低頻功率放大器課程設(shè)計報告

1、<p>　　《電路與模擬電子技術(shù)》</p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題 目 低頻功率放大器 </p><p>　　學(xué)院（部） 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 計算機科學(xué)與技術(shù) </p>

2、<p>　　班 級 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　12 月 26 日至 12 月 30 日 共 2 周</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽字）

3、</p><p>　　題目 低頻功率放大器</p><p><b>　　一、任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計并制作具有弱信號放大能力的低頻功率放大器。其原理示意圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 設(shè)計任務(wù)示意圖</p><p><b>　　二、要求</b>&l

4、t;/p><p>　　1、在放大通道的正弦信號輸入電壓幅度為5~700mV，負載電阻為8Ω條件下，放大通道應(yīng)滿足：</p><p>　?。?）額定輸出功率POR≥10W；</p><p>　　（2）帶寬BW≥50Hz~10kHz；</p><p>　　（3）在POR下和BW內(nèi)的非線性失真≤3%；</p><p>　?。?）

5、在POR下的效率≥55%；</p><p>　　（5）在前置放大級輸入端交流短接地時，RL=8Ω上的交流聲功率≤10mW。</p><p>　　2、放大電路的時間響應(yīng)</p><p>　　由外供正弦信號源經(jīng)變換電路產(chǎn)生正負極性的對稱方波，頻率為1kHz、上升和下降時間≤1μs、電壓峰-峰值為200mV。用上述方波激勵放大電路時，在負載電阻為8Ω條件下，放大通道應(yīng)滿足

6、：</p><p>　?。?）額定輸出功率POR≥10W；</p><p>　?。?）在POR下輸出波形的上升和下降時間≤12μs；</p><p>　?。?）在POR下輸出波形的平頂降落≤5%；</p><p>　?。?）在POR下輸出波形的過沖量≤5%。</p><p>　　3、自行設(shè)計并制作滿足本設(shè)計任務(wù)要求的直

7、流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　用Multisim 對設(shè)計電路進行仿真。</p><p><b>　　一、摘要</b></p><p>　　實用低頻功率放大器主要應(yīng)用是對音頻信號進行功率放大，本文介紹了具有弱信號放大能力的低頻功率放大器的基本原理、內(nèi)容、技術(shù)路線。整個電路主要由穩(wěn)壓電源、前置放大器、功率放大器、波形變換電路共4 部分構(gòu)成。穩(wěn)壓

8、電源主要是為前置放大器、功率放大器提供穩(wěn)定的直流電源。前置放大器主要是電壓的放大。功率放大器實現(xiàn)電流、電壓的放大。波形變換電路是將正弦信號電壓變換成規(guī)定要求的方波信號。設(shè)計的電路結(jié)構(gòu)簡潔、實用，充分利用到了集成功放的優(yōu)良性能。實驗結(jié)果表明該功率放大器在帶寬、失真度、效率等方面具有較好的指標、較高的實用性,為功率放大器的設(shè)計提供了廣闊的思路。</p><p><b>　　二、關(guān)鍵字</b>&l

9、t;/p><p>　　波轉(zhuǎn)換電路、 前置放大級電路、 功率放大、 穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　三、總體設(shè)計方案論證及選擇</p><p>　　根據(jù)課設(shè)要求, 我們所設(shè)計的低頻功率放大器應(yīng)由以下幾個部分組成：穩(wěn)壓電路、前置放大、功率放大以及波形變換電路。下面對每個單元電路分別進行論證：</p><p><b>　　前置放大級：<

10、;/b></p><p>　　設(shè)計要求前置放大輸入交流接到地時，RL=8的電阻負載上的交流噪聲功率低于10mw因此要選用低噪音運放。本裝置選用的優(yōu)質(zhì)低噪音運放NE5532N。設(shè)計要求輸入電壓幅度為5~700mV時，輸出都能以Po≥10W滿功率不失真輸出，信號需放大幾千倍，有考慮到運放的放大倍數(shù)與通頻帶的關(guān)系，故采用兩級放大，增益調(diào)節(jié)可用電位器手動調(diào)節(jié)，也可用自動增益控制，但考慮到題目中的“使用”倆字（例如輸

