高传真扩音机RC型音调控制电路设计

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在第五期《高传真扩音机RC型音调控制网路分析》一文中,我们曾详细地分析了这种电路的控制原理,在此基础上,本文继续讲讲这种电路及其元件的设计方法。

具体设计方法

设计要求:要求设计一个RC衰减型音调控制网路,电源电压E\(_{C}\)≤24伏;电压增益≥20分贝(中心频率为1千赫时);控制范围在低音100赫时是±12分贝,在高音10千赫时是±12分贝;最大输出电压Vomax≥3伏;使用温度范围T\(_{a}\)=-10°~+60℃。

首先选择如图1所示的一个RC音调控制电路。输入信号先通过音量控制电位器W\(_{3}\),经晶体管反馈放大器放大后,送往RC音调电路。考虑到使用温度范围较宽,所以放大电路采用硅晶体管,并且选用分压式电流串联负反馈偏置方式,以稳定工作点。设计放大器时,重点是确定静态工作点、1千赫中心频率时的电压放大倍数,计算并确定偏置电路的数值。至于RC衰减电路的元件数值,可先根据控制特性的要求确定出转折频率,然后根据转折频率计算各元件的数值。设计步骤如下:

图1
图1 🔍原图 (751×444)

1.确定放大器的静态工作电压V\(_{CEQ}\):

为了使放大器在输出电压最大时不产生饱和失真,必须使V\(_{CEQ}\)>VCES+\(\sqrt{2}\)·V\(_{omax}\)+△VCE,式中,V\(_{CES}\)为晶体管的饱和电压降,可取1~2伏;△VCE为温度变化△T=35℃时允许变化的电压值,取1伏;V\(_{omax}\)已如前述为3伏,则VCEQ>2伏+2·3伏+1伏≈7.24伏,取V\(_{C}\)EQ=8伏。

2.确定放大器的静态电流I\(_{CQ}\):

为满足在输出电压最大时不产生截止失真,必须使I\(_{CQ}\)>\(\sqrt{2}\)·Vomax/R\(_{C}\)∥Rimin+△I\(_{C}\)。式中RC∥R\(_{imin}\)为放大器负载最重时的交流负载,“∥”为并联符号,Rimin为衰减型音调电路输入电阻的最小值。△IC为温度变化△T=35℃时允许集电极电流变动的数值。

由于R\(_{C}\)、Rimin都是待定值,所以应先估算一下。可令R\(_{C}\)=Rimin=3千欧。于是,

I\(_{CQ}\)=\(\sqrt{2}\)·3/1.5×10\(^{3}\)+1/3×103≈3.16毫安,取ICQ=3.5毫安。

图2
图2 🔍原图 (507×482)

3.确定发射极对地电压V\(_{E}\)值:

V\(_{E}\)=IE·R\(_{E}\)≥2.5×10\(^{-}\)3V/℃·△T△IC;I\(_{CQ}\)=2.5×10-3V/℃×35℃3.3×10\(^{-}\)4;3.5×10-3≈0.92伏。取VE=2伏。

4.确定发射极电阻R\(_{E}\)值:

R\(_{E}\)=VE/I\(_{CQ}\)=2伏/3.5毫安≈570欧。

5.确定集电极电阻R\(_{C}\)值(EC取22伏):

R\(_{C}\)=(EC-V\(_{CEQ}\)-VE)/I\(_{CQ}\)=(22-8—2)/3.5×10\(^{-}\)3≈3.4千欧,取RC=3.3千欧。

6.计算偏置电阻R\(_{B}\)1、R\(_{B}\)2:

设管子的V\(_{B}\)E=0.65伏,β=50,则

R\(_{B}\)=RB\(_{1}\)·RB\(_{2}\)/RB\(_{1}\)+RB\(_{2}\)≤0.1β·RE=0.1×50×570=2850欧。于是,

R\(_{B}\)1=\(\frac{E}{_{C}}\)·RBV\(_{BE}\)+IC;β[R\(_{B}\)+(1+β)RE]

=22×28500.65+3.5×10\(^{-}\)3;50[2850+(1+50)×570]

≈20.9千欧,取R\(_{B}\)1=22千欧;

R\(_{B}\)2=\(\frac{E}{_{C}}\)·RBE\(_{C}\)-{VBE+I\(_{C}\);β[RB+(1+β)R\(_{E}\)]}

=\(\frac{22×2850}{22-{0.65+3.5×}\)10\(^{-}\)3;50[2850+(1+50)×570]}

≈3300欧,取R\(_{B}\)2=3.3千欧。

7、低音区转折频率f\(_{L}\)1、f\(_{L}\)2的确定:

根据给定f=100赫±12分贝,及每倍频程增益变化6分贝之条件,可算得f\(_{L}\)2=100赫×4=400赫;f\(_{L}\)1=100赫/2=50赫。

8.计算低音调整电路的无件数值:

低音调整电路的元件有C\(_{3}\)、C4、R\(_{1}\)、R2、W\(_{2}\)。设后级的输入电阻Ri大于20千欧,则R\(_{2}\)≤Ri/10,取R\(_{2}\)=1.5千欧。

由式f\(_{L}\)1=1/2πC\(_{4}\)(R1+R\(_{2}\))及fL\(_{2}\)=1/2πC4R\(_{2}\)可

求得R\(_{1}\)=R2(\(\frac{f}{_{L}}\)2f\(_{L}\)1-1)=1.5K(400;50- 1)=10.5千欧,取R\(_{1}\)=10千欧;

C\(_{3}\)=1/2πfL\(_{2}\)(R1+R\(_{2}\))=1/2π×400(10K+1.5K)≈3.46×10\(^{-}\)8,取C3=0.033微法;

C\(_{4}\)=C3·\(\frac{f}{_{L}}\)2f\(_{L}\)1=0.033×10\(^{-}\)6×400/50=2.64×10-7,取C\(_{4}\)=0.27微法;

W\(_{2}\)=1/2πfL\(_{1}\)·C3=1/6.28×50×0.033×10\(^{-6}\)≈96.5千欧,取W\(_{2}\)=100千欧。

9.确定R\(_{3}\):

为了使得在高音提升最大时,前级放大器增益的减小量限制在2分贝之内,即令δ=\(\frac{K}{_{VH}}\)KVM=0.794。式中K\(_{VM}\)为中心频率(高音尚未衰减)时的电压增益,KVH为高音最大提升时的电压增益),则

R\(_{3}\)=δ×R1(R\(_{C}\)+R2);R\(_{1}\)+R2+R\(_{C}\)-R1·R\(_{2}\)R1+R\(_{2}\)1-δ

=0.794×10\(^{4}\)(3.3+1.5)×103;10\(^{4}\)+(3.3+1.5)×103-\(\frac{10}{^{4}}\)×1.5×10310\(^{4}\)+1.5×1031-0.794

≈6.4千欧,取R\(_{3}\)=6.8千欧。

10.确定高音区转折频率f\(_{H}\)1、f\(_{H}\)2:

由f=10千赫时增益变化为±12分贝,及每倍频程增益变化6分贝,得f\(_{H}\)1=\(\frac{10×10}{^{3}}\)4=2500赫,f\(_{H}\)2=f\(_{H}\)1·R\(_{1}\)+R2;R\(_{1}\)=2500×11.5K1.5K=19167赫。

11.计算C\(_{1}\)、C2及W\(_{1}\)值: