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文檔簡介
1、<p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要3</b></p><p> Abstract4</p><p><b> 前 言5</b></p><p> 第一章 放大電路的設(shè)計7</p><p>
2、 1.1 半導(dǎo)體三極管7</p><p> 1.1.1基本結(jié)構(gòu)7</p><p> 1.1.2電流放大作用7</p><p> 1.1.3特性曲線8</p><p> 1.2 基本交流放大電路9</p><p> 1.2.1放大電路的組成9</p><p> 1.2.2
3、放大電路的靜態(tài)分析10</p><p> 1.2.3放大電路的動態(tài)分析10</p><p> 1.2.4分壓式偏置電路12</p><p> 1.3 多級放大電路13</p><p> 1.3.1多級放大器的耦合方式13</p><p> 1.3.2阻容耦合放大電路的電壓放大倍數(shù)15</p&
4、gt;<p> 1.3.3阻容耦合放大器的幅頻特性15</p><p> 第二章 濾波器的設(shè)計16</p><p> 2.1 濾波器的選擇16</p><p> 2.2 有源帶通濾波器的設(shè)計18</p><p> 第三章 擴音機的設(shè)計19</p><p> 3.1 擴音機的設(shè)計
5、19</p><p> 3.2 擴音機電路的原理分析20</p><p> 3.2.1前置放大電路20</p><p> 3.2.2有源帶通濾波器20</p><p> 3.2.3 功率放大電路20</p><p><b> 結(jié) 論21</b></p><
6、p><b> 參考文獻22</b></p><p><b> 致 謝23</b></p><p><b> 摘 要</b></p><p> 本次設(shè)計主要是根據(jù)大學(xué)里所學(xué)過的電子知識的一次綜合性的應(yīng)用,對擴音機電路進行設(shè)計,擴音機電路的設(shè)計主要分為三個部分,第一部分是前置放大電路
7、,需要掌握電路的基本概念、基本定律和基本分析方法,半導(dǎo)體三極管及交流放大電路。第二部分是濾波器設(shè)計,選定有源帶通濾波器進行工作,需要了解整流、濾波及穩(wěn)壓電路。第三部分是進行功率放大,分析多級放大器選擇適當(dāng)放大電路進行功率放大。根據(jù)設(shè)計要求和理論需求將三部分知識相結(jié)合選擇特定的電路作為擴音機電路。</p><p> 關(guān)鍵詞:帶通濾波器;前置放大器;擴音機電路。</p><p><b&
8、gt; Abstract</b></p><p> This is designed according to the university of electronic knowledge learned a comprehensive application, amplifier circuit design, amplifier circuit design can be divided in
9、to three parts, the first part is the preamplifier circuit, need to master the circuit of the basic concept, the basic law and basic analysis method, the semiconductor transistor amplifier circuit and communication. The
10、second part was the filter design, selected active band-pass filters, need to understand the rectifier, fi</p><p> Key words: Band pass filter; Preamplifier; Amplifier circuit.</p><p><b>
