对讲机放大电路的设计.docx
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对讲机放大电路的设计
题目对讲机放大电路的设计
学院理学院
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对讲机放大电路的设计
目录
一、工作原理2
共射级电路3
OCL电路6
二、技术指标6
三、设计步骤和方法7
1、确定电路方案7
2.计算元器件参数7
对讲机放大电路的设计
放大器具有放大微弱信号的功能,所以得到了广泛的使用。
但因单级放大电路的增益不够高,实用的放大器一般均由多级放大电路组成。
以简单的对讲机为例,介绍多级放大电路的设计方法。
一、工作原理
简单的对讲机原理图如下,其核心部分是放大器,它的作用是把话筒传送来的微弱电信号,放大到足以使扬声器发出声音。
如图1所示,利用开关K的切换作用,可以改变Y1、Y2与放大电路连接的位置,使Y1、Y2交替作为话筒和扬声器使用。
K处在图中所示位置时,Y2通过K接到放大器的输入端成为话筒,Y1则接在输出端为扬声器。
此时有人对着Y2讲话时,Y2把声音信号转换成电信号加到放大器的输入端,经放大器放大后可带动扬声器Y1发出声音,从而可在Y1处收听到Y2处的讲话。
当K拨到另一位置时,则可以在Y1处讲话,Y2处收听。
可以看出通过开关K的控制,能够实现双向有线通话。
因此,通常将此电路装置称作对讲机。
由于双向放大电路的对称性,下面仅对其中一向的设计进行详细介绍。
二、设计思路
利用已学的基本放大电路(共射极,共基极,共集电极)以及负反馈技术,和功率放大器的相关知识设计多级放大电路,在满足对讲机的各项技术指标,并能取得比较理想的放大效果。
三、技术指标
对于不同的放大器来说,由于用途不同,技术指标也就不问。
因此要根据给定的技术指标进行电路设计。
对于这个对讲机的前置放大器给定技术指标为:
(1)电压放大倍数:
A=100
(2)最大输出电压:
Vo=1V
(3)频率响应:
30Hz-30kHz
(4)输入电阻:
R>15kΩ
(5)失真度:
y<10%
(6)负载电阻:
R=2KΩ
(7)电源电压;Ec=12V
四、设计步骤和方法
如方框图所示,电路可分为两大部分,左边为前置级,右边为输出级。
本电路电压增益为100倍,考虑到电路的输入电阻不很高(r>15K),输出阻抗也不太低,负载取的电阻也不大(R=2k)。
因此前置级的电路可采用共射电路。
由于单级放大电路的电压增益为35db左右,两级放大电路的增益为65db左右。
考虑到要引一定深度的负反馈(一般为1+AF=10左右),而电路的增益要求为100倍,所以前置级用两级共射电路组成。
静态偏置采用典型的工作点稳定电路。
级间耦合采用阻容耦合方式。
输出级利用OTL电路,把来自前置级的电压信号进行功率放大,以带动扬声器。
共射极放大电路的分析
如图C所示电路,B点的电流方程为
I2=I1+IBQ
为了稳定Q点,通常情况下,参数选取应满足
I1>>IBQ
因此
I2≈I1
所以B点电位
表明基极电位几乎决定于Rb1和Rb2对VCC的分压,而与环境温度无关,即温度变化时UBQ基本不变。
当温度升高时,集电极电流IC增大,发射极电流IE必然相应增大,因而发射极电阻RE上的电压UE即发射极的电位随之增大,因为UBQ基本不变,而UBE=UB-UE,所以UBE势必减小,导致基极电流IB减小,IC也随之相应减小,结果IC随温度升高而增大的部分几乎被由于IB减小而减小的部分相抵消,IC将基本不变,UCE也将基本不变,从而Q点在晶体管输出特性坐标平面上的位置基本不变。
上述过程简写为:
