低頻功率放大器設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、課 題 低頻功率放大器設(shè)計(jì) 一、 課題(論文)提綱二、內(nèi)容摘要三、參考文獻(xiàn)注:學(xué)生憑此申請(qǐng)書和設(shè)計(jì)(論文)樣文參加答辯 本低頻功率放大器設(shè)計(jì)有兩部分組成前置放大級(jí)和功率放大級(jí)。前置放大級(jí)主要任務(wù)是完成小信號(hào)電壓放大任務(wù)，同時(shí)要求低噪聲、低溫漂。功率放大級(jí)主要任務(wù)是在允許的失真限度內(nèi),盡可能高效率地向負(fù)載提供足夠大的功率，要求是輸出功率要大、效率要高。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，在模擬電子技術(shù)知識(shí)的基礎(chǔ)上，我在此介紹制作具有弱信號(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。設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)

2、簡(jiǎn)潔、實(shí)用，充分利用到了集成功放的優(yōu)良性能。 1 胡翔駿 電路分析(第二版) 北京：高等教育出版社 20072 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 20063 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摘要：摘要：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

3、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)提供了廣闊的思路關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：正弦波方波轉(zhuǎn)換電路 弱信號(hào)前置放大級(jí)電路 功率放大電路 自制穩(wěn)壓電源電路absractabsract：this paper briefly introduced the basic principle，contents and technical route of the power amplifier of low frequency signa1 based

4、 on the knowledge of analog electronics technologythe entire circuit is divided into four major partsthe part of the supply，preamplifier，power amplifier and wavechanging circuitthe structure of this circuit is concise and functional. keykey wordswords： sine wave square wave conversion circuit weak s

5、ignal preamplifier circuit power amplifier circuit self-made power supply circuit 目目 錄錄一、 前前言言.9二、二、 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì).11 2.1 總體方案論證 .112.2 單元模塊方案論證與比較： .11 2.2.1 波形變換電路：.11 2.2.2 弱信號(hào)前置放大級(jí)：. 122.2.3 功率放大級(jí)：. 122.2.4 自制穩(wěn)壓電源：.132.3 方案選擇 .13三、單元模塊設(shè)計(jì)三、單元模塊設(shè)計(jì)：.133.1 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)： .133.1.1 波形變換電路：.133.1.2 弱信號(hào)

6、前置放大級(jí)電路：.153.1.3 功率放大級(jí)電路：.173.1.4 自制穩(wěn)壓電源電路： .193.2 特殊器件的介紹 .19四四、系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)試試： .214.1.穩(wěn)壓電源的調(diào)試：.214.2.前置放大電路和波形轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試：.21五、五、系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)：系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)：.22 25.1 要求指標(biāo)與實(shí)測(cè)指標(biāo)對(duì)比，見表 1：.22設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié).23參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).24致謝致謝.25附錄：附錄：.26前言前言功率放大器在家電、數(shù)碼產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，與我們?nèi)粘Ｉ钣兄芮嘘P(guān)系。隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越注重視覺，音質(zhì)的享受。在大多數(shù)情況下，增強(qiáng)系統(tǒng)性能，如更好的聲音效果，是

7、促使消費(fèi)者購(gòu)買產(chǎn)品的一個(gè)重要因素。低頻功率放大器作為音響等電子設(shè)備的后即放大電路，它的主要作用是將前級(jí)的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大以推動(dòng)負(fù)載工作，獲得良好的聲音效果。同時(shí)低頻功率放大器又是音響等電聲設(shè)備消耗電源能量的主要部分。因此設(shè)計(jì)出實(shí)用、簡(jiǎn)潔、低價(jià)格的低頻功率放大器是一個(gè)發(fā)展方向。功率放大器隨著科技的進(jìn)步是不斷發(fā)展的，從最初的電子管功率放大器到現(xiàn)在的集成功率放大器，功率放大器經(jīng)歷了幾個(gè)不同的發(fā)展階段：電子管功放 晶體管功放 集成功放。功放按不同的分類方法可分為不同的類型，按所用的放大器件分類，可分為電子管式放大器、晶體管式功率放大器（包括場(chǎng)效應(yīng)管功率放大器）和集成電路功率放大器（包括厚膜集成功率

