实用低频功率放大器.doc

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1、-东 北 油 大 学课 程 设 计课程 通信电子线路课程设计 题目 实用低频功率放大器 专业 通信工程 *主要容、根本要求、主要参考资料等主要容：设计具有弱信号放大能力的低频功率放大器。该功率放大器在带宽、失真度、效率等面要具有较好的指标、较高的实用性。根本要求：1在放大通道的正弦信号输入电压幅度为5700mV，等效负载电阻为8 下，放大通道应满足：1额定输出功率10W；2带宽BW(5010000)HZ；3在下和BW的非线性失真系数3%；4在下的效率55%；5在前置放大级输入端交流短接到地时，=8上的交流声功率10mW。2自行设计满足本设计任务要求的稳压电源。主要参考资料： 1 翔骏.电路分析

2、(第二版)M.：高等教育，2007. 2 谭博学，苗汇静.集成电路原理及应用M：电子工业， 2021. 3 夏路易.电路原理图与电路板设计教程PROTEL99SEM.电子，2002.完成期限 2021.7.15 2021.7.19 指导教师专业负责人摘要实用低频功率放大器主要应用是对音频信号进展功率放大，本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的根本原理、容、技术路线。整个电路主要由稳压电源、前置放大器、功率放大器、波形变换电路共4 局部构成。稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源。前置放大器主要是电压的放大。功率放大器实现电流、电压的放大。波形变换电路是将正弦信号电压变

3、换成规定要求的波信号。设计的电路构造简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。实验结果说明该功率放大器在带宽、失真度、效率等面具有较好的指标、较高的实用性，为功率放大器的设计提供了广阔的思路。关键词：正弦波波转换电路；弱信号前置放大级电路；功率放大电路；自制稳压电源电路目录1.设计要求12.案设计12.1 设计思路12.2案论证与比较12.3案选择33.各单元模块工作原理及计算33.1波形变换电路33.2弱信号前置放大级电路53.3功率放大级电路63.4系统整体电路图73.5自制稳压电源电路84.系统调试84.1稳压电源的调试84.2前置放大电路和波形转换电路的调试95.总结96.系统需要的

4、元器件清单9参考文献10. z.-1.设计要求（1） 在放大通道的正弦信号输入电压幅度为5700mV，等效负载电阻为8下，放大通道应满足： 额定输出功率POR10W； 带宽BW5010000Hz； 在下和BW的非线性失真系数3%； 在下的效率55%； 在前置放大级输入端交流短接到地时，=8上的交流声功率10mW 2自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。3转换后的波信号波形 上升时间tr1s 下降时间tf1s 峰峰值电压Vp-p为200mV4波输入鼓励放大通道后的输出波形在下额定输出功率10W在下输出波形下降时间tf12s在下输出波形顶部斜降2%在下输出波形过冲量5%2.案设计2.1 设计

5、思路该系统是一个高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的音响与脉冲传输、放大兼容的实用电路。为到达设计要求，前置放大电路要具有较强的抑制噪声的能力，因此在前置放大电路、前置放大电路与功率放大电路之间都采用阻容耦合的式，这样具有较强的隔直作用，同时在同相放大的接地端也要加隔直电容，波形变换电路采用具有良好抗干扰能力的迟滞比较器，功率放大采用由集成芯片构成的功率放大电路。2.2案论证与比较：2.2.1 波形变换电路：案一：利用运放在开环状态下的饱和特性，采用过零比较器将正弦波信号经过两级运放放大后， 产生了正弦波饱和失真的波信号， 由于输出波幅值远大于题目要求， 再经过反相衰减电路最终得到

6、题目要求的正负极性对称的200mVp-p的波信号。 案二：先经过前级放大后再直接采用施密特触发器进展变换与整形。而施密特电路可用高精度、高速运算电路搭接而成，利用稳压管将电压稳定在62 V左右，然后利用电阻分压得到要求的正负对称的峰一峰值为200 mV 的波信号。运放选用NE5532，施密特电路采用高精度、高速运算放大器LF357。 案三：利用运放的正反响作用，使转换局部的波形上升沿和下降沿都变得很陡，利用稳压管将电压稳定在62 V左右，然后利用电阻分压得到要求的正负对称的峰一峰值为200 mV 的波信号。运放选用NE5532。本系统采用案二，且施密特电路采用高精度、高速运算放大器LF357构