11、 前 言</b></p><p> 功率放大器簡稱功放,俗稱“擴音機”,是音響系統(tǒng)中最基本的設(shè)備,它的任務(wù)是把來自信號源(專業(yè)音響系統(tǒng)中則是來自調(diào)音臺)的微弱電信號進行放大以驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音。擴音機的作用就是把來自音源或前級放大器的弱信號放大,推動音箱放聲。一套良好的音響系統(tǒng)功放的作用功不可沒。其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進行放大后,產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚聲器進行聲音的重放。由于考
12、慮功率、阻抗、失真、動態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能,不同的功放在內(nèi)部的信號處理、線路設(shè)計和生產(chǎn)工藝上也各不相同。擴音機的前級電路是對輸入信號進行直協(xié)調(diào)處理、起前置放大作用,并執(zhí)行音色調(diào)控工作的電路。按功能不同,可以前置放大器(又稱前級)、功率放大器(又稱后級)與合并式放大器。功率放大器簡稱功放,用于增強信號功率以驅(qū)動音箱發(fā)聲的一種電子裝置。不帶信號源選擇、音量控制 等附屬功能的功率放大器稱為后級。前置放大器是功放之前的預(yù)放大和控制
13、部分,用于增強信號的電壓幅度,提供輸入信號選擇,音調(diào)調(diào)整和音量控制等功能。前置放大器也稱為前級。將前置放大和功率放大兩部分安裝在同一個機箱內(nèi)的放大器稱為合并式放大器,我們家中常見的功放機一般都是合并</p><p> 有的所謂前后級分體式擴音機,把前級電路獨立一體,解剖其中的前級電路,也只不過是一個簡單的音調(diào)控制電路而已,實際使用時還必須加配均衡器才能獲得較好的擴音效果。擴音機的前級電路最好采用均衡器電路形式進
14、行設(shè)計,這樣的前級電路一步到位,用戶可以減少配用均衡器的附加環(huán)節(jié)。由于各種信號源的強度不一,所以必須在功能轉(zhuǎn)換開關(guān)之前協(xié)調(diào)理好各種信號的輸入強度,對過強的信號進行適當(dāng)?shù)乃p,或?qū)Υ笕醯牡男盘柌扇”匾姆糯蟠胧?,以求得到強度一致的輸入信號,是協(xié)調(diào)處理的基本方法</p><p> 現(xiàn)在音響配置已傾向于各種單元的音響器材分開購買,組合配套的方向發(fā)展。把各科音響器材的技術(shù)要求格式化,是順應(yīng)這一消費需求、實現(xiàn)國產(chǎn)專業(yè)音響
15、器材系統(tǒng)化發(fā)展,走出規(guī)格經(jīng)營的必經(jīng)之路。這里的格式化并非以同一種電路形式進行設(shè)計,而是其中的某些接口技術(shù)要求應(yīng)匹配。象收音頭,現(xiàn)在市場上流行的機型中,有的輸出信號為103mV,有的為150mV、380mV等,如此不同的生產(chǎn)廠家各走各路,對于擴音機收音功能的輸入的合理設(shè)計便增加了難度。如果收音頭的信號輸出強度都定為150mV,這樣,可將擴音機的收音輸入電路的最佳匹配設(shè)定在150mV的輸入點上,消費者走分開購買,便無配套的后顧之憂了。<
16、;/p><p> 為了減少失真和噪聲我所用的是具有有源帶通濾波器,一個理想的濾波器應(yīng)該有一個完全平坦的通帶,例如在通帶內(nèi)沒有增益或者衰減,并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉,另外,通帶外的轉(zhuǎn)換在極小的頻率范圍完成。實際上,并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠?qū)⑵谕l率范圍外的所有頻率完全衰減掉,尤其是在所要的通帶外還有一個被衰減但是沒有被隔離的范圍。</p><p> 第一章 放大
17、電路的設(shè)計</p><p> 1.1 半導(dǎo)體三極管</p><p><b> 1.1.1基本結(jié)構(gòu)</b></p><p> 三極管的種類很多,按照工作頻率分,有高頻管、低頻管;按照功率分,有小功率管、 大功濾管;按半導(dǎo)體材料分,有硅管、鍺管等。但是從它們的外形看,三極管都有三個電極。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同,三極管可分為NPN和PNP兩大類型。NPN