8、放大器） ，目前以晶體管和集成電路式功率放大器為主，電子管功率放大器也占有一席之地。電子管功率放大器俗稱膽機(jī)，電子管功放的生產(chǎn)工藝相當(dāng)成熟，產(chǎn)品的穩(wěn)定性很高，而離散性極小，特別是它的工作機(jī)理決定了它的音色十分溫柔，富有人情味，因而成為重要的音響電路形式。電子管電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，期缺點(diǎn)是輸出變壓器、電源變壓器的繞制工藝稍麻煩，耗電大、體積大、有一定的使用期限。因此在實(shí)際使用中有一定的局限性?，F(xiàn)在大功率晶體管種類很多，優(yōu)質(zhì)功放電路也層出不窮，因此晶體管功率放大器是應(yīng)用最廣泛的形式。人們研制出許多優(yōu)質(zhì)新型電路使功放的諧波失真，很容易減少到 0.05%以下。場(chǎng)效應(yīng)管是一種很有潛力的功率

9、放大器件，它具有噪聲小、動(dòng)態(tài)范圍大、負(fù)溫度特性等特點(diǎn) ，音色和電子管相似，保護(hù)電路簡(jiǎn)單。場(chǎng)效應(yīng)管生產(chǎn)技術(shù)還在不斷發(fā)展，場(chǎng)效應(yīng)管放大器將有更為強(qiáng)大的生命力。由于集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，集成電路功率放大器也大量涌現(xiàn)出來(lái)，其工藝和指標(biāo)都達(dá)到了很高水平，它的突出特點(diǎn)是體積小、電路簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全等。由于在很多情況下主機(jī)的額定輸出功率不能勝任帶動(dòng)整個(gè)音響系統(tǒng)的任務(wù)，這時(shí)就要在主機(jī)和播放設(shè)備之間加裝功率放大器來(lái)補(bǔ)充所需的功率缺口，而功率放大器在整個(gè)音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個(gè)系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出。現(xiàn)今功率放大器不僅僅是消費(fèi)產(chǎn)品(音響) 中不可缺少的設(shè)備

10、,還廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)中。 然而低頻功率放大器已經(jīng)是一個(gè)技術(shù)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域,幾十年來(lái),人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?無(wú)論從線路技術(shù)還是元器件方面,乃至思想認(rèn)識(shí)上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前市場(chǎng)上的集成功放產(chǎn)品價(jià)格已經(jīng)很低并且種類也很多,典型的有l(wèi)m1875、tda1521、tda1514。這些優(yōu)質(zhì)功放模塊體積小、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全、外圍電路簡(jiǎn)單、易制作易調(diào)試。最近，一種應(yīng)用砷化鉀 mesfet 制成的功率放大器 mmic，在移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)據(jù)終端領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，一片尺寸為 2.53.48 平方毫米的 mmic 輸出功率可達(dá) 1.1w，工作頻率達(dá) 950mhz。本文給出一種簡(jiǎn)單實(shí)用、

11、制作成本低廉的實(shí)用低頻功率放大器的設(shè)計(jì)方案,并給出實(shí)際測(cè)試結(jié)果。功率放大可由分立元件組成,也可由集成電路完成。由分立元件組成功率放大器，如果進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，則在效率和失真方面更優(yōu)于集成的，價(jià)格方面便宜一點(diǎn)，但如果電路選擇和參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)時(shí),元件性能就不能很好的表現(xiàn)出來(lái),制作調(diào)試比較困難。從電路的簡(jiǎn)單性和易調(diào)性，集成電路更好些。本次設(shè)計(jì)功放采用集成電路完成。本實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì)有兩部分組成前置放大級(jí)和功率放大級(jí)。前置放大級(jí)主要任務(wù)是完成小信號(hào)電壓放大任務(wù)，同時(shí)要求低噪聲、低溫漂。功率放大級(jí)主要任務(wù)是在允許的失真限度內(nèi),盡可能高效率地向負(fù)載提供足夠大的功率，要求是輸出功率要大、效率要高。通過(guò)詳

