收音機課程設(shè)計----收音機音頻放大電路仿真設(shè)計

1、<p><b>　　本科生課程設(shè)計</b></p><p>　題 目收音機音頻放大電路仿真設(shè)計 </p><p>　學(xué) 院機械交通學(xué)院 </p><p>　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班級092班 <

2、/p><p><b>　　1 設(shè)計目的1</b></p><p>　　2 設(shè)計要求和設(shè)計方案分析1</p><p>　　2.1、設(shè)計要求1</p><p>　　2.2、設(shè)計方案分析1</p><p>　　2.2.1功率放大電路的分析1</p><p>　　2.2.2

3、 電壓放大電路的分析2</p><p><b>　　3 設(shè)計內(nèi)容3</b></p><p>　　3.1 功率放大電路3</p><p>　　3.1.1 功率放大電路的模擬仿真3</p><p>　　圖1 功率放大電路的模擬仿真及結(jié)果3</p><p>　　3.2、電壓放大電路3<

4、/p><p>　　3.2.3、反饋網(wǎng)絡(luò)的計算8</p><p>　　3.2.4 電壓放大電路仿真圖形及結(jié)果9</p><p>　　3.2.5、確定靜態(tài)工作點10</p><p>　　3.2.6輸入電阻、輸出電阻及電壓放大倍數(shù)的計算10</p><p>　　4 圖形仿真和運行結(jié)果11</p><

5、p>　　4.1、電路圖11</p><p>　　4.2、仿真結(jié)果及分析11</p><p>　　5 心得體會13</p><p>　　6 收音機原件對照表....................................................................................................

6、..................16</p><p><b>　　設(shè)計目的</b></p><p>　　1、培養(yǎng)大學(xué)生的實際動手操作能力</p><p>　　2、學(xué)習和使用multisim軟件</p><p>　　3、訓(xùn)練毅力和耐心。培養(yǎng)獨立思考問題的能力</p><p>　　4、較好的把握電

7、路圖和實物之間的聯(lián)系，并且會對造電路圖檢測錯誤</p><p>　　5、根據(jù)原理圖測出靜態(tài)工作點</p><p>　　設(shè)計要求和設(shè)計方案分析</p><p><b>　　2.1、設(shè)計要求</b></p><p>　　1、設(shè)計一個晶體管功率放大器電路，輸入信號600mV，輸出功率1-5W</p><p&

8、gt;　　2、輸出功率在1W到5W之間</p><p>　　3、放大器工作頻率范圍30Hz-30kHz</p><p>　　4、帶內(nèi)增益平坦度小于1dB</p><p>　　5、效率大于40%（越高越好）</p><p>　　6、電壓放大倍數(shù)：Au=170</p><p>　　7、最大輸出電壓：Uo=2.5V</

9、p><p>　　8、頻率響應(yīng)：30Hz—30kHz</p><p>　　9、輸入電阻：ri>15kΩ </p><p>　　10、失真度：γ<10%</p><p>　　11、電源電壓：EC=18V</p><p><b>　　12、β=100</b></p><p&g

10、t;　　2.2、設(shè)計方案分析</p><p>　　2.2.1功率放大電路的分析</p><p>　　在多級放大電路中，輸出的信號往往是送去驅(qū)動一定的裝置。考慮到功率放大電路不同于電壓放大，電流放大電路，因此功率放大電路包含著一系列在電壓器放大電路中沒有出現(xiàn)過的特殊問題，這些問題是：</p><p>　　1要求輸出功率盡可能大</p><p>

11、　　為了獲得大的功率輸出，因此功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此器件往往在接近極限運用狀態(tài)下工作。</p><p><b>　　2效率更高</b></p><p>　　由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個效率問題。所謂效率就是負載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率的比值。這個比值越大，意味著效率越高。</p><p

12、><b>　　3非線性失真要小</b></p><p>　　功率放大電路是在大信號下工作，所以不可避免地產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾。但是，在不同的場合下，對非線性失真的要求不同，例如，在測量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個問題顯得很重要，而在工業(yè)控制系統(tǒng)等場合中，則以輸出功率為主要目的，對非線性失真的要啟用就將為次

