电子设计课程设计论文-功率放大器.doc

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1、吉林工程技术师范学院课程设计论文目录第一章 绪论1第二章 功率放大器原理2第三章 元器件介绍33.1 LM38633.2 9013晶体管43.3电容43.4 扬声器5第四章 焊接技术9第五章 总结与心得10第六章 致谢12第七章 附录13附录一：参考文献13附录二：原理图1414第一章 绪论功率放大器是机电一体化产品中不可缺少的部分，也是其最基本的部分。功率放大器发展至今，有许多种类和应用，在工业方面，有数控机床的电机驱动，有应用于新型磁轴承开关，也有在电力电子控制技术种的应用。在通讯方面，有几百毫瓦的蜂窝电话发射机、有基站几十瓦的功率放大器、也有上千瓦的电视信号发射机。但所有的功率放大器，其

2、设计所遵循的基本规律几乎是相同的。而它的设计包含了电子电路技术、模拟控制理论、测试技术以及实现智能化的单片机控制技术等。因此以电子管音频功率放大器设计制作作为载体。实现兴趣与理论实践相结合，使整个设计过程不枯燥无味，从而既实现了对功率放大器的理论学习，又进行一次高性能智能型产品设计。同时，通过实际设计与制作，进一步发挥和巩固四年来所学的知识，在实践中锻炼自己，在锻炼中提高自己专业水平。音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。1906年美国的德福雷斯特发明了真空三极管，开创了揉电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈NFB（Negative feedback

3、）技术后，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如“威廉逊”放大器，而1947年威廉逊先生在一篇设计Hi-Fi（High Fidelity）放大器的文章中介绍了一种成功运用负反馈技术，成为了Hi-Fi史上一个重要的里程碑。 60年代由于晶体管的出现，使功率放大器步入了一个更为广阔的天地。晶体管放大器细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点，各种电路也相应产生，如：“OTL （Output Transformer Less）” 无输出放大器、“OCL（Output Capacitor Less）”放大器等。直至70年代，晶体管放大技术的应用已相当成熟，各种新型电路不断

4、出现，如：较成功地解决了负反馈电路的瞬态失真和高频相位反转问题的无负反馈放大电路；成功地将甲、乙放大器的优点结合在一起的超甲类放大电路；具有输出功率大、失真小的电流倾注式放大电路等等。从而使晶体管放大器成为音响技术发展中的主流。在60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员集成电路，到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。第二章 功率放大器原理在模拟电子线路中，电信号经过放大之后，往往要去推动执行机构完成人们所预期的功能，例如推动喇叭发声，推动继电器实现控制等。执行机构要正常工作都需要从电路中

5、获取较大的电能。因此，放大电路的末级均由功率放大器组成。功放(功率放大器)的原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。 因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的倍，是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。 而场效应管则是用栅极电压来控制源极与漏极的电流，其控制作用用跨导表示，即栅极变化一毫伏，源极

6、电流变化一安，就称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率的输出，并非真的将功率放大了！第三章 元器件介绍设计内容:由BTJ9013和集成功率放大电路LM386组成功率放大器.输入:由驻极体话筒产生输入信号.输出:驱动扬声器发声.能够设计功率放大电路，掌握电路的工作原理，参数的计算，元器件的选择。掌握LM386管脚的功能，各个元器件的作用。对于参数选择不合理造成的不能正常工作，能找出原因及时修正。下面给出该电路图所用的器件清单：器件清单LM386一块9013一个扬声器 10一个驻极体话筒一个电阻：10K 1/2W 二个；51K 1/2W 一个；1

7、K 1/2W 一个；100 1/2W 二个；电位器 单圈蓝色方形一个22K电容：16V 220uF一个；16V 10uF一个；16V 0.1uF一个3.1 LM386LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。电路特性： 静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电。 工作电压范围宽，4-12V or 5-18V。 外围元件少。 电压增益可调，20-200。 低失真度。 3.2 9013晶体管9013晶体管是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范

8、围很广,它是NPN型小功率三极管。 参数： 集电极电流Ic：Max 500mA 工作温度：-55 to +150 集电极-基极电压Vcbo：40V 主要用途： 放大电路3.3电容电容的作用: 1）旁路 旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。 就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。 为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。 这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地电位是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。 2）去藕 去藕，又称解藕。 从电路来说， 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负

9、载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电， 才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候， 电流比较大， 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。 去藕电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。 将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取0.1F、0.01F 等；而去耦

10、合电容的容量一般较大，可能是10F 或者更大，依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。 3）滤波 从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1F 的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高阻低，通高频阻低频。电容越大低频越容易通过。具体用在滤波中,大电容（1000F）滤低频，小电容（20pF）滤高

11、频。曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象的说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充电，放电的过程。 4）储能 储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。 电压额定值为40450VDC、电容值在220150 000F 之间的铝电解电容器（如EPCOS 公司的 B43504 或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式， 对于功率级超过10KW