12、盡的資料查詢和嚴(yán)密的方案論證后，我們選擇通過(guò)集成運(yùn)放 ne5532、lm1875、lf357 的配套使用來(lái)使本電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、實(shí)用并且達(dá)到高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的指標(biāo)。第二章第二章 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)2.1 總體方案論證總體方案論證系統(tǒng)原理方框圖如圖1所示。根據(jù)題目任務(wù), 我們?cè)O(shè)計(jì)有五個(gè)基本電路 波形變換電路 弱信號(hào)前置放大級(jí)電路 自制穩(wěn)壓電源電路 保護(hù)電路 外供正弦信號(hào)源波形變換電路弱信號(hào)前置放大電路自制穩(wěn)壓電源功率放大電路8歐姆負(fù)載保護(hù)電路 圖圖 1 1 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖 其中前置級(jí)主要完成小信號(hào)的電壓放大任務(wù)；功率放大級(jí)則實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的電壓和電流放大

13、任務(wù)；直流穩(wěn)壓電源部分則為整個(gè)功放電路提供能量由于方波中含有豐富的高次諧波分量，波形變換電路提供方波，可通過(guò)對(duì)方波信號(hào)的測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)功放的轉(zhuǎn)換速率、失真度、效率等指標(biāo)，保護(hù)電路可以有效地保護(hù)負(fù)載不過(guò)載，對(duì)功率放大器也有一定的保護(hù)作用。該系統(tǒng)是一個(gè)高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的音響與脈沖傳輸、放大兼容的實(shí)用電路。下面對(duì)每個(gè)單元電路分別進(jìn)行論證。2.22.2 單元模塊方案論證與比較：?jiǎn)卧K方案論證與比較：2.2.1 波形變換電路波形變換電路：方案一： 利用運(yùn)放在開環(huán)狀態(tài)下的飽和特性, 正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大后, 產(chǎn)生了正弦波飽和失真的方波信號(hào), 由于輸出方波幅值遠(yuǎn)大于題目要求

14、, 于是采用開關(guān)三極管腳與腳短接當(dāng)成兩個(gè)二極管削波（用兩個(gè)鍺開關(guān)管也可以）, 便將電壓鉗制在700mv左右, 然后通過(guò)電阻分壓, 最終得到題目要求的正負(fù)極性對(duì)稱的200mvp-p的方波信號(hào)。方案二：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，也可采用專用施密特觸發(fā)器構(gòu)成，還可以選用ne5532電路構(gòu)成。方案三：利用運(yùn)放的正反饋?zhàn)饔茫罐D(zhuǎn)換部分的波形上升沿和下降沿都變得很陡，利用穩(wěn)壓管將電壓穩(wěn)定在62 v左右，然后利用電阻分壓得到要求的正負(fù)對(duì)稱的峰一峰值為200 mv 的方波信號(hào)。運(yùn)放選用ne5532。本系統(tǒng)采用方案二，且施密特電路采用高精度、高速運(yùn)算放大器

15、lf357構(gòu)成。2.2.2 弱信號(hào)前置放大級(jí)：弱信號(hào)前置放大級(jí)：方案一:弱信號(hào)前置放大電路必須由低噪聲、高保真、高增益、快響應(yīng)、寬帶音響集成電路構(gòu)成。符合上述條件的集成電路有：m5212、lm5213、llm1875、tda1514、ne5532、ne5534 等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用 ne5532，因?yàn)橥姸嗟倪\(yùn)放相比, ne5532 具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、寬頻帶等優(yōu)良性能, 被稱為“ 運(yùn)放之皇” 。這種運(yùn)放的高速轉(zhuǎn)換性能可大大改善電路的瞬態(tài)性能, 較寬的帶寬能保證信號(hào)在低、中、高頻段均能不失真輸出, 使電路的整體指標(biāo)大大提高。2.2.3 功率放大級(jí)：功率放大級(jí)：方案一： 功率放大輸出

