電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--高保真音頻功率放大器

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　——高保真音頻功率放大器</p><p>　　上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動(dòng)化系</p><p><b>　　電氣工程及其自動(dòng)化</b></p><p><b>　　姓名:XXX</b></p><p>　　學(xué)號:XXXX

2、XXXX</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)課題</b></p><p>　　高保真音頻功率放大器，完成對功率放大器的設(shè)計(jì)、計(jì)算、仿真調(diào)試，并撰寫報(bào)告。</p><p>　　題目分析：音頻放大器的目的是以要求的音量和功率水平在發(fā)聲輸出元件上重新產(chǎn)生真實(shí)、高效和低失真的輸入音頻信號。音頻放大器的主要作用是向負(fù)載提供功率，要求輸出功率盡可能大，效

3、率盡可能高，非線性失真盡可能小。</p><p><b>　　二、用途</b></p><p>　　家庭、音樂中心裝置中作主放大器。</p><p>　　三、主要技術(shù)指標(biāo)和要求</p><p><b>　　3.1指標(biāo)</b></p><p>　　1.正弦波不失真輸出功率Po＞

4、5W (f=1kHz,RL=8?)；</p><p>　　2.電源消耗功率PE＜10W (Po＞5W)；</p><p>　　3.輸入信號幅度VS=200～400mV （f=1kHz，RL=8?，Po＞5W)；</p><p>　　4.輸入電阻Ri＞10kΩ

5、 (f=1kHz)；</p><p>　　5.頻率響應(yīng)BW=50Hz～15kHz。</p><p><b>　　3.2要求</b></p><p>　　1.用中小型集成電路設(shè)計(jì)所要求的電路；</p><p>　　2.在EDA軟件上完成硬件系統(tǒng)功能的仿真；</p><p>　　3

6、.寫出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)步驟</b></p><p><b>　　4.1電路形式</b></p><p>　　功率放大電路的電路放大形式有很多，有雙電源供電的OCL互補(bǔ)對稱功放電路，單電源供電的OTL功放電路，BTL橋式推挽電路和變壓器耦合功放電路等等。我選用的是OTL電路。<

7、;/p><p>　　4.1.1總體設(shè)計(jì)思路框圖</p><p><b>　　圖 1</b></p><p><b>　　4.1.2電路圖</b></p><p>　　4.1.3電路分析及特點(diǎn)</p><p><b>　　分析：</b></p>

8、<p>　　由于OTL電路采用直接耦合方式，為了保證電路工作穩(wěn)定，必須采取有效措施抑制零點(diǎn)漂移。為了獲得足夠大的輸出功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，故需要有足夠高的電壓放大倍數(shù)。因此，性能良好的OTL功率放大器應(yīng)由輸入級、推動(dòng)級和輸出級等部分組成。</p><p>　　輸入級：為了增大開環(huán)增益，以便引入深度負(fù)反饋，改進(jìn)電路的各項(xiàng)指標(biāo)。</p><p>　　推動(dòng)級：主要作用是獲得足夠高的電壓放大

9、倍數(shù)，以及為輸出級提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，為此，可采用共射放大電路，具有一定電壓增益。</p><p>　　輸出級：主要作用是級負(fù)載提供足夠大的輸出信號功率，可采用甲乙類單電源互補(bǔ)對稱功放電路。</p><p>　　電路中的二極管D是為了消除交越失真而設(shè)，R11是穩(wěn)定功放管靜態(tài)電流用的。推動(dòng)級的偏置由功放級引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋形式進(jìn)行，起穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用。整體交流電壓負(fù)反饋改善放大器各項(xiàng)指標(biāo)。

10、</p><p><b>　　特點(diǎn)：</b></p><p>　　是較典型的OTL電路，局部反饋穩(wěn)定了工作點(diǎn)，總體串聯(lián)電壓負(fù)反饋控制了放大倍數(shù)并提高輸入電阻和展寬頻帶，退耦濾波電容及校正電容是為防止寄生振蕩而設(shè)。</p><p><b>　　4.2設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算工作由

11、輸出級開始，逐漸反推到推動(dòng)級、輸入級。</p><p><b>　　電源電壓的確定</b></p><p>　　當(dāng)負(fù)載電阻一定時(shí)，電源電壓的大小直接跟輸出功率有關(guān)，∵Po＞5W，∴不妨設(shè)Po=6W，則</p><p>　　輸出級（功率級）的設(shè)計(jì)</p><p>　　每個(gè)管的最大集電極電流： </p><

12、;p>　　T3、T4間最大反向電壓： </p><p>　　每個(gè)管的最大集電極管耗： </p><p>　　功率管所需推動(dòng)電流： （選放大倍數(shù)為50的三極管）</p><p>　　耦合電容： （取2200µF/25V）</p><p>　　穩(wěn)定電阻：過大則損失功率過大，過小溫度穩(wěn)定性不良，通常取0

13、.5~1歐姆。</p><p><b>　　推動(dòng)級設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　取=44mA，</b></p><p>　　消除交越失真選二極管D1：</p><p><b>　　一般，故取=，</b></p><p><b>　　

