4.6
0
0
0
0
4.7
4.7
4.6
9.05
0
0
0
3、测量最大不失真输出功率和效率（其中Vcc=（9-10×0.11）V）
测试条件：=40mV =1KHz =10Ω
输出电压
（V）
电流（mA）
输出功率（W）
电源功率（W）
效率η
6.52
110
0.53
0.87
61.2%

4、测量频率响应（输入正弦信号：Vi=30mV）
频率
20Hz
40Hz
60Hz
1000Hz
1KHz
10KHz
15KHz
18KHz
20KHz

(mV)
232
560
912
1520
4960
5240
5200
5200
5200
八、结论与心得
结论：声音信号经过该电路得到了一定程度上的放大，通过调节音量电位器（RP33）阻值可改变音量大小。改变音调控制级电位器阻值（RP31/RP32），扬声器音调发生明显变化。
心得：通过此次课程设计，对所学的知识有了比较全面的了解和应用，真正尝试到了理论联系实际的趣味，明白了“说是说、做是做，说和做是两码事儿”的古语。此次设计巩固了理论基础知识，加强了PROTEL99SE、Multisim9.0等软件的使用，学会了在实验中应注意什么，怎么样保护元件，怎样采能最准最快的查出错误，且对word文档的操作有了更加高是水平。通过连接和调试电路使理论更接近于实际，同时也发现了自己知识的不足，特别是动手能力的缺乏，对以后的学习和实践有了比较强的指导意义。使我感触最深的是做任何事都要细心，而且要有耐心，怀着执著的心去追求真理。
九、参考文献
1、教材
    谢自美主编.《电子线路实验.设计.测试》第三版 .武汉：华中科技大学出版社，2000.7 。
2、参考书
（1）高吉祥主编：《电子技术基础实验与课程设计》电子工业出版社，2005年出版。
（2）彭介华主编：《电子技术课程设计指导》，高教出版社，2002年出版。
（3）陈大钦主编：《电子技术基础实验－电子电路实验、设计、仿真》，高教出版社，2002年出版。
（4）熊伟、侯传教、梁青、孟涛编著：《Multisim7电路设计及仿真应用》，清华大学出版社，2005年出版。
（5）朱定华、黄松、蔡苗编著：《Protel99SE原理图和印制板设计》，清华大学出版社，2007年出版。

致 谢
本次音频放大器课程设计是在李春来、柳建国两位老师的悉心指导下和李智同学共同完成的，在课程设计过程中，他们给了我很多很好很实在的建议和帮助，使得我的课程设计能够顺利的完成。为此，我对他们表示最衷心的感谢！

County continuation records has examined and approved the draft, spirit, believe, comprehensive Yearbook of zhuanglang already prepared draft, entered the phase of evaluation. Civil air defense work