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吉林工程技术师范学院课程设计论文
电子技术课程设计论文
功率放大器设计
院系： 信息工程学院 专业： 电子信息工程 班级： D1143班 姓名： 程冰 学号： 13号 指导教师： 于静珠
2012年12月14日
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：系统总体方案设计·····································2
2.1功率放大器的设计目的和内容···················
22.2 LM386音频功率放大器····························2
2.3麦克风···················································3
2.4扬声器··················································· 4
第三章：原理图设计及仿真
··································5
3.1 设计方案················································5 3.2音频放大器原理图·······································5 3.3音频放大器的注意问题································6
第四章：硬件电路安装调试·····································7
4.1电路板的装配与调试································7
4.2电路板制作过程及注意问题·······················7 第五章：总结·····················································9 致谢 附录 参考文献
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第一章 绪论
如今，随着社会的不断发展与进步，物质文明已经充分的满足人们的需要了，而精神文明成为了生活中的难题，在满足他们视野的同时，耳朵也需要满足，这就需要人类发挥它们的聪明才智，发明一种功率放大器。
由于以前所遇到的功率放大器是不能满足需要，它们基本上都是小信号放大电路，并且主要用于增强信号的幅度，也就是说它不能放大声音，不能驱动负载。例如共射级放大电路、共集电级放大电路、共基级放大电路、场效应放大电路等等。但在实际应用中，许多电子设备都需要输出足够的功率来驱动负载，例如扬声器、执行电动机等等。因此放大电路的末级一般采用能够输出足够功率的功率放大器。
伴随着人们生活水平的提高，近年来随着国内外音响技术的迅猛发展，电子管音频放大器以他独特的魅力重出江湖，各种电子管层出不穷，日新月异，成为广大音响爱好者追求的热点。功率放大器不仅仅是消费产品（音响）中不可缺少的设备，还广泛应用于控制系统和测量系统中。低频功率放大器是一个技术相当成熟的领域，几十年来人们为之付出不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至思想认识上都取得了长足的进步。吉林工程技术师范学院课程设计论文
第二章：系统总体方案设计
2.1功率放大器的设计目的和内容
设计目的：
通过自己设计功率放大电路，对所学的模拟电子技术基础理论进行实践应用，从而掌握功率放大电路的基本原理，以及其主要的元器件的应用和工作原理，参数的计算等内容，了解BJT9013、LM386驻极体话筒、驱动扬声器的工作原理以及其主要性能。设计方案：
首先由小组成员对设计所需要的各种元器件进行检查核对，核对无误后开测量元器件的主要参数，后由小组成员设计电路图，经老师检查无误后由小组成员开始进行焊接，焊接结束后看其是否能够正常工作，若不能正常工作应及时找到原因并解决问题。设计思想：
要设计音频功率放大器首先由BJT9013和集成功率放大器LM386组成两极功率放大器，输入由驻极体话筒产生，输出由扬声器发声产生。
2.2 LM386音频功率放大器
LM386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。
种类：音频功率放大器
LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。吉林工程技术师范学院课程设计论文
2.3麦克风
麦克风：吉林工程技术师范学院课程设计论文
驻极体麦克风选用运放：LM386（选用原因：简单，用+5v单电源供电。而且电路中不想引入12V的电源，只用5V和3.3V）
目标：将输出音频电压信号放大到0到3.3V之间，适合于LPC2138进行采样（参考电压为3.3V和0v）。
这是我参看别人的电路（他用51采样，参考电压为+5V和0V），我用Pspice仿真了一下，驻极体麦克风等效为一正弦电压源（不知道是否正确？频率暂设为2500Hz，偏置为0v，幅值30mv）。如下图所示：