14、，取110/15V</b></p><p>　　典型電路中R7＋W1,R8支路電流應(yīng)不小于,</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　選擇進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)到最佳工作點(diǎn)。</p><p><b>　　上反饋電流的峰值:</b></p><p>&

15、lt;b>　　∵，∴可以忽略不計(jì)</b></p><p><b>　　輸入級設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于推動(dòng)級需要2.2mA的交流推動(dòng)信號，故輸入級靜態(tài)電流需大于2.2mA,取。推動(dòng)級所需電壓信號只0.2V，故輸入級電壓的配置可較隨便，取為2K，為1K，各壓降分別為8V，8V，4V，,,取T1為2N2222。</p><

16、p><b>　　取</b></p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　耦合電容選取，</b></p><p><b>　　負(fù)反饋設(shè)計(jì)</b></p><p>　　取,不宜太大以免降低總開環(huán)倍數(shù)。</p>

17、<p><b>　　由題意，即</b></p><p><b>　　且</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　電路指標(biāo)驗(yàn)算</b></p

18、><p><b>　　輸出功率</b></p><p><b>　　電源消耗功率</b></p><p><b>　　五、電路仿真及調(diào)試</b></p><p><b>　　5.1靜態(tài)調(diào)試</b></p><p><b>　　

19、輸出級中點(diǎn)電壓</b></p><p><b>　　5.2動(dòng)態(tài)調(diào)試</b></p><p><b>　　輸出功率</b></p><p>　　在,輸出波形基本不失真時(shí)，測出輸出電壓值必須大于6.325V，計(jì)算出輸出功率大于5W</p><p><b>　　此時(shí)輸出功率</

20、b></p><p><b>　　靈敏度測試</b></p><p>　　在時(shí)，測出的值，必須控制在200～400mV之間。</p><p>　　方法：將信號略減小使輸出保持為約6.325V,測出輸入電壓的值</p><p>　　當(dāng)輸出電壓時(shí)，電源的輸入電壓為223mv，在200~400mV之間，滿足條件。<

21、/p><p><b>　　電源消耗功率</b></p><p>　　用電流表測量電源電流，計(jì)算電源消耗的功率。</p><p><b>　　電流,</b></p><p><b>　　電源功率</b></p><p><b>　　輸入電阻</

22、b></p><p>　　在放大器輸入端串一只10K電阻,保持輸出5W的功率，分別測出前端的電壓值和后端電壓值，計(jì)算出輸入電阻。 </p><p><b>　　前端電壓：大小為</b></p><p>　　后端電壓：大小為 ，則輸入電阻：</p><p><b>　　頻率響應(yīng)</b></

23、p><p>　　圖形最大為29.89dB</p><p>　　上限頻率為16.5Hz，下限頻率為8.204Hz。</p><p>　　低頻響應(yīng)取決于各級耦合電容和旁路電容，是可見的電容。高頻響應(yīng)主要取決于極間電容和接線電容，是不可見的電容。如果選用理想的三極管，其極間電容和接線電容為零。為了解決這個(gè)問題,可在T4這個(gè)三極管的參數(shù)中做適當(dāng)修改。</p>&l

24、t;p><b>　　六、小結(jié)</b></p><p>　　一開始我認(rèn)為本次實(shí)驗(yàn)的難度并不大，因?yàn)榭梢哉罩蠋熃o的范例來做，加上之前就已經(jīng)接觸并使用EWB。但是在實(shí)際的課程設(shè)計(jì)中，遇到了各種大大小小的問題。首先遇到的問題就是對模電方面知識(shí)的遺忘和對音頻功率放大器原理的不熟悉，這實(shí)在讓我沒轍，于是我只有參考任務(wù)書上的電路模板進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算而放棄了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)的想法。通過了解其工作原理以及參考

25、了老師給的和自己查的一些資料確定下來了電路的基本框架。接下來就是一系列的計(jì)算。按任務(wù)書上的步驟計(jì)算確定每一個(gè)元器件的大小參數(shù)，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。這個(gè)過程是整個(gè)設(shè)計(jì)的重中之重，因此需要非常仔細(xì)，一不小心算錯(cuò)數(shù)據(jù)的話，之后的很多數(shù)據(jù)都會(huì)因此而不對。由于我用的是EWB軟件，有些設(shè)計(jì)好的元器件在EWB中找不到，比如某些三極管，最后必須做出替代或者用接近的元器件代替。而在計(jì)算完成之后，接下來的仿真調(diào)試也就相對而言輕松了許多。</p>

26、<p>　　即便如此，我在電路的仿真與調(diào)試過程中，也遇到了一些問題。一開始靜態(tài)測試，我開關(guān)打開就彈出無法測量的對話框，在仔細(xì)觀察過我的電路之后，我發(fā)現(xiàn)是由于自己的疏忽，一個(gè)元件的接地沒有連上。之后在頻率調(diào)試過程，我對波特儀不熟悉，對于上下限頻率的測量更是一臉茫然，只有和同學(xué)討論，向他們請教才勉強(qiáng)解決了這個(gè)問題，但直到現(xiàn)在我也不是很確定自己是否真的測出了上下限頻率。</p><p>　　總而言之，雖然探