18、型三極管的結(jié)構(gòu)是由三層半導(dǎo)體組成:兩邊各為一層N型半導(dǎo)體,中間是一層很薄的P型半導(dǎo)體。從三層半導(dǎo)體上各自接出的引線就是三極管的三個電極。它們分別稱為發(fā)射極E、基極B和集電極C,對應(yīng)的各層半導(dǎo)體稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)?;鶇^(qū)與發(fā)射區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)。雖然發(fā)射區(qū)和集電區(qū)都是N型半導(dǎo)體,但由于他們的摻雜濃度不同和制造尺寸不同,故在使用時不能互換。PNP型三極管和NPN型三極管的工作原理基本相同,僅在使用時電源極性連接正好相反。<
19、;/p><p> 1.1.2電流放大作用</p><p> 當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置時,發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子——電子就會因擴散運動而越過發(fā)射結(jié)進入基區(qū),同時基區(qū)的多數(shù)載流子空穴也會因擴散運動越過發(fā)射結(jié)進入發(fā)射區(qū),這兩種多數(shù)載流子的運動共同形成射極電流。由于基區(qū)空穴濃度很低,所以空穴擴散運動可以忽略。</p><p> 電子進入基區(qū)后,靠近發(fā)射結(jié)的地方濃度高,遠離發(fā)射結(jié)的地方濃
20、度低,于是電子繼續(xù)向集電結(jié)方向擴散。在擴散過程中,有極少的電子與基區(qū)空穴結(jié)合,電源不斷地從基區(qū)拉走價電子,產(chǎn)生空穴,形成基極。</p><p> 因為集電結(jié)反偏,所以當(dāng)電子擴散到集電結(jié)附近時,就在電場力作用下越過集電結(jié),到達集電區(qū),形成集電極電流。</p><p> 因為集電結(jié)反偏,所以當(dāng)電子擴散到集電結(jié)附近時,就在電場力的作用下越過集電結(jié),到達集電區(qū),形成集電極電流。有以上分析可知,
21、發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子數(shù)目等于基區(qū)復(fù)合的電子與集電結(jié)收集的電子之和。</p><p> 若將微安表和兩個毫安表分別表示接入基極、集電極和發(fā)射極,調(diào)節(jié)電位器,這時基極電流、集電極電流IC和發(fā)射極的電流都會改變。</p><p> 三極管的三個電極的電流關(guān)系滿足KCL定律: =+</p><p> 基極電流比集電極電流和射極電流小很多,因此,在三極管中=?;婋娏鞯奈⑿?/p>
22、變化可以引起集電極電流很大的變化,這就是三極管的電流放大作用。</p><p><b> 1.1.3特性曲線</b></p><p> (1) 輸入特性曲線</p><p> 管的種輸人特性曲線是反映三極管輸人回路電壓和電流關(guān)系的曲線,它是在輸出電壓為定值時,與對應(yīng)關(guān)系的曲線。當(dāng)輸入電壓較小時,基極電流很小,通常近似為零。當(dāng)大于三極管的死
23、區(qū)電壓后,開始上升。</p><p> 三極管正常導(dǎo)通時,硅管約為0.7V,鍺管約為0.3V,此時的值稱為三極管工作時的發(fā)射結(jié)正向壓降。 </p><p> 圖1-1輸入特性曲線</p><p> (2) 輸出特性曲線</p><p> 輸出特性曲線是反映三極管輸出回路電壓與電流關(guān)系的曲線,是指基極電流為某一定值時,集電極電流與集電極
24、電壓對應(yīng)關(guān)系的曲線。</p><p> 截止區(qū) : 習(xí)慣把IB=0曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū),三極管處于截止狀態(tài),相當(dāng)于三極管內(nèi)部各極開路。在截止區(qū),三極管發(fā)射結(jié)反偏或零偏,集電結(jié)反偏。 </p><p> 放大區(qū) : 它是三極管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時的工作區(qū)域。最主要特點是IC受IB控制,具有電流放大作用。</p><p> 飽和區(qū) : 當(dāng)VCE小于VBE時