图2-3麦克风内部电路图
2.4扬声器
扬声器的工作原理：
永磁体通过轭铁在磁路的环形气隙中产生一个磁场，和扬声器纸盆相连的音圈插入环形气隙中，永磁体被外部的轭铁所包围，从而可以免遭外界杂散磁场的干扰，反过来也可以减小永磁体磁场对外界的影响，当声音以电流的形式通过磁场时线圈便会因电流强弱的变化产生不同频率的震动，进而带动纸盆发出不同频率和强弱的声音。吉林工程技术师范学院课程设计论文
第三章：原理图设计及仿真
3.1 设计方案
小组成员的设计方案得到了老师的认可和支持，本方案通过驻极体话筒将声音信号改为电信号后进入电路，后经过BJT9013对信号进行放大，再由LM386进行整理传送后由扬声器将电信号改成声音信号输出。
3.2音频放大器原理图
通过驻极体话筒将声音信号改为电信号后进入电路，后经过BJT9013对信号进行放大，再由LM386进行整理传送后由扬声器将电信号改成声音信号输出。其中利用9013组成的是一个射极偏置放大电路，并引出负反馈来有效控制电路。各元器件的工作原理：
1、LM386的工作原理
LM386 是一款为低工作电压应用场合所设计的功率放大器。在不用任何外部器件的情况下，内置增益放大倍数为 20。如果在第 1 脚和第 8 脚之间加一个电阻和电容，可使得增益高达 200。
输入为参考地时，输出被自动偏置为输入电压的一半。在 6V 供电的情况下，静态功耗仅有 24mW，因此在使用电池供电的设备里，LM386 是理想的功放。（1）增益控制
LM386 是一个多功能放大器，2 个引脚（第1脚和第8脚）提供了增益控制。当第 1 脚和第 8 脚开路时，内置的 1.35kΩ 的电阻设置增益为 20（26dB）。如果在第 1 脚和第 8 脚之间接一个电容来旁路此 1.35kΩ 的电阻，增益可达到 200（46dB）。如果再加一个电阻和此电容串联，增益可设置为 20 到 200 之间的任意值。在第 1 脚与地之间耦合一个电阻（或者FET），也可以控制增益。
在使用的时候，所添加的外置的元件，并联在内置反馈电阻上，以调整增益与频率响应范围。例如，我们可以通过反馈路径上的波段调整来补偿弱的扬声器的低音特性曲线。这是通过在第 1 脚和第 5 脚之间串联 RC 来实现的（并联在内置的 15 kΩ 电阻上）。为了得到 6 dB 的低音增强的/效果：R ≈ 15 kΩ。当第 8 脚开路时，在良好的稳定地工作的情况下，最小值：R = 10 kΩ。当第 1 脚与第 8 脚旁路时，R 可以低到 2 kΩ。有这个限制是因为，放大器仅仅在闭环增益大于 9 的情况下才能补偿。（2）输入偏置吉林工程技术师范学院课程设计论文
原理图显示：2 个输入端都通过一个 50 kΩ的电阻旁路到地。输入晶体管的基极电流约为 250 nA，因此，当左侧的输入端开路时，输入约为 12.5 mV。假如驱动 LM386 的直流源电阻高于 250 kΩ，这将会产生非常小的额外的补偿（在输入端大约为 2.5 mV，在输出端大约为 50 mV）。假如直流源电阻小于 10 kΩ，短接未使用的输入端到地也会降低补偿（在输入端大约为 2.5 mV，在输出端大约为 50 mV）。通过在未使用的输入端到地之间短接电阻，在这些值之间的直流源电阻，我们都能消除的它们的额外的补偿，等效为直流源电阻。当然，所有的补偿问题都会被消除，在输入端为电容耦合的情况下。在高增益使用 LM386 的时候（通过在在第1脚和第8脚之间旁路1.35kΩ的电阻），有必要旁路未使用的输入端，来阻止增益降低及可能发生的不稳定。可以通过加一个 0.1uF 的电容或者短接到地来实现，这取决于输入驱动端的直流源电阻。
3.3音频放大器的注意问题
(1)零件描述和零件标识有什么区别？
零件描述是零件在零件库里的名称，将外形和引脚功能相同的零件取的一个通用名称；零件标识是电路图里用户根据需要自行设计的名称，当然也不能随意乱取。一般情况下可以统称为零件名称，而不必细分。
零件属性对话框中的PartFields有两个作用，对于一般零件可以在这些设置中标注零件的参数；对于仿真零件可以在这些设置中设置有关仿真的模型参数。ReadOnlyFields一般用于仿真零件中的仿真模型的定义。
(3）如何直接更换零件？ 更换的零件上双击，在弹出的零件属性对话框中的LibRef中输入新零件描述，点击OK按钮即可完成零件的直接更换。（4）如何设置常用零件的默认零件封装？
可以用零件库编辑器打开要修改的零件，在零件描述（Description）对话框中Designator标签页里的PartFootPrint1中输入零件封装名。
(5)、如何直接从原理图切换到PCB设计？
点击菜单DesignUpdatePCB命令，即可实现原理图到PCB设计的自动切换。(2)零件属性对话框中的PartFields和ReadOnlyFields有什么用？
第四章：硬件电路安装调试吉林工程技术师范学院课程设计论文
4.1电路板的装配与调试
电路的装配：