12、的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。3.4 扬声器扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式（即动圈式）、静电式（即电容式）、电磁式（即舌簧式）、压电式（即晶体式）等几种，后两种多用于农村有线广播网中；按频率范围可分为低频扬声器、中频扬声器、高频扬声器，这些常在音箱中作为组合扬声器使用。 1）低频扬声器 对于各种不同的音箱，对低频扬声器的品质因素Q0值的要求是不同。对闭箱和倒相箱来说，Q0值一般在0.30.6之间最好。一般来说，低频扬声器的口径、磁体和音圈直径越大，低频重放性能、瞬态特性就越好，灵敏度也就越高。 低音单元的结构形式多为锥盆式，也 扬声器有少量的为平板式。低音单元的振膜

13、种类繁多，有铝合金振膜、铝镁合金振膜、陶瓷振膜、碳纤维振膜、防弹布振膜、玻璃纤维振膜、丙烯振膜、纸振膜等等。采用铝合金振膜、玻璃纤维振膜的低音单元一般口径比较小，承受功率比较大，而采用强化纸盆、玻璃纤维振膜的低音单元重播音乐时的音色较准确，整体平衡度不错。 Q0： 扬声器单元的品质因数是设计和和制作音箱前必须了解的一个很重要的参数。在扬声器单元的阻抗特性曲线上它表示，阻抗曲线在谐振频率处阻抗峰的尖锐程度，它在一定的程度上反映了扬声器振动系统的阻尼状态，简称Q0值，扬声器单元的品质因数越高，谐振频率就越难控控制。扬声器的低频特性通常由扬声器单元的品质因数值和谐振频率决定，其中品质因数的大小与扬声

14、器单元在谐振频率处输出的声压有关。Q0值过低时扬声器的输出声压还没有到F0处时就迅速的下降，扬声器处于过阻尼状态，造成低频衰减过大。Q0值过高时扬声器处于欠阻尼状态，低频得到过份的加强。Q0值越大峰值越陡。因此我们说扬声器的品质因数即不能过高也不能过低，通常我们取它的临界阻尼值Q0等于0。50。7作为最佳的取值范围。 （2）中频扬声器 一般来说，中频扬声器只要频率响应曲线平坦，有效频响范围大于它在系统中担负的放声频带的宽度，阻抗与灵敏度和低频单元一致即可。有时中音的功率容量不够，也可选择灵敏度较高，而阻抗高于低音单元的中音，从而减少中音单元的实际输入功率。中音单元一般有锥盆和球顶两种。只不过它

15、的尺寸和承受功率都比高音单元大而适合于播放中音频而已。中音单元的振膜以纸盆和绢膜等软性物质为主，偶尔也有少量的合金球顶振膜。 （3）高频扬声器 高音单元顾名思义是为了回放高频声音的扬声器单元。其结构形式主要有号解式、锥盆式、球顶式和铝带式等几大类。扬声器的主要性能指标扬声器的主要性能指标有：灵敏度、频率响应、额定功率、额定阻抗、指向性以及失真度等参数。 1、额定功率 扬声器的功率有标称功率和最大功率之分。标称功率称额定功率、不失真功率。它是指扬声器在额定不失真范围内容许的最大输入功率，在扬声器的商标、技术说明书上标注的功率即为该功率值。最大功率是指扬声器在某一瞬间所能承受的峰值功率。为保证扬扬

16、器工作的可靠性，要求扬声器的最大功率为标称功率的23倍。 2、额定阻抗 扬声器的阻抗一般和频率有关。额定阻抗是指音频为400Hz时，从扬声器输入端测得的阻抗。它一般是音圈直流电阻的1.21.5倍。一般动圈式扬声器常见的阻抗有4、8、16、32等。 3、频率响应 给一只扬声器加上相同电压而不同频率的音频信号时，其产生的声压将会产生变化。一般中音频时产生的声压较大，而低音频和高音频时产生的声压较小。当声压下降为中音频的某一数值时的高、低音频率范围，叫该扬声器的频率响应特性。 理想的扬声器频率特性应为2020KHz，这样就能把全部音频均匀地重放出来，然而 扬声器这是做不到的。每一只扬声器只能较好地重

17、放音频的某一部分。 4、失真 扬声器不能把原来的声音逼真地重放出来的现象叫失真。失真有两种：频率失真和非线性失真。频率失真是由于对某些频率的信号放音较强，而对另一些频率的信号放音较弱造成的，失真破坏了原来高低音响度的比例，改变了原声音色。而非线性失真是由于扬声器振动系统的振动和信号的波动不够完全一致造成的，在输出的声波中增加一新的频率成分。 5、指向特性 用来表征扬声器在空间各方向辐射的声压分布特性，频率越高指向性越狭，纸盆越大指向性越强。第四章 焊接技术焊接电路板焊电路板的操作步骤（1）从烙铁架上拿出电烙铁，以45度靠紧焊接面进行预热；（2） 然后将焊锡丝同时伸向被焊的组件脚及焊盘，一起接触

