低頻功率放大器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　《電路與模擬電子技術(shù)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)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(zhuān) 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) </p>

2、<p>　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </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(jì)并制作具有弱信號(hào)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(jì)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(hào)輸入電壓幅度為5~700mV，負(fù)載電阻為8Ω條件下，放大通道應(yīng)滿(mǎn)足：</p><p>　?。?）額定輸出功率POR≥10W；</p><p>　?。?）帶寬BW≥50Hz~10kHz；</p><p>　　（3）在POR下和BW內(nèi)的非線性失真≤3%；</p><p>　　（4）

5、在POR下的效率≥55%；</p><p>　　（5）在前置放大級(jí)輸入端交流短接地時(shí)，RL=8Ω上的交流聲功率≤10mW。</p><p>　　2、放大電路的時(shí)間響應(yīng)</p><p>　　由外供正弦信號(hào)源經(jīng)變換電路產(chǎn)生正負(fù)極性的對(duì)稱(chēng)方波，頻率為1kHz、上升和下降時(shí)間≤1μs、電壓峰-峰值為200mV。用上述方波激勵(lì)放大電路時(shí)，在負(fù)載電阻為8Ω條件下，放大通道應(yīng)滿(mǎn)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(shí)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(guò)沖量≤5%。</p><p>　　3、自行設(shè)計(jì)并制作滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的直

7、流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　用Multisim 對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真。</p><p><b>　　一、摘要</b></p><p>　　實(shí)用低頻功率放大器主要應(yīng)用是對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，本文介紹了具有弱信號(hào)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(gè)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(shí)現(xiàn)電流、電壓的放大。波形變換電路是將正弦信號(hào)電壓變換成規(guī)定要求的方波信號(hào)。設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、實(shí)用，充分利用到了集成功放的優(yōu)良性能。實(shí)驗(yàn)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(biāo)、較高的實(shí)用性,為功率放大器的設(shè)計(jì)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(jí)電路、 功率放大、 穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　三、總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇</p><p>　　根據(jù)課設(shè)要求, 我們所設(shè)計(jì)的低頻功率放大器應(yīng)由以下幾個(gè)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(duì)每個(gè)單元電路分別進(jìn)行論證：</p><p><b>　　前置放大級(jí)：<

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

11、入信號(hào)不是正弦信號(hào)，而是大動(dòng)態(tài)音樂(lè)信號(hào)），本裝置采用手動(dòng)增益調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　功率放大級(jí)：</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)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(dāng)，元件性能優(yōu)越，且制作和調(diào)試的號(hào)，則性能很可能高過(guò)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(gè)元件出現(xiàn)問(wèn)

12、題或是搭配不當(dāng)，則性能很可能低于一般集成功放，為了不至于因過(guò)載，過(guò)流，過(guò)熱等損壞還得加復(fù)雜的保護(hù)電路。</p><p>　　現(xiàn)在市場(chǎng)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(jiǎn)單，保護(hù)功能較完善，易制作易調(diào)試等特點(diǎn)，雖不及頂級(jí)功放的性能，但滿(mǎn)足并超過(guò)本設(shè)計(jì)的要求問(wèn)題的。</p><p>　　綜上所述，考慮時(shí)間緊，在滿(mǎn)

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(jiǎn)單，電路熟悉，低頻特性好，保護(hù)功能齊全。它的不足之處是高頻特性較差（BW<=70KHz），但對(duì)于本設(shè)計(jì)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(jìn)行變換與整形。而施密特電路可用高精度、高速運(yùn)算電路搭接而成，也可采用專(zhuān)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(guò)比較，本課程設(shè)計(jì)中施密特電路采用高精度、高速運(yùn)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(jì)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(jì)方案的原理框圖</p><p><b>　　圖1 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　六、總體電路圖、接線圖