功率放大器是一个小型电路系统，安装前要将各级进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布局，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，否则很容易出现自激。
安装前应检查元器件的质量，安装时特别要注意功放块、运算放大器、电解电容等主要零件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装，也可以从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级，安装两级要进行级联调试，直到整机安装与调试完成。
调试技术：
电路的调试过程一般是先分级调制，再级联调试，最后整机调试与性能指标测试。
分级调试又分为静态调试与动态调试。静态调试时，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。前置级、音调控制级
都是由运算放大器组成的，其静态输出直流电压均为Vcc／2，功放级的输出(OTL电路)也为Vcc／2．且输出电容Cc两端充电电压也应为Vcc／2。动态调试是指输入端接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，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，元器件数值是否合乎要求，否则是不会出现很大偏差的，因为集成运算放大器内部电路已经确定，主要是外部元件参数的影响。
小信号的输入线可以采用具有金属丝外套的屏蔽线，外套接地。整个输入级用单独金属盒罩起来，外罩接地。电源变压器的初、次级之间加屏蔽层。电源变压器要远离放大器前级，必要时可以把变压器也用金属盒罩起来，以利隔离。
4.2电路板制作过程及注意问题
焊盘应注意的常见问题：
焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。吉林工程技术师范学院课程设计论文
焊盘的开口：有些器件是在经过波峰焊后补焊的，但由于经过波峰焊后焊盘内孔被锡封住，使器件无法插下去，解决办法是在印制板加工时对该焊盘开一小口，这样波峰焊时内孔就不会被封住，而且也不会影响正常的焊接。
焊盘补泪滴：当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。相邻的焊盘要避免成锐角或大面积的铜箔，成锐角会造成波峰焊困难，而且有桥接的危险，大面积铜箔因散热过快会导致不易焊接。
第五章：总结吉林工程技术师范学院课程设计论文
此次模电课程设计是我大学生活重要的一步。在写课程设计论文其间，我通过查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改，最后顺利完成了论文。每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了音频功率放大器用途及工作原理，熟悉了音频功率放大器的设计步骤，锻炼了设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。但是此次设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。这次实践是对自己大学二年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很不全面，自己的求学之路还很长，以后更应该不断学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。
致 谢 在我的毕业设计中对我帮助最大莫过于我的指导教师 老师了。吉林工程技术师范学院课程设计论文
在完成设计当中，我的导师 老师，她总是不断询问我的设计情况，包括我的进展情况、在电路当中所遇到的困难情况和应该怎样解决这些困难。特别是在我遇到困难时，她都会与我一起来探讨应该怎样去做。当我在电路的调试过程中遇到了很棘手的问题时，老师不但向我伸出援助之手，更叫我不要灰心，在精神上给予我安慰，直到完成设计才松了口气。她为我能够按时完成设计给了很大的帮助，在我的设计当中起了决定性的作用。
在整个论文的撰写及修改过程，是在老师和同学的热心指导下完成的，在此，向在毕业设计当中给予我提供帮助的同学老师说一声“谢谢” 预祝老师在今后的生活及工作中，身体健康、工作顺利，在电子领域有更大的飞跃。
附录吉林工程技术师范学院课程设计论文
原件清单
功率放大器原理图吉林工程技术师范学院课程设计论文
参考文献
[1] 乔瑞萍，林欣.Lab VIEW 6i实用教程.北京:电子工业出版社,2003.[2] 肖玲妮，袁增贵.Protel99SE印刷电路板设计教程.北京:清华大学出版社.2003.[3]胡翔骏 电路分析(第二版)北京：高等教育出版社 2007
[4]华成英，童诗白 模拟子学基础（第四版）北京：高等教育出版社 2006 [5]高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之模拟电子线路设计 北京：电子工业出版社2007