13、要問題了。</p><p>　　4功率器件的散熱問題</p><p>　　在功率放大電路中，有相當?shù)墓β氏脑诠茏拥募姌O上，是結(jié)溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為了一個重要問題。</p><p>　　此外，在功率放大電路中，為了輸出較大的信號頻率，器件承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性也就比較大，

14、所以功率管的損壞與保護問題也不容忽視。</p><p>　　2.2.2 電壓放大電路的分析</p><p>　　電壓放大電路的框圖如下圖所示，根據(jù)設(shè)計指標選擇多級放大電路，前置級為電壓放大，輸出級為功率放大，主要對前置級電壓放大電路進行設(shè)計。</p><p>　　電路方案的確定包括以下幾個方面內(nèi)容：</p><p>　　1根據(jù)總的電壓放大倍

15、數(shù)，確定放大電路的級數(shù)。</p><p>　　2根據(jù)輸入、輸出阻抗及頻率響應(yīng)等方面的要求，確定電路晶體管的組態(tài)及靜態(tài)偏置電路。</p><p>　　3根據(jù)三種耦合方式的不同特點，選用適當?shù)鸟詈戏绞健?lt;/p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　3.1 功率放大電路</p><p&

16、gt;　　3.1.1 功率放大電路的模擬仿真</p><p>　　圖1 功率放大電路的模擬仿真及結(jié)果</p><p>　　3.2、電壓放大電路</p><p>　　3.2.1、計算元器件參數(shù)</p><p><b>　　1、確定電源電壓</b></p><p>　　為保證輸出電壓幅度能達到指標要求

17、，電源電壓EC應(yīng)滿足如下要求：</p><p>　　EC>2Vom+VE+VCES</p><p>　　式中：Vom為最大輸出幅度 </p><p>　　VE為晶體管發(fā)射級電壓，取VE=1~3V。</p><p>　　VCES為晶體管飽和壓降，取VCES=1V。</p><p>　　指標要求的最大輸出電壓Vo=1

18、V，給定電</p><p>　　源電壓EC=15V，可以滿足要求。</p><p><b>　　圖2 電源電壓波形</b></p><p>　　2、確定T2的集電極電阻和靜態(tài)工作電流</p><p>　　因為這級的輸出電壓比較大，為使負載得到最大幅度的電壓，靜態(tài)工作點應(yīng)設(shè)在交流負載線的中點。如圖3所示。</p>

19、;<p>　　由圖可知，Q點在交流負載線的中點，因此的T2靜態(tài)工作點滿足下列條件。</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　圖3 靜態(tài)分析圖 </p><p>　　因在晶體管的飽和區(qū)和截止區(qū)，信號失真很大，為了使電路不產(chǎn)生飽和失真和截止失真，VCEQ2應(yīng)滿足：</p><

20、;p>　　VCEQ2>Vom+VCES (1-2)</p><p>　　由（1-1）式消去ICQ2并將（1-2）式代入可得： </p><p>　　取VE=3V；VCES=1V</p><p>　　則： </p><p>　　取R8=1k

21、 圖4 靜態(tài)工作點分析</p><p>　　由（1-1）式消去VCEQ2可得：</p><p>　　3、確定T2發(fā)射級電阻</p><p><b>　　取R9=422</b></p><p><b>　　4、確定晶體管T2</b>

22、;</p><p>　?。?）選取晶體管時主要依據(jù)晶體管的三個極限參數(shù)：</p><p>　　BVCEO>晶體管c-e間最大電壓VCEmax（管子截止時c-e間電壓）</p><p>　　ICM>晶體管工作時的最大電流ICmax（管子飽和時c-e回路電流）</p><p>　　PCM>晶體管工作時的最大功耗PCmax<