18、被焊处；（3） 焊锡丝熔化，向焊接处推入焊锡丝，使焊锡润湿焊盘与组件脚，当焊点上的焊锡成圆锥形时即抽离焊锡丝（应控制焊锡丝的熔化量不能过多，以免造成浪费；（4） 在焊锡完全熔化后，移去烙铁头。如焊锡过多，可把烙铁头上的焊锡甩干净，然后不用焊锡丝或极少量的焊锡丝重焊一遍，移去时正好吸去多余的焊锡；（5） 如果焊点有连焊，也应将焊锡线（其中有助焊剂）与烙铁头一起接触在连焊的焊点之间，待焊锡丝与助焊剂一起熔化后，移去焊锡丝，再将烙铁头侧放着向下移走，吸去多余的焊锡；（6） 如果要用电烙铁去除焊盘孔中的锡（ 即挑孔），应该将印制板拿高，把烙铁头置于比印制板低的位置，将烙铁头在焊盘孔上擦几下，可以将焊盘

19、孔中的焊锡吸流到烙铁头上去。如果印制板较小，可以用烙铁将焊盘上的锡熔化， 然后迅速开烙铁，将印制板在工作台上轻敲一下，使焊盘上的熔锡振落；（7） 将烙铁头上的多余焊锡甩在废锡盒中，再将电烙铁插入烙铁筒中。（8） 正常焊接时，电烙铁与平面应保持角度是45度。（9） 手拿锡线时，锡线头长度应留出3- 5CM。（10）焊点的标准是：焊点呈锥形，焊锡要适量，表面有光泽，光滑，清洁等。（11）常见的不良焊点有：虚焊，假焊，漏焊，锡球，锡尖等。（12） 烙铁尖上有锡渣时在焊锡棉上擦掉，焊锡棉要清洗干净，使用时要保持湿润。（13） 烙铁使用后必须放在烙铁架上，不充许传递，防止意外烫伤。（14） 组件脚突出线

20、路板太短会导致锡球脱焊。（15） 排焊时，要把握用锡量，速度要快，拖到最后点应还有助焊剂。第五章 总结与心得这次模拟电子基础课程设计的学习，学到了很多关于模电理论方面和实践方面的知识，受益匪浅。我对这门课程设计非常感兴趣。不仅锻炼了自己的动手能力，也加深了对模电功率放大器方面知识的理解。我们最先要做的是绘制一份合理的高保真音频功率放大器的电路原理图，在这过程中我们根据各种元件的用途、型号及实际应用效果，查找了许多有关方面的资料，也观察分析了许多功率放大器的电路图，学会了如何绘制一张实际的功率放大器电路原理图。 期间我发现了很多问题，经过反复思考与分析，发现原来许多理论的功率放大器原理图都与实践

21、有很大的区别，我耐心的一个个对原理图进行分析，最后我们确定了自己的合理的原理图，进行了分析和元件参数的一定程度的修改。最后确定了实际功率放大器的元件参数，即确定了实际功率放大器的焊接原理图。紧接着开始了我们的实物焊接阶段。因为之前的电工实习让我简单的接触到了焊接实物，以为会比较轻松，但实际焊接起来才发现此次与电工实习中的焊接实物有很大的不同，要自己对焊板上元件进行布置和焊接电路元件连线，增加了很大的难度。在此期间，除了对元件较好的焊接外，还要考虑电路元件间的影响（即元件之间信号的干扰等问题），还要考虑元件连线的不相交以及焊板面积的大小、元件摆放和连线的美观性等，所以想要焊出一块实用又美观的板子

22、，还要经过一番考虑和布置。通过这短暂几天的学习，让我体会到想要创造一个实用的电子设备要经过很长时间的设计与改造，因为实际与理论又很大的区别。在我们学习的过程中不仅考验了我们对知识的吸收和掌握，而且也考验了我们的细心和耐心。提到细心和耐心，我深有体会。作为一个电信专业的学生，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，还有以前看的集成板上让人难琢磨的电路焊接图我都可以看懂一些了，其中的电路仿真也让我对以前学习的电路知识有了详细地了解。我们顺利完成了这周的模拟电子的课程设计。完成这次课程设计我觉得收获很多，不仅提高了自己的设计能力

23、及动手能力。更多的是让我看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。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。只有这样我们才能真正的去掌握它，而不是只懂得一点皮毛。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。只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。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。 对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。第六章 致谢在此次电子设计中我们得到了刘银辉老师以及实验室老师的支持和众同学的帮助，还有大家共同努力，组员的团结协作，我们才得以圆满地完成此次设计，在此对给予支持与关怀的人士表示衷心的感谢！第七章 附录附录一：参考文献1康华光电子技术基础(模拟部分)北京：高等教育出版社，2006.12 杜刚.电路设计与制版Protel应用教程.清华大学出版社，20063李炎清 .毕业论文写作与范例.厦门：厦门大学出版社，2006.104潭博学；苗江静.集成电路原理及应用.北京：电子工业出版社，2003.95陈梓城 .家用电子电路设计与调试.北京：中国电力出版社，2006 附录二：原理图