11、入信號不是正弦信號，而是大動態(tài)音樂信號），本裝置采用手動增益調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　功率放大級：</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計題目要求，在供原則的功率放大可由分立元件組成，也可由集成電路完成。由分立元件組成的功放，如果電路選擇好，參數(shù)恰當，元件性能優(yōu)越，且制作和調(diào)試的號，則性能很可能高過較好的集成功效。許多優(yōu)質(zhì)功放是分立功放。但其中有一個元件出現(xiàn)問

12、題或是搭配不當，則性能很可能低于一般集成功放，為了不至于因過載，過流，過熱等損壞還得加復(fù)雜的保護電路。</p><p>　　現(xiàn)在市場上也有很多性能優(yōu)越的集成功放芯片，如TDA2040A,LM1875，TDA1514等。集成功放具有工作可靠，外圍電路簡單，保護功能較完善，易制作易調(diào)試等特點，雖不及頂級功放的性能，但滿足并超過本設(shè)計的要求問題的。</p><p>　　綜上所述，考慮時間緊，在滿

13、足要求的前提下，選擇易調(diào)試的集成功放。</p><p>　　我們熟悉的集成功放有TDA2040A，LM1875，TDA1514等，其中TDA2040A功率量不大，TDA1514外圍電路較復(fù)雜，且易自激。這兩種功放的低頻率特征都欠佳，LM1875外圍電路簡單，電路熟悉，低頻特性好，保護功能齊全。它的不足之處是高頻特性較差（BW<=70KHz），但對于本設(shè)計要求的50Hz~10KHz已足夠，因此選用LM1875

14、作功放。</p><p><b>　　波形變換電路：</b></p><p>　　直接采用施密特觸發(fā)器進行變換與整形。而施密特電路可用高精度、高速運算電路搭接而成，也可采用專用施密特觸發(fā)器構(gòu)成，還可以選用NE5532電路構(gòu)成。</p><p>　　通過比較，本課程設(shè)計中施密特電路采用高精度、高速運算放大器LF357構(gòu)成。</p>

15、<p><b>　　自制穩(wěn)壓電源：</b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計采用三端集成穩(wěn)壓電源電路，選用LM7815、LM7915三端集成穩(wěn)壓器。</p><p>　　五、設(shè)計方案的原理框圖</p><p><b>　　圖1 總體設(shè)計</b></p><p>　　六、總體電路圖、接線圖

16、及說明</p><p>　　圖3 前置放大電路</p><p>　　說明：前置放大由兩級NE5532典型應(yīng)用電路組成，各級均采用固定增益輸出衰減組成。要求當各級輸出不衰減，輸入Vp=5mV時，輸出Va.pp>=2.53V。</p><p>　　圖4 功率放大電路</p><p>　　說明：功率放大器選擇用集成功放LM1875，采用典

17、型電路，此電路中R3，R2組成反饋網(wǎng)絡(luò)，C1為直流反饋電容，R1為輸入接地電阻，防止輸入電路時引入感應(yīng)噪聲，C7為信號耦合電容，D1，D2為保護二極管，R4和C6組成退偶電路，防止功放產(chǎn)生高頻自激，C5，C2，C3，C4是電源退耦電容。</p><p><b>　　八、主要元器件選擇</b></p><p>　　1）穩(wěn)壓電路中選用LM7815、LM7915三端集成穩(wěn)壓

18、器</p><p>　　2）因為LF357屬于FET管，具有良好的匹配性能，輸入阻抗高、低噪聲、漂移小、頻帶寬、響應(yīng)快等特點，所以在正弦波一方波轉(zhuǎn)換電路中采用集成運放LF357</p><p>　　3）在前置放大級電路中采用集成雙運放NE5532,在功率放大級中采用運放LM1875。</p><p><b>　　九、電路參數(shù)計算</b><

19、/p><p><b>　　前置放大計算</b></p><p>　　對于第一級放大，要求在信號最強時，輸出不失真，即Vp=700mV時，輸出Vom<11V(低于電源電壓1V)。所以</p><p>　　A1=Vom/Vp=11/0.7 =15.7</p><p><b>　　取A1=15.</b>