23、/p><p>　　由圖4可知：IC2最大值為IC2max=2ICQ2</p><p>　　VCE的最大值VCE2max=EC</p><p>　　根據(jù)甲類電路的特點，T2的最大功耗為：PCmax=VCEQ2·ICQ2</p><p>　　因此T2的參數(shù)應(yīng)滿足：</p><p>　　BVCEO>EC=18V

24、 ICM>2ICQ2 PCM> VCEQ2·ICQ2</p><p>　　選用S9011，其參數(shù)為：BVCEO>30V；ICM>30mA；PCM>400mW；滿足要求。</p><p>　?。?）確定T2的基極電阻</p><p>　　在工作點穩(wěn)定的電路中，基極電壓VB越穩(wěn)定，則電路的穩(wěn)定性越好。因此

25、，在設(shè)計電路時應(yīng)盡量使流過R6和R7的IR大些，以滿足IR>>IB的條件，保證VB不受IB變化的影響。但是IR并不是越大越好，因為IR大，則R6和R7的值必然要小，這時將產(chǎn)生兩個問題：第一增加電源的消耗；第二使第二級的輸入電阻降低，而第二級的輸入電阻是第一級的負載，所以IR太大時，將使第一級的放大倍數(shù)降低。為了使VB穩(wěn)定同時第二級的輸入電阻又不致太小，一般計算時，按下式選取IR的值： 圖5 基極電阻R6.R7分析圖

26、 IR =（5~10）IBQ 硅管</p><p>　　IR=（10~15）IBQ 鍺管</p><p>　　在上式中IR的選取原則對硅管和鍺管是不同的，這是因為鍺管的ICBO隨溫度變化大，將會影響基極電位的穩(wěn)定，因此IR取值一般比較大。對硅管來說ICBO很小，因此IR的值可取得小些。</p>

27、<p>　　本電路T2選用的是硅管，取IR=5IBQ β=100 </p><p>　　則：由圖5知： </p><p>　　取：R7=12kΩ；R6=48kΩ。

28、 </p><p>　　5、確定晶體管T1 </p><p>　?。?）確定T1的靜態(tài)工作點</p><p>　　因為第一級是放大器的輸入級，其輸入信號比較小，放大后的輸出電壓也不大。所以對于第一級，失真度和輸出幅度的要

29、求比較容易實現(xiàn)。主要應(yīng)考慮如何減小噪聲，因輸入級的噪聲將隨信號一起被逐級放大，對整機的噪聲指標影響極大。晶體管的噪聲大小與工作點的選取有很大的關(guān)系，減小靜態(tài)電流對降低噪聲是有利的，但對提高放大倍數(shù)不利。所以靜態(tài)電流不能太小。在工程計算中，一般對小信號電路的輸入級都不詳細計算，而是憑經(jīng)驗直接選?。?lt;/p><p>　　ICQ1=0.1~1mA 鍺管</p><p>　　ICQ

30、1=0.1~2mA 硅管</p><p>　　VCEQ=（2~3）V</p><p>　　如果輸入信號較大或輸出幅度較大時不能用此方法，而應(yīng)該具體計算。計算方法與計算第二級的方法相同。</p><p>　?。?）確定T1管的集電極電阻，發(fā)射級電阻 </p><p>

31、;<b>　　由圖6知： </b></p><p>　　?。篤E1=3V；VCEQ1=3V；ICQ1=1mA</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　圖6 電阻R3.R4.R5分析圖</p><p>　　?。篟3=12kΩ </p><p>　　取：

32、R4=250Ω；R5=2.7kΩ</p><p>　?。?）T1管基極電阻的選取</p><p>　　?。篒R=10IBQ，VE1=3V</p><p><b>　　由圖7知</b></p><p>　　?。篟1=143kΩ；R2=37kΩ 圖7 T1管電阻選取分析圖

33、</p><p>　　3.2.2、耦合電容和旁路電容的選取 </p><p>　　各級耦合電容及旁路電容應(yīng)根據(jù)放大器的下限頻率f1決定。這些電容的容量越大，則放大器的低頻響應(yīng)越好。但容量越大電容漏電越大，這將造成電路工作不穩(wěn)定。因此要適當?shù)倪x擇電容的容量，以保證收到滿意的效果。在設(shè)計時一般按下式計算：</p><p>　