25、,三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正偏,此時IC已不再受IB控制。此時管子的集電極—發(fā)射極間呈現(xiàn)低電阻,相當(dāng)于開關(guān)閉合。 </p><p> 圖1-2 輸出特性曲線</p><p> 1.2 基本交流放大電路</p><p> 1.2.1放大電路的組成</p><p> 共發(fā)射極基本放大電路由三極管、電阻和電容所組成V—晶體三極管,起電
26、流放大作用+—直流供電電源 —基極偏置電阻,—輸入耦合—輸出耦合電容 </p><p> RC—集電極負載電阻。放大電路的電壓、電流符號規(guī),共發(fā)射極基本放大電路。</p><p> 直流分量——用大寫字母和大寫下標表示,如、、、、。</p><p> 交流信號——用小寫字母和小寫下標表示,如、、、、。</p&g
27、t;<p> 交流和直流疊加信號——用小寫字母和大寫下標表示,如、、、、。</p><p> 圖1-3共發(fā)射極基本發(fā)大電路</p><p> 1.2.2放大電路的靜態(tài)分析</p><p> 根據(jù)直流通路得出以下計算公式:=</p><p> 略去V的影響不計,即 : </p><p> 根據(jù)
28、三極管的電流放大特性可得:</p><p> =β </p><p> 輸出回路直流通路可得出以下公式</p><p><b> =-</b></p><p><b> 圖1-4直流通路</b></p><p>
29、1.2.3放大電路的動態(tài)分析</p><p> 根據(jù)在輸入特性曲線上畫波形;在輸出特性曲線上作交流負載線;在輸出特性線上根據(jù)波形,畫出輸出電壓和輸出電流波形。</p><p> 圖1-5 放大電路的動態(tài)分析</p><p><b> (1) 飽和失真</b></p><p> 若偏置電阻偏小,基極電流就較大,
30、由示波器觀察到的輸出電壓波形就會產(chǎn)生飽和失真。</p><p> 圖1-6 飽和失真</p><p> 產(chǎn)生飽和失真的原因是:偏大時,靜態(tài)工作點偏高,當(dāng)輸入信號正半周幅度較大時管子進入飽和區(qū),增大無法使相應(yīng)增大,于是會出現(xiàn)飽和失真。 </p><p><b> (2) 截止失真</b></p><p> 若偏置
31、電阻偏大,此時基極電流很小,由示波器觀察到的輸出電壓波形將出現(xiàn)截止失真。 </p><p> 圖1-7 截止失真</p><p> 產(chǎn)生截止失真的原因是:偏小時,靜態(tài)工作點偏低。在輸入電壓vi的負半周時,三極管的發(fā)射結(jié)將在一段時間內(nèi)處于反向偏置,造成負半周、的正半周相應(yīng)的波頂被削去。</p><p> 1.2.4分壓式偏置電路</p><
32、p><b> (1) 電路組成</b></p><p> 是上偏置電阻,是下偏置電阻。電源電壓經(jīng)、串聯(lián)分壓后為三極管提供基極電壓V。起到穩(wěn)定靜態(tài)電流的作用,是的交流信號旁路電容。 </p><p> 圖1-8分壓式偏置電路</p><p> (2) 電路靜態(tài)工作點的估算</p><p> 分壓式偏置
33、放大電路的直流通路圖所示,可推導(dǎo)出下列靜態(tài)工作點的估算公式。</p><p> 圖1-9分壓式偏置電路</p><p> (3) 動態(tài)參數(shù)計算</p><p> 圖1-10分壓式偏置放大電路的交流通路 輸入電阻 =// // ,輸出電阻 ≈。</p><p> 1.3 多級放大電路</p>&
34、lt;p> 1.3.1多級放大器的耦合方式</p><p> 為確保多級放大器能正常工作,級間耦合必須滿足以下兩個基本要求:(1)必須保證前級輸出信號能順利地傳輸?shù)胶蠹?,并盡可能地減小功率損耗和波形失真。(2)耦合電路對前、后級放大電路的靜態(tài)工作點沒有影響。</p><p><b> (1) 阻容耦合</b></p><p> 圖