16、級(jí)采用分立元件構(gòu)成的ocl電路，驅(qū)動(dòng)級(jí)采用集成芯片，整個(gè)功放級(jí)采用大環(huán)電壓負(fù)反饋。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：由于反饋深度容易控制，故放大倍數(shù)容易控制。且失真度可以做到很小，使音質(zhì)很純凈。但外圍元器件較多，調(diào)試要困難一些。方案二：采用專用的功放集成芯片。lm1875是一款功率放大集成塊 ， 體積小巧，外圍電路簡(jiǎn)單，且輸出功率較大。該集成電路內(nèi)部設(shè)有過(guò)載過(guò)熱及感性負(fù)載反向電勢(shì)安全工作保護(hù)。根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求，可供選擇的功率放大器可由分立元件組成，也可由集成電路完成。由分立元件組成的功放，如果電路選擇得好，參數(shù)恰當(dāng)，元件性能優(yōu)越，且制作和調(diào)試得好，則性能很可能高過(guò)較好的集成功放。許多優(yōu)質(zhì)功放均是分立功放。但其

17、中只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題或者搭配不當(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。現(xiàn)在市場(chǎng)上有許多性能優(yōu)異的集成功放芯片，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，易制作調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，雖不及頂級(jí)功放的性能，但滿足并超過(guò)本設(shè)計(jì)的要求是沒(méi)有問(wèn)題的。另外集成運(yùn)放還有性價(jià)比高的特點(diǎn)。故本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用方案二。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)成熟，外圍元器件少，保護(hù)功能較完善，調(diào)試簡(jiǎn)單，便于擴(kuò)功等。2.2.4 自制穩(wěn)壓電源：自制穩(wěn)壓電源：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三端集成穩(wěn)壓電源電路，選用 lm7818、lm7918 三端集成穩(wěn)

18、壓器。2.32.3 方案選擇：方案選擇：由前面的方案論證得知，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)有兩種方案，一種方案是采用集成電路與分立元件相結(jié)合的方案，另一種是全部采用集成芯片的方案。為盡可能的降低噪聲影響，減小非線性失真，以及考慮到外圍元器件過(guò)多會(huì)給系統(tǒng)引入噪聲等干擾因素造成不利影響，本設(shè)計(jì)采用方案二：全部采用集成運(yùn)放芯片搭建電路。為滿足題目規(guī)定的指標(biāo)要求, 減小非線性失真, 提高電路的高頻和低頻特性, 我們決定在前置放大級(jí)電路中采用集成雙運(yùn)放 ne5532, 在正弦波一方波轉(zhuǎn)換電路中采用集成運(yùn)放 lf357，在功率放大級(jí)中采用運(yùn)放 lm1875。第三章第三章 單元模塊設(shè)計(jì)單元模塊設(shè)計(jì)3.13.1 各單元模塊功能

19、介紹及電路設(shè)計(jì)：各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)：3.1.13.1.1 波形變換電路：波形變換電路：設(shè)計(jì)電路如圖 2 所示，我們直接采用施密特觸發(fā)器進(jìn)行波形變換與整形，選用高精度、高速運(yùn)算放大器 lf357 構(gòu)成施密特觸發(fā)器。根據(jù)題目要求，變換后的方波要正、負(fù)對(duì)稱，頻率為 1000hz，上升和下降時(shí)間 1us，電壓的峰-峰值為 200mv。因?yàn)?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)，完全可以滿足技術(shù)指標(biāo)要求。123456abcd654321dcbatitlenum berrevisionsizebdate:30-nov-2009shee