20、</p><p>　　當輸入信號最小，即Vpp=10mV，而輸出不衰減時</p><p>　　V01.pp=A1*Vi.pp=15*10=150mA</p><p>　　第二級放大要求輸出V02.pp>2.53V,考慮到元件誤差的影響，取V02.pp=3V，而輸入信號最小為150mV，則第二級放大倍數(shù)是</p><p>　　A2 = V

21、02.pp/ V01.pp=20</p><p><b>　　功率放大計算：</b></p><p>　　LM1875開環(huán)增益為26dB，即放大倍數(shù) A=20</p><p>　　因為要求輸出到8Ω電阻負載上的功率P0>10 W。而</p><p>　　Vom==12.65V</p><p>

22、;　　加上功率管管壓降2V，則</p><p>　　V=Vom=12.65+2=14.65V</p><p><b>　　取電源電壓為15V</b></p><p>　　Icm==1.518A</p><p>　　PV =2V * Icm/ =15.1W</p><p>　　十、Multisim仿

23、真結(jié)果</p><p><b>　　波形變換</b></p><p><b>　　直流穩(wěn)壓</b></p><p><b>　　前置放大</b></p><p><b>　　功率放大</b></p><p><b>　　十

24、一、收獲與體會</b></p><p>　　經(jīng)過此次課程設(shè)計鍛煉，我不僅深深體會到理論知識對實踐操作的重要性，還深入了解并學(xué)會了一種簡單實用、價格低的低頻功率放大器的電路設(shè)計方法。 從實驗的各項數(shù)據(jù)分析,本電路具有很好的頻率響應(yīng)特性；從測得的帶寬可以看出,該功率放大器可以很好地實現(xiàn)對低頻信號的放大作用,能較好地達到實際要求,也符合理論上的要求 。</p><p>　　體會：在學(xué)

25、習和工作中要有認真負責的態(tài)度，要有自信，千萬不要輕言放棄！萬事開頭難，交給你一項工作，也許剛開始你沒有什么想法，但是只要你堅持到最后，會有一個很好的答案！雖然完美并不存在，但是在學(xué)習中，我們不能僅僅滿足于完成一項任務(wù)，我們應(yīng)該通過不斷地完善，爭取做到更好！</p><p><b>　　十二、參考文獻</b></p><p>　　[1] 胡翔駿 電路分析(第二版) 北京

26、：高等教育出版社 2007</p><p>　　[2] 華成英、童詩白 模擬電子學(xué)基礎(chǔ)（第四版）北京：高等教育出版社 2006</p><p>　　[3] 黃智偉 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2006</p><p>　　[4] 夏路易、石宗義 電路原理圖與電路板設(shè)計教程 北京希望電子出版社 2002</p><

27、p>　　[5] 谷麗華、辛曉寧、么旭東 實用低頻功率放大器的設(shè)計 沈陽化工學(xué)院學(xué)報</p><p>　　[6] 高玉良 電路與模擬電子技術(shù) 北京高等教育出版社</p><p><b>　　十三、附件</b></p><p>　　圖2 直流穩(wěn)壓電路</p><p>　　說明：直流穩(wěn)壓電源部分為整個功放電路提供

28、能量，根據(jù)設(shè)計的前置放大級電路和功率放大級電路的要求，僅需要穩(wěn)壓電源輸出的一種直流電壓即+15V。因三端穩(wěn)壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、外圍元器件少、性能優(yōu)良、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點，故本設(shè)計中采用三端穩(wěn)壓電路。兩組獨立的20V交流，經(jīng)過橋堆整流，大電容濾波，再加0.1uF小電容濾掉電源中的高頻分量?？紤]到制作過程中電源空載時的電容放電可在輸出電容并上1K大功率電阻。另外還要給7815，7915來獲得+15V、萬一輸入端短路，大電容放電會使穩(wěn)壓塊由于反

29、電流沖擊而損壞，加兩個二極管可使反相電流流向輸入端起保護作用。</p><p>　　圖5 波形變換電路（NE5532P）</p><p>　　說明：將1KHZ的正弦波變?yōu)橥l率的對稱方波。因LF357屬于FET管，具有良好的匹配性能，輸入阻抗高、低噪聲、漂移小、頻帶寬、響應(yīng)快等特點，所以本課程設(shè)計中施密特電路采用高精度、高速運算放大器LF357構(gòu)成，而NE5532運放做隔離用。</