电子技术课程设计指导书

电子技术课程设计

一、设计目的

二、设计方案

三、音频放大电路的设计及仿真

（一）设计指标要求

1、电压放大倍数：Au=145

2、最大输出电压：Uo=3.5V

3、频率响应：30Hz—30kHz

4、输入电阻：r i>15kΩ

5、失真度：γ<10%

6、负载电阻：R L=2kΩ

7、电源电压：E C=24V

（二）设计步骤和方法

1、选择电路方案

对讲机放大电路的框图如下图所示，根据设计指标选择多级放大电路，前置级为电压放大，输出级为功率放大，主要对前置级电压放大电路进行设计。

电路方案的确定包括以下几个方面内容：

（1）根据总的电压放大倍数，确定放大电路的级数。

（2）根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定电路晶体管的组态及静态偏置电路。

（3）根据三种耦合方式的不同特点，选用适当的耦合方式。

2、选择电路

根据上述要求选择的电路如图所示。

3、计算元器件参数

（1）确定电源电压E C ：

为保证输出电压幅度能达到指标要求，电源电压E C 应满足如下要求：

图一 E C >2V om +V E +V CES 式中：V om 为最大输出幅度

V E 为晶体管发射级电压，一般取V E =24V 。 V CES 为晶体管饱和压降，一般取V CES =3V 。

指标要求的最大输出电压V o =3V ，给定电源电压E C =24V ，可以满足要求。 （2）确定T 2的集电极电阻R 8和静态工作电流I CQ2。 因为这级的输出电压比较大，为使负载得到最大幅度的电压，静态工作点应设在交流负载线的中点。如图一所示。

由图可知，Q 点在交流负载线的中点，因此的T 2静态工作点满足下列条件。

(1-1)

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，V CEQ2应满足：

V CEQ2>V om +V CES (1-2)

由（1-1）式消去I CQ 2并将（1-2）式代入可得：

取V E =3V ；V CES =1V 则：

o om V V 2

=⎭⎬⎫+⋅=+=-L

L CQ CEQ E CQ CEQ C R R R R I V V R I V E 882

22

822由图三：由图二：L

CES om E C R V V V E R )2(2

8-+-

k R 5.32)21

213

24(8=⨯-+⨯-

<

取R 8=3.5k

由（1-1）式消去V CEQ2可得：

（3）确定T 2发射级电阻R 9：

取R 9=0.68k

（4）确定晶体管T 2：

选取晶体管时主要依据晶体管的三个极限参数：

BV CEO >晶体管c-e 间最大电压V CEmax （管子截止时c-e 间电压） I CM >晶体管工作时的最大电流I Cmax （管子饱和时c-e 回路电流） PCM>晶体管工作时的最大功耗P Cmax 由图一可知：I C2最大值为I C2max =2I CQ2 V CE 的最大值V CE2max =E C

根据甲类电路的特点，T 2的最大功耗为：P Cmax =V CEQ2·I CQ2 因此T 2的参数应满足：

BV CEO >E C =12V I CM >2I CQ2=4mA P CM > V CEQ2·I CQ2=4.8mW

选用S9011，其参数为：BV CEO >30V ；I CM >30mA ；P CM >400mW ；满足要求。实测β=100。 （5）确定T 2的基极电阻R 6和R 7

在工作点稳定的电路中，基极电压V B 越稳定，则电路的稳定性越好。因此，在设计电路时应尽量使流过R 6和R 7的I R 大些，以满足I R >>I B 的条件，保证V B 不受I B 变化的影响。但是I R 并不是越大越好，因为I R 大，则R 6和R 7的值必然要小，这时将产生两个问题：第一增加电源的消耗；第二使第二级的输入电阻降低，而第二级的输入电阻是第一级的负载，所以I R 太大时，将使第一级的放大倍数降低。为了使V B 稳定同时第二级的输入电阻又不致太小，一般计算时，按下式选取I R 的值：

I R =（5~10）I BQ 硅管 I R =（10~15）I BQ 锗管

在上式中I R 的选取原则对硅管和锗管是不同的，这是因为锗管的I CBO 随温度变化大，将会影响基极电位的稳定，因此I R 取值一般比较大。对硅管来说I CBO 很小，因此I R 的值可取得小些。

本电路T 2选用的是硅管，故取I R =5I BQ 则：由图4知：

取：R7=16.36k Ω；R6=93k Ω。

（6）确定T 1的静态工作点I CQ1；V CEQ

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

mA

k R R R V E I L E C CQ 4.4)2//5.35.3(3

24//8822≈+-=+-=Ω===k mA V I V R CQ E 68.04.43229Ω

=+=+==k I I V V I V R BQ

R BE E R BQ 36.1656

.03222

7Ω

=-=k R I E

R R

C 9376

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的关系，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，而是凭经验直接选取： I CQ1=0.1~1mA 锗管 I CQ1=0.1~2mA 硅管 V CEQ =（2~3）V

如果输入信号较大或输出幅度较大时不能用此方法，而应该具体计算。计算方法与计算第二级的方法相同。

（7）确定T 1管的集电极电阻R 3，发射级电阻R 4、R 5： 由图五知：

取：V E1=3V ；V CEQ1=3V ；I CQ1=0.5mA 则：

取：R 3=12k Ω

取：R 4=0.039 k Ω；R 5=6.1k Ω (8)选择T 1管

选取原则与T 2相同：BV CE0＞Ec=12V ； I CM ＞0.5mA ； P CM ＞1.5mW ，根据现有条件选用S9011，实测β1=100。

（9）T 1管基极电阻的选取 取：I R =10I BQ ，V E1=3V 由图六知；

取：R 1=408k Ω；R 2=72k Ω

（10）耦合电容和旁路电容的选取

各级耦合电容及旁路电容应根据放大器的下限频率f 1决定。这些电容的容量越大，则放大器的低频响应越好。但容量越大电容漏电越大，这将造成电路工作不稳定。因此要适当的选择电容的容量，以保证收到满意的效果。在设计时一般按下式计算：

其中：R S 是信号源内阻，r i1是第一级输入电阻。

1

113)

(CQ CEQ E C I V V E R +-=

k mA

V R 365.0)3324(3=--=k mA

V

I V R R CQ E 65.031154===+Ω

=⨯

+=+=k I V V R BQ BE E 721005.0106

.03101

112Ω=-=k R I Ec R R

40821)

(21

11i s l r R f C +>π)

(21

2012i l r r f C +>

π