35、1-11阻容耦合放大電路</p><p><b> (2) 變壓器耦合</b></p><p> 利用變壓器初次級線圈之間具有“隔直流耦合交流”的作用,使各級放大器的工作點相互獨立,而交流信號能順利輸送到下一級,就稱為變壓器耦合。 </p><p> 圖1-12變壓器耦合放大電路</p><p><b>
36、 (3) 直接耦合</b></p><p> 直接耦合放大器前后級之間沒有隔直流的耦合電容或變壓器,因此適用于放大直流信號或變化極其緩慢的交流信號。</p><p> 圖1-13直接耦合放大電路</p><p> 1.3.2阻容耦合放大電路的電壓放大倍數(shù)</p><p> 兩級阻容耦合放大電路方框圖在多級放大電路中,前級
37、輸出信號經(jīng)耦合電容加到后級輸入端作為信號,所以可將后級輸入電阻視為前級的負載。</p><p> 前級的電壓放大倍數(shù)為:=</p><p> 后級的電壓放大倍數(shù)為:= </p><p> 兩級總電壓放大倍數(shù)為:==*</p><p> 1.3.3阻容耦合放大器的幅頻特性</p><p> 電壓放大倍數(shù)的幅度與
38、頻率的關(guān)系曲線稱為幅頻特性曲線,放大倍數(shù)下降到中頻段放大倍數(shù)的0.707倍時,對應(yīng)的低端頻率稱為下限頻率,對應(yīng)的高端頻率稱為上限頻率。</p><p> 通頻帶 BW=- </p><p> 圖1-14阻容耦合放大器幅頻特</p><p> 圖1-15兩級放大器通頻帶</p><p> 第二章 濾波器的設(shè)計</p>
39、<p> 2.1 濾波器的選擇</p><p> (1) 帶阻和帶通濾波器</p><p> 濾波器在某個頻率的增益(gain)決定了濾波器對此頻率輸入的放大因子,增益可以取任意值,增益高的頻率范圍信號可以通過,稱為濾波器的通帶(pass band);相反,增益低的頻率范圍,濾波器對信號有衰減和阻塞作用,稱為濾波器的阻帶(stop band)。</p><
40、;p> 圖2-1帶通濾波器性能曲線 圖2-2帶阻濾波器性能曲線</p><p> 通帶截止頻率:上限截止頻率 下限截止頻率 通帶衰減</p><p> 阻帶截止頻率:上限截止頻率下限截止頻率 阻帶衰減:As</p><p> (2) 低通和高通濾波器</p><p> 圖2-3低通濾波器性能曲線圖2-4高
41、通濾波器性能曲線</p><p> 通帶截止頻率:又稱為通帶上限頻率。</p><p><b> 通帶衰減:</b></p><p> 阻帶截止頻率:又稱阻帶下限截止頻率。</p><p><b> 阻帶衰減:</b></p><p> 2.2 有源帶通濾波器的設(shè)計
42、</p><p> 有源帶通濾波器以其良好的幅頻特性在信號的分析與測量中到泛應(yīng)用根據(jù)標準有源帶通波器原理采用頻域分析法可得出有源帶通濾特征頻率計算公式在此基礎(chǔ)上推薦了一種快捷實用參數(shù)選擇方法并對單級兩級串聯(lián)有源帶通器進行了幅頻特性數(shù)字仿真。 測量和分析工程信號時往往只需對特定頻率或者特定頻率范圍的信號進行測量和分析,但在實際工程信號中,往往包含各種各樣的干擾信號?;蛘哒f是人們不感興趣的
43、信號為了消除這些信號所產(chǎn)生的不良影響,人們最先想到的就是利用一個理想的帶通濾波器將這些干擾信號全部剔除。但理想帶通濾波器僅在理論上存在實際設(shè)計和應(yīng)用的帶通濾波器只能盡可能地逼近理想的帶通濾波器。</p><p> 圖2-5有源帶通濾波器原理</p><p><b> 頻域分析法:</b></p><p> 假設(shè):H()=,有圖可知<
44、/p><p> 當(dāng)時,H()=0;當(dāng)0時,</p><p> H()= (1)</p><p><b> 那么的幅值為:</b></p><p><b> = (2)</b></p><p> 假設(shè)該通帶濾波器的特征頻率為,則上式可以得出的最大值為(此時):<
45、/p><p><b> = (4)</b></p><p><b> 即:=或= (4)</b></p><p> 由(3)、(4)兩式不難看出,若取==,則有</p><p><b> =,=,</b></p><p><b> =&l
46、t;/b></p><p> 若在取===,就可得到</p><p><b> =,=,=</b></p><p> 例如要設(shè)計一個交流工頻基波(50Hz)的有源帶通濾波器,要求濾波器的增益為2.5左右。</p><p> 第三章 擴音機的設(shè)計</p><p> 3.1 擴音機的