7、成。2.2.2弱信号前置放大级： 案一:弱信号前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。符合上述条件的集成电路有：M5212、LM5213、LLM1875、TDA1514、NE5532、NE5534等。 本系统设计选用NE5532，因为同众多的运放相比，NE5532具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能， 被称为运放之皇。这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能， 较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出， 使电路的整体指标大大提高。2.2.3功率放大级： 案一： 功率放大输出级采用分立元件构成的OCL电路，驱动级采用集成芯片，整个功放

8、级采用大环电压负反响。这种案的优点是：由于反响深度容易控制，故放大倍数容易控制。且失真度可以做到很小，使音质很纯洁。但外围元器件较多，调试要困难一些。 案二：采用专用的功放集成芯片。LM1875是一款功率放大集成块， 体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。该集成电路部设有过载过热及感性负载反向电势平安工作保护。根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试得好，则性能很可能高过较好的集成功放。多优质功放均是分立功放。但其中只要有一个环节出现问题或者搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，

9、为了不至于因过载、过流、过热等损坏还得加复杂的保护电路。现在市场上有多性能优异的集成功放芯片，如TDA2040A、LM1875、TDA1514等。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要没有问题的。另外集成运放还有性价比高的特点。 故本系统设计选用案二。该案的优点是：技术成熟，外围元器件少，保护功能较完善，调试简单，便于扩功等。2.2.4自制稳压电源： 本系统设计采用三端集成稳压电源电路，选用LM7818、LM7918三端集成稳压器。2.3案选择： 由前面的案论证得知，设计本系统有两种案，一种案是采用集成电路与分立元件相

10、结合的案，另一种是全部采用集成芯片的案。为尽可能的降低噪声影响，减小非线性失真，以及考虑到外围元器件过多会给系统引入噪声等干扰因素造成不利影响，本设计采用案二：全部采用集成运放芯片搭建电路。为满足题目规定的指标要求， 减小非线性失真， 提高电路的高频和低频特性，我们决定在前置放大级电路中采用集成双运放NE5532， 在正弦波一波转换电路中采用集成运放LF357，在功率放大级中采用运放LM1875。3.各单元模块工作原理及计算：3.1波形变换电路：设计电路如图1所示，我们直接采用施密特触发器进展波形变换与整形，选用高精度、高速运算放大器LF357构成施密特触发器。根据题目要求，变换后的波要正、负

11、对称，频率为1000Hz，上升和下降时间 1us，电压的峰-峰值为200mV。因为LF357属于FET管，具有良好的匹配性能，输入阻抗高、低噪声、漂移小、频带宽、响应快等特点，完全可以满足技术指标要求。图1 波形变换电路此电路中，和为脉冲加速电容，可以减少波脉冲上升时间和下降时间，可以取56pF和100pF。可以将输出幅度调整至200mV，可选用10K。为限流电阻，限制稳压二极管电流、，保证输出波幅度稳定。 1确定输出电压 1 比较器输出上下电平为、 2345 6当时，7当时，8迟滞宽度 9 令，则 10 取，近似等于，即(取) (11) 123.2弱信号前置放大级电路:前置放大电路可以采用集

12、成运算放大器构成的前置放大器，主要考虑的技术指标是带宽、电压增益、转换速率、噪声和电流消耗等。 一个采用两级NE5532(C1:A和C1:B)构成的前置放大器如图2所示。各级均采用固定增益加输出衰减组成，要求当各级输出不衰减，输入 时， 输出 。 对于第一级放大器，要求杂信号最强时，输出不失真，即在 时，输出。所以 取 13当输入信号最小，即=10mV 而输出不衰减时=A1=1510=150 mV 14第二级放大要求输出2.53V，考虑到元件误差的影响，取=3V，而输入信号最小为150 mV，则第二级放大器倍数为/=3/0.15=20 15取=22。因此，取=1K， =15K， =22K， =

13、1K。图2前置放大电路3.3功率放大级电路： 采用集成功放LM1875构成的低频功率放大器电路如图3所示。在图3电路中，输入信号Vi经过C12耦合到LM1875的脚，功率放大后从脚输出加到扬声器。R13、C14串联接在输出端用以抑制高频噪声。C9、C10、C11、C13用于电源去耦滤波，防止功率放大器产生高频自激， 去耦是指对电源采取进一步的滤波措施，去除两级间信号通过电源互相干扰的影响。R11、R12组成反响网络；C20为直流负反响电容；直流负反响的作用是稳定静态工作点，而对放大电路的各项动态性能没有影响， 动态性能指放大倍数、通频带、输入及输出电阻等。R10为输入接地电阻，防止输入靠路时引