20、t of file:f:protei199業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè).ddbdrawn by:lf357r110kr210kr375kr41.5kr510kd1d2c156pfc2100pfrw5.6k-vcc+vccuiuouo1uo0v z=3v 圖圖 2 2 波形變換電路波形變換電路此電路中，和為脈沖加速電容，可以減少方波脈沖上升21c22c時(shí)間和下降時(shí)間,可以取 56pf 和 100pf?？梢詫⑤敵龇日{(diào)整至21rp200mv，可選用 10k。為限流電阻，限制穩(wěn)壓二極管電流、24r1vd，保證輸出方波幅度穩(wěn)定。2vd （1）確定輸出電壓ou ，比較器輸出高低電平為zovuzv 、zohvuzol

21、-vu （2）和的表達(dá)式（當(dāng)=時(shí)，輸出電壓狀態(tài)發(fā)生跳變）u-uu-u ，iuu-o232223urrru （3）門限電位 z232223hvrrrem )(-vrrrez232223lm 當(dāng)時(shí)，； mhuei0uoz-vuo 當(dāng)時(shí)，。mluei0uozvuo遲滯寬度。2322z23lhrrv2reevmm 令（假設(shè)遲滯比較器的遲滯寬度）k10r230.7vv 則，取 23z22r1)-v2v(r75.71k10k1)-0.732(k75r22 近似等于，即21r23r10kr21圖 4 中集成運(yùn)算放大器可采用轉(zhuǎn)換速率 sr 10v/us，增益帶寬積 gbw 10mhz 的運(yùn)放芯片，如 lf35

22、7、op-16、op-37、ne5534 等。電路接成遲滯電壓比較器結(jié)構(gòu)，為保證輸出方波幅度穩(wěn)定輸出使用 2 只穩(wěn)壓二極管 d1、d2，穩(wěn)壓值為 vz=3v。r4 為穩(wěn)壓二極管的限流電阻，把流過(guò) d1、d2 的電流限定在 6ma 左右。c1、c2 為脈沖加速電容，它可以進(jìn)一步減少方波脈沖時(shí)間上升和下降時(shí)間。假設(shè)遲滯比較器的遲滯寬度 v=emh-eml=0.7v，則 r3 可用下式來(lái)確定r3=（2vz/v - 1）r2=（2*3/0.7-1）*10=75.71 k 取 r3=75 k 如電路采用 lf357 集成運(yùn)放，則輸出方波的上升時(shí)間和下降時(shí)間可做到小于 0.5us。調(diào)節(jié) rw，輸出幅度可調(diào)

23、節(jié)到 200mv，滿足題目指標(biāo)要求。3.1.23.1.2 弱信號(hào)前置放大級(jí)電路：弱信號(hào)前置放大級(jí)電路：前置放大電路可以采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的前置放大器,也可以采用專用前置放大器ic構(gòu)成的前置放大器電路,從經(jīng)濟(jì)方面考慮本設(shè)計(jì)采用的是集成運(yùn)算放大器方案,設(shè)計(jì)前置放大器可供選用的集成運(yùn)算放大器有很多,有l(wèi)f347、lf353、lf357、lf356、0p-16、op-37、ne5532、ne5534等。主要考慮的技術(shù)指標(biāo)是帶寬、電壓增益、轉(zhuǎn)換速率、噪聲和電流消耗等。為提高前置放大器電路輸入電阻和共模抑制性能,減少輸出噪聲,采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成前置放大器電路時(shí),必須采用同相放大電路結(jié)構(gòu),電路如圖3