T(℃)↑→IC↑(IE↑)→UE↑(因为UBQ基本不变)→UBE↓→IB↓
IC↓←———————————————————|
温度降低时变化与之相反。
不难看出,在稳定过程中RC起重要作用,当晶体管的输出回路电流IC变化时,通过发射极电阻RE上产生电压的变化来影响BE间电压,从而使IB向相反方向变化,达到稳定Q点的目的。
这种将输出量IC通过一定的方式引回到输入回路来影响输入量的措施称为反馈。
静态工作点的估算
已知
I1>>IBQ
发射极电流
由于ICQ≈IEQ,所以
UCEQ≈VCC-ICQ(RC+RE)
基极电流
动态参数的估算
OCL电路
在OCL电路中,T2和T1特性对称,采用了双电源供电。
静态时,T1和T2均截止.输出电压为零。
设晶体管b—e间的开启电压可
忽略不计;输入电压力正弦波。
当Ui>0时,T1管导通,T2管截止,正电源供电,电流如图9.1.5中实线所示,电路为射极输出形式,UO=Ui,当Ui<0时,T2管导通,T1管截止,负电源供电,电流如图9.1.5中虚线所示,电路也为射极输出形式,UO=Ui;可见电路实现了T1和T2交替工作,正、负电源交替供电,输出与输入之间双向跟随。
不同类型的两只晶体管(T1和T2)交替工作,且均组成射极输出形式的电路称为“互补”电路。
严格地说,当输入信号很小时,达不到三极管的开启电压,三极管不导通;当输入信号超过开启电压,但超过不多,三极管虽然能导通,但输出波形会出现失真。
在输出信号正、负半周交替过零处,因三极管存在开启电压而形成的非线性失真,称为交越失真,交越失真的示波器波形如图4所示。
图4交越失真波形图(下方波形)
为消除交越失真,可给三极管稍稍加一点偏置,使之工作在甲乙类。
图5用二极管提供偏置的甲乙类互补功率放大电路
计算元器件参数
电路方案确定以后,即可根据给定的技术要求进行元器件参数的选择。
在确定元器件的参数时,可以从后级开始,根据负载条件确定后级的偏置电路然后再计算前级的偏置电路。
进一步由放大电路的频率特性确定耦合电容和旁路电容的容量。
最后由电压放大倍数确定负反馈网络的参数。
(1)确定电源电压EC
为保证输出电压幅度能达到指标要求,电源电压EC应满足如下要求:
EC>2Vom+VE+VCES
式中
Vom最大输出幅度,
VE晶体管发射极电压,VE=1-3v
VCES晶体管饱和压降,VCES=1v
指标要求的最大输出电压Vo=1V,给定电源电压Ec=12v,可以满足要求。
(2)确定T2的集电极电阻为Rg和静态工作电流ICQ2
由图可知,Q点在交流负载线的中点,因此T2静态工作点满足下列条件:
因在晶体管的饱和区和截止区,信号失真很大,为了使电路不产生饱和失真和截止失真VCEQ2应满足:
VCEQ2>Vom+VCES
代入上式可得
(3)确定T2发射级电阻R9
(4)确定晶体管T2
选取晶体管时主要依据晶体管的三个极限参数;
(5)确定T2的基极电阻R6,R7
(6)确定T2静态工作点
因为第一级是放大器的输入级,其输入信号比较小,放大后的输出电压也不大。
所以对于第一级,失真度和输出幅度的要求比较容易实现。
主要应考虑如何减小噪声,因输入级的噪声将随信号一起被逐级放大,对整机的噪声指标影响极大。
晶体管的噪声大小与工作点的选取有很大关系,减小静态电流对降低噪声是有利的,但对提高放大倍数不利。
所以静态电流不能太小。
在工程计算中,一般对小信号电路的输入级都不详细计算而是凭经验直接选
(7)确定T1的集电极电阻R3,发射极电阻R4,R5
(9)T1基极电阻的选取
(10)反馈网络的计算
根据深反馈的计算方法
综上所述,总电路图如下
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