模电综合课程设计高效率音频功率放大器.doc

模电综合课程设计实验报告高效率音频功率放大器 目 录1设计目的12设计任务13设计要求14设计步骤15、单元电路设计26、实验测试方法和测试实验数据分析77、附件9高效率音频功率放大器作者：黄瑞铭u 1、设计目的（1）熟悉一些基本器件的应用;（2）熟悉多功能板的焊接工艺技术和电子线路系统的装调技术;（3）熟悉D类功率放大器的工作原理；（4）完成高效率音频功率放大器的设计。u 2、设计任务设计并制作一个高效率音频功率放大器。功率放大器的电源电压为+5V，负载为8电阻。原理框图如图1所示。图1u 3、设计要求（1）3dB通频带为300Hz3400Hz，输出正弦信号无明显失真。（2）最大不失真输出功率1W。（3）输入阻抗>10k。（4）低频噪声电压（20kHz以下）10mv，在电压放大倍数为10，输入端对地交流短路时测量。（5）在输出功率500mW时测量的功率放大器效率（输出功率/放大器总功耗）50%。u 4、设计步骤(1）进行方案论证，合理设计高效率音频功率放大器的电路原理图；(2）单元电路组装调试；(3）整机组装调试；(4）写出设计报告。u 5、单元电路设计音频信号前置放大器设计如图7所示。设置前置放大器，可使整个功率的增益从1-20连续可调，而且也保证了比较器的比较精度。当功放输出的最大不失真功率为1W时，其上的电压=8V，此时送给比较器音频信号的值应为2V，则功放的最大增益约为4（实际上，功放的最大不失真功率要略大于1W，其电压增益要略大于4）。因此必须对输入的音频信号进行前置放大，其增益应大于5。前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放TL062，组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻的要求。同时，采用满幅运放可在降低电源电压时仍能正常放大，取，要求输入电阻大于，故取，则 图7，反馈电阻采用电位器，取，反相端电阻取，则前置放大器的最大增益为： 调整使其增益约为8，则整个功放的电压增益从032可调。考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值，取，则要求输出的音频最大幅度。超过此幅度则输出会产生削波失真。三角波发生器设计该电路采用满幅运放TL062及高速精密电压比较器LM393来实现,电路如图8所示。TL062不仅具有较宽的频带，而且可以在较低的电压下满幅输出，既保证能产生线性良好的三角波，而且可以达到发挥部分对功放在低电压下正常工作的要求。图8载波频率的选定既要考虑抽样定理，又要考虑电路的实现，选择150kHz的载波，使用四阶Butterworth LC滤波器，输出端对载频的衰减大于60dB，能满足题目的要求，所以我们选用载波频率为150kHz。电路参数的计算：在5V单电源供电下，我们将运放5脚和比较器3脚的电位用调整为2.5V，同时设定输出的对称三角波幅度为1V（）。若选定为，并忽略比较器高电平时上的压降，则的求解过程如下： 取为。 选定工作频率为，并设定，则电容的计算过程如下：对电容的恒流充电或放电电流为： 则电容两端最大电压值为： 其中为半周期，。的最大值为2V，则： 取，采用可调电位器。使振荡频率在左右有较大的调整范围。 PWM波产生电路设计选用LM393精密高速比较器，电路如图9所示，因供电为5V单电源，为给提供2.5V的静态电位，取，4个电阻均取。由于三角波，所以要求音频信号的不能大于2V，否则会使功放产生失真。图9音频功率放大器设计1） 驱动电路电路如图10所示。将PWM信号整形变换成互补对称的输出驱动信号，用LM393组成电压跟随器和1：1反向比例放大器以获得对称输出信号，送给由晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱动的输出管，保证了快速驱动。驱动电路晶体三极管选用2SC8050和2SC8550对管。图102）H桥互补对称输出电路对VMOSFET的要求是导通电阻小，开关速度快，开启电压小。因输出功率稍大于1W，属小功率输出，可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管，IRF9540和IRF540 VMOS对管的参数能够满足上述要求，故采用之。实际电路如图11所示。互补PWM开关驱动信号交替开启Q5和Q8或Q6和Q7，分别经两个4阶Butttterworth滤波器滤波后推动喇叭工作。图11附件：高效率音频功率放大器设计参考电路图