16、及說(shuō)明</p><p>　　圖3 前置放大電路</p><p>　　說(shuō)明：前置放大由兩級(jí)NE5532典型應(yīng)用電路組成，各級(jí)均采用固定增益輸出衰減組成。要求當(dāng)各級(jí)輸出不衰減，輸入Vp=5mV時(shí)，輸出Va.pp>=2.53V。</p><p>　　圖4 功率放大電路</p><p>　　說(shuō)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(shí)引入感應(yīng)噪聲，C7為信號(hào)耦合電容，D1，D2為保護(hù)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?yàn)長(zhǎng)F357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(diǎn)，所以在正弦波一方波轉(zhuǎn)換電路中采用集成運(yùn)放LF357</p><p>　　3）在前置放大級(jí)電路中采用集成雙運(yùn)放NE5532,在功率放大級(jí)中采用運(yùn)放LM1875。</p><p><b>　　九、電路參數(shù)計(jì)算</b><

19、/p><p><b>　　前置放大計(jì)算</b></p><p>　　對(duì)于第一級(jí)放大，要求在信號(hào)最強(qiáng)時(shí)，輸出不失真，即Vp=700mV時(shí)，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(dāng)輸入信號(hào)最小，即Vpp=10mV，而輸出不衰減時(shí)</p><p>　　V01.pp=A1*Vi.pp=15*10=150mA</p><p>　　第二級(jí)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(hào)最小為150mV，則第二級(jí)放大倍數(shù)是</p><p>　　A2 = V

21、02.pp/ V01.pp=20</p><p><b>　　功率放大計(jì)算：</b></p><p>　　LM1875開(kāi)環(huán)增益為26dB，即放大倍數(shù) A=20</p><p>　　因?yàn)橐筝敵龅?Ω電阻負(fù)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(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)此次課程設(shè)計(jì)鍛煉，我不僅深深體會(huì)到理論知識(shí)對(duì)實(shí)踐操作的重要性，還深入了解并學(xué)會(huì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用、價(jià)格低的低頻功率放大器的電路設(shè)計(jì)方法。 從實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析,本電路具有很好的頻率響應(yīng)特性；從測(cè)得的帶寬可以看出,該功率放大器可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻信號(hào)的放大作用,能較好地達(dá)到實(shí)際要求,也符合理論上的要求 。</p><p>　　體會(huì)：在學(xué)

25、習(xí)和工作中要有認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，要有自信，千萬(wàn)不要輕言放棄！萬(wàn)事開(kāi)頭難，交給你一項(xiàng)工作，也許剛開(kāi)始你沒(méi)有什么想法，但是只要你堅(jiān)持到最后，會(huì)有一個(gè)很好的答案！雖然完美并不存在，但是在學(xué)習(xí)中，我們不能僅僅滿(mǎn)足于完成一項(xiàng)任務(wù)，我們應(yīng)該通過(guò)不斷地完善，爭(zhēng)取做到更好！</p><p><b>　　十二、參考文獻(xiàn)</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(shī)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(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(jì)教程 北京希望電子出版社 2002</p><

27、p>　　[5] 谷麗華、辛?xí)詫帯⒚葱駯| 實(shí)用低頻功率放大器的設(shè)計(jì) 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)報(bào)</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(shuō)明：直流穩(wěn)壓電源部分為整個(gè)功放電路提供

28、能量，根據(jù)設(shè)計(jì)的前置放大級(jí)電路和功率放大級(jí)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(jiǎn)單、外圍元器件少、性能優(yōu)良、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)中采用三端穩(wěn)壓電路。兩組獨(dú)立的20V交流，經(jīng)過(guò)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(guò)程中電源空載時(shí)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(lái)獲得+15V、萬(wàn)一輸入端短路，大電容放電會(huì)使穩(wěn)壓塊由于反

29、電流沖擊而損壞，加兩個(gè)二極管可使反相電流流向輸入端起保護(hù)作用。</p><p>　　圖5 波形變換電路（NE5532P）</p><p>　　說(shuō)明：將1KHZ的正弦波變?yōu)橥l率的對(duì)稱(chēng)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(diǎn)，所以本課程設(shè)計(jì)中施密特電路采用高精度、高速運(yùn)算放大器LF357構(gòu)成，而NE5532運(yùn)放做隔離用。</