14、起感应噪声；C12为信号耦合电容，耦合指信号由第一级向第二级传递的过程。电源电压采用15V。LM1875开环增益为26 dB，即放大倍数A=20。因为要求输出到8电阻负载上的功率Po20W，而 16加上功率管管压降2V，则 17则取电源电压为20V。 18 19所以计算效率为 20输出最大不失真电压 =17.9V，故 21由于A=20， 22 23 24所以功放电压增益取=10，则输入信号 25图3采用集成功放LM1875构成的低频功率放大器电路3.4 系统整体电路图：图4系统整体电路图3.5自制稳压电源电路：直流稳压电源局部则为整个功放电路提供能量，根据以上设计的前置放大级电路和功率放大级电

15、路的要求，仅需要稳压电源输出的一种直流电压即+18V。因三端稳压器具有构造简单、外围元器件少、性能优良、调试便等显著优点，本设计中采用三端稳压电路，电源经1000uF电解并并上0.1uF电容依次滤掉各种频率干扰后输出， 输出电压直流性能好， 实测其纹波电压很小。4.系统调试调试前的直观检查连线是否正确，检查电源输出值是否符合实验标准；检查元器件的安装情况：元器件的管脚之间有没有短路，连接处有没有接触不良，集成电路NE5532的管脚是否接对及集成块的缺口是否与底座对位。4.1稳压电源的调试 电源电压输出值稳定，其正电压输出为+14.8V，负电压输出为-14.7V。虽然运放所加正负电压不对称时可能

16、会引起直流偏移，即在输入信号为0时，输出信号并不为0，但考虑到NE5532的低噪声性能和LM1875在8 负载上，20W输出时总谐波失真为0.015的特点，对正负电压输出微小的不对称不再做调整。4.2 前置放大电路和波形转换电路的调试 在此我们对前置放大电路的两级分开调试。调整直流电源输出为15V，插上运放NE5532芯片，接通直流电。5.总结时间总是过得很快，经过一的课程设计的学习，我已经通过在上网查找相关的资料和设计，自己完成了一个实用低频功率放大器，让我更好的把课本上的知识应用到实践中，更好的运用所学的知识来解决实际问题，这也为我大四的毕业设计打下了一定的根底。经过这段课程设计的日子，我

17、发现从刚开场对其的一无所知，到现在已经能够根本掌握其设计步骤。在这过程中，我体会最深的就是，在很多时候自己不能解决的问题就要虚心向其他人请教。还有就是要感教师和任教师一以来对我们的辅导，在这段时间里正是教师的催促和教诲，才使我们的论文能按时的完成，也正是教师的精益求精，才使我学到了很多知识。6.系统需要的元器件清单表1 元器件清单序号元器件名称元器件类型元器件规格数量备注1示波器Tektroni*TDS10121Tektroni*2函数信号发生器EE164281新联电子设备3失真度量仪GW instek GAD-201G1固纬电子股份4数字万用表UT58E1UNI-T5电阻R1、R2、R510

18、K46电阻R37.5k17电阻R41.5k18电阻R651k19电阻R847k110接地电阻R1022K 111电容C156pF112电容C2100pF113电容C310uF114电容C4220uF115耦合电容C10100uF116耦合电容C110.11uF117耦合电容C122.2uF118耦合电容C13、C140.1uF219直流负反馈电容C20220uF120滑动变阻器RW5.6K121稳压二极管VD1、VD2122运算放大器LF357123扬声器CON2124输入信号CON2125电源18参考文献1 翔骏.电路分析(第二版)M.：高等教育，2007.2 华成英，童诗白.模拟电子学根底

19、第四版M.：高等教育，2006.3 高桔祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之模拟电子线路设计M.：电子工业，2007.4 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计M.：航空航天大学，2006.5 谭博学.集成电路原理及应用第二版M.：电子工业，2021.6 夏路易.电路原理图与电路板设计教程PROTEL99SEM.:希望电子出 版社，2002. z.-东北油大学课程设计成绩评价表课程名称通信电子线路课程设计题目名称实用低频功率放大器学生*指导教师秀艳任晶秋职称副教授讲 师序号评价工程指 标总分值评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，构造谨，文理通顺，撰写规，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54辩论能正确答复指导教师所提出的问题。30总分评语：. z.