47、設(shè)計</p><p><b> 。</b></p><p> 圖3-1擴音機原理圖</p><p> 此原理圖有三部分組成:前置放大電路,有源帶通濾波器和功率放大電路</p><p> 3.2 擴音機電路的原理分析</p><p> 3.2.1前置放大電路</p><
48、p> 由管、、、、、以及、組成,是一種分壓式偏置公射放大器。用以調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點,讓位于交流負載線的中點附近,從而使放大器獲得較大的動態(tài)范圍。</p><p> 3.2.2有源帶通濾波器</p><p> 由集成運算放大器及外接元件、、、、、、、以及所組成,有效控制音頻以外的噪音和干擾。是一種帶開關(guān)的合成膜電位器,用以實現(xiàn)音量控制。</p><p> 3
49、.2.3 功率放大電路</p><p> 由組成推動級,和組成互補對稱功率放大器的輸出級。靜態(tài)時,只要選擇合適的,就可以給和提供一個合適的偏置,從而使中點電壓為/2,這個電壓對電容充電,電容充得左正右負的電壓,電壓值也為/2,所以電的互補對稱功率放大器實質(zhì)是具有/2的雙電源互補對稱功率放大器。</p><p><b> 結(jié) 論</b></p>&l
50、t;p> 通過這次對具有有源帶通濾波器的擴音機電路的的設(shè)計,檢驗了我這幾年年來在學(xué)校所學(xué)到的電工電子方面的專業(yè)技術(shù)知識,在設(shè)計的過程當(dāng)中,使我深刻的體會到了基本功的重要性,也認識到了自己在學(xué)校所學(xué)的基本功的薄弱,這次設(shè)計從中體驗頗深,如何將相關(guān)知識融會貫通,通過自己簡單微薄的知識設(shè)計出這樣作品,此設(shè)計的優(yōu)點就是原理簡單易懂,靈活性強,適合于像我們這樣初學(xué)者的研究。與此同時,我也深深感受到了只要肯用功,沒有什么東西學(xué)不到的。我也更
51、深刻的了解了電工電子設(shè)計的廣泛應(yīng)用及發(fā)展趨勢的重要性,理論結(jié)合實際,把所學(xué)的轉(zhuǎn)換成所用的。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 謝蘭清, 陳嬌英, 黃飛. 電子技術(shù)項目教程. 電子工業(yè)出版社. 2008</p><p> [2] 周永萱, 袁芳, 高鵬毅. 電工電子學(xué)(第二版). 華中科技大學(xué)出版社.
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58、lt;p> 轉(zhuǎn)眼間,我的大學(xué)畢業(yè)論文寫作工作已經(jīng)到了尾聲?;叵脒@幾個月的寫作歷程,我的心久久不能平靜。還記得剛開始接觸到論文題目,確定論文寫作方向時候的迷惘。是我尊敬的導(dǎo)師,萬鵬程老師給予了我親切的關(guān)懷和悉心的指導(dǎo)。他嚴肅的科學(xué)態(tài)度,嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神,精益求精的工作作風(fēng),深深地感染和激勵著我。使我把握了論文的整體思路,寫作方向和寫作重點,進而順利的完成了寫作工作。在此我向萬老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。同時我還要感謝同組的同學(xué)們
59、,感謝大家在我遇到困難和疑惑時真誠的幫助我、支持我。借此機會,還要感謝大學(xué)三年中,我所有的任課老師。他們在這四年間對我的教誨與幫助,我永遠都不會忘記。這次畢業(yè)論文能夠最終順利完成,也歸功于他們的認真負責(zé),使我能夠很好的掌握專業(yè)知識,并在論文中得以體現(xiàn)。最后我要感謝我的親人和朋友,是親人含辛茹苦把我撫養(yǎng)成人,是朋友在百忙之中給我鼓勵并且提供必要的論文資料。隨著畢業(yè)論文寫作的完成,我的大學(xué)生活也即將結(jié)束,我要感謝在我人生中最美麗的四年里出現(xiàn)
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