34、　其中：RS是信號源內(nèi)阻，ri1是第一級輸入電阻。</p><p>　　其中：r01是第一級輸出電阻，ri2是第二級輸入電阻。</p><p>　　其中：ro2是第二級輸出電阻。</p><p>　　其中：Rb=R6//R7//R3</p><p>　　由于這些公式計算繁瑣，所以在工程計算中，常憑經(jīng)驗選?。?lt;/p><p&

35、gt;　　耦合電容：2~10μF</p><p>　　發(fā)射極旁路電容：150~200μF</p><p>　　現(xiàn)在用第二種方法確定C1、C2、C3、Ce1和Ce2</p><p>　　?。篊1=C2=C3=10μF</p><p>　　Ce1=Ce2=100μF</p><p>　　電容器的耐壓值只要大于可能出現(xiàn)在電容

36、兩端的最大電壓即可。</p><p>　　3.2.3、反饋網(wǎng)絡(luò)的計算</p><p>　　根據(jù)深反饋的計算方法，由圖8知</p><p><b>　　因為 </b></p><p>　　所以 Rf=100R4-R4≈4.5kΩ</p><p>　　取： Rf=

37、4.5kΩ，Cf=10μF 圖8 深反饋網(wǎng)絡(luò)圖</p><p>　　3.2.4 電壓放大電路仿真圖形及結(jié)果</p><p>　　圖9.1 </p><p>　　輸入電壓 輸出電壓 </p><p><b>　　圖9.2 <

38、;/b></p><p>　　3.2.5、確定靜態(tài)工作點</p><p>　　圖10 T1管靜態(tài)圖 圖11 T2管靜態(tài)圖 </p><p>　　根據(jù)靜態(tài)分析圖靜態(tài)工作點分析圖 </p><p>　　求得T1,T2管的靜態(tài)工作點</p><p>　　IB1=0.0107mA

39、 　 IC1=1.071mA VCE1=3.65V</p><p>　　IB2=0.058mA IC2=5.8mA VCE2=3.6V</p><p>　　3.2.6輸入電阻、輸出電阻及電壓放大倍數(shù)的計算</p><p><b>　　根據(jù)小信號模型法</b></p><p&g

40、t;　　圖12 電路小信號模型圖</p><p>　　計算輸入電阻、輸出電阻及電壓放大倍數(shù)</p><p>　　ri1= 4.6KΩ ro1=7.0KΩ 　 Av1=-261 </p><p>　　ri2= 1.4KΩ 　ro2=1.2Ω 　Av

41、2= 165 </p><p>　　Av=Av1×Av2=9669</p><p>　　4 圖形仿真和運行結(jié)果</p><p

42、><b>　　4.1、電路圖</b></p><p>　　圖13 設(shè)計電路圖</p><p>　　4.2、仿真結(jié)果及分析</p><p>　　輸入電壓 兩級放大電壓 輸出電壓</p><p>　　圖14 輸入、兩級、輸出電壓仿真結(jié)果</p>&

43、lt;p>　　圖15電壓放大仿真波形</p><p>　　圖16 幅頻曲線 圖17相頻曲線</p><p>　　幅頻特性：隨著頻率的增加，電壓幅值也隨之增加。當頻率達到100Hz時，幅值趨于穩(wěn)定。</p><p>　　相頻特性：隨著頻率的增加，相位角隨之減小。當頻率達到1KHz時，相位角趨于穩(wěn)定。</

44、p><p>　　圖18 最大功率仿真結(jié)果 圖19 最小功率仿真結(jié)果</p><p><b>　　5 心得體會</b></p><p>　　通過這次的課程設(shè)計，我可以更好的使用multisim軟件，現(xiàn)在已經(jīng)基本上掌握了最基本的畫圖方法，可以利用其進行畫出電路原理圖，并進行仿真運行。但是，此軟件的許多其他功能在這次實習中并