24、所示。 如圖3同相放大電路結(jié)構(gòu)的前置放大電路為了盡能保證不失真放大,圖3采用兩級(jí)運(yùn)算放大器電路a1和a2,每級(jí)放大器的增益取決于r1、r2和r3、r4,即ava=1+r2/r1,avb=1+r4/r3。由上述分析可知,低頻功率放大器的總增益為68db,兩級(jí)前置放大器的增益安排在50db左右比較合適,每級(jí)增益在25db左右,以保證充分發(fā)揮每級(jí)的線性放大性能并滿足帶寬要求,從而可保證不失真,即達(dá)到保真放大質(zhì)量。圖3中c1、c2分別為隔直流電容,是為滿足各級(jí)直流反饋、穩(wěn)定直流工作點(diǎn)而加的。但對(duì)于交流成分, c1、c2必須呈現(xiàn)短路狀態(tài),即要求c1、c2的容抗遠(yuǎn)小于r1、r3的阻值。c3、c4為耦合電容

25、,為保證低頻響應(yīng),要求其容抗遠(yuǎn)小于放大器的輸入電阻。r5、r6為各級(jí)運(yùn)放輸入端的平衡電阻,通常r5=r2,r6=r4。一個(gè)采用兩級(jí)ne5532(c1:a和c1:b)構(gòu)成的前置放大器如圖4所示。各級(jí)均采用固定增益加輸出衰減組成,要求當(dāng)各級(jí)輸出不衰減,輸入 時(shí)， mvuppi5,輸出 。vuppo53. 2,對(duì)于第一級(jí)放大器,要求雜信號(hào)最強(qiáng)時(shí),輸出不失真,即在 mvuppi700,時(shí),輸出。所以 vuom117 .157 . 0/11/1pomuua取。151a當(dāng)輸入信號(hào)最小,即=10mv 而輸出不衰減時(shí)ppiu,=a1=1510=150 mv。ppou, 1ppiu,第二級(jí)放大要求輸出2.53v

26、,考慮到元件誤差的影響,取ppou, 2=3v,而輸入信號(hào)最小為150 mv,則第二級(jí)放大器倍數(shù)為/ppou, 2ppoua, 21=3/0.15=20取=22。因此,取r =1k, r =15k, r=22k, r=1k。ppou, 12a671718跟隨電路具有輸入電阻大，輸出電阻小的特點(diǎn)，可以做多級(jí)放大器的中間級(jí)，即緩沖級(jí)。 說(shuō)得通俗一點(diǎn)，就是做阻抗變換，使前后級(jí)之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。所以兩級(jí)放大電路前加了跟隨電路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:29-nov-2009sheet of file:f:protei1

27、99業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè).ddbdrawn by:a1ne5532a2ne5532r11kr220kr31kr420kr51mr61mrw150krw250kuoa0ne5532r71m+c14.7uf+c210uf+c347uf+c410uf+c547uf+15v+15v+15v-15v-15v-15vs1業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)ui 如圖4兩級(jí)ne5532構(gòu)成的前置放大電路3.1.33.1.3 功率放大電路功率放大電路前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)功率放大電路可由分立元件組成也可以由集成功放組成。分立元件組成的功率放大電路，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當(dāng)，元件性能優(yōu)良，設(shè)計(jì)和調(diào)試的好，則性能也很優(yōu)良。 在分立元件組成功

28、率放大電路中由三極管、二極管、電阻、電容等器件組成的核心電路，提供了自由調(diào)整的余地。但分立元件組成的功率放大電路只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，則性能會(huì)低于一般集成功率放大電路。而且為了不致過(guò)載、過(guò)流、過(guò)熱等損壞元件，需要加以復(fù)雜的保護(hù)電路。集成功率放大電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設(shè)計(jì)具有復(fù)合保護(hù)電路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定，無(wú)須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡(jiǎn)單，保護(hù)功能齊全，還可外加散熱片解決散熱問(wèn)題。以下介紹采用集成芯片構(gòu)成的的功率放大器。 采用集成功放 lm1875 構(gòu)成的低頻功率放大器電路如圖 2.6 所示。lm1875是一個(gè)輸出功率最大可達(dá)到 30w

29、 的音頻功率放大器，avo 為 90db,失真率為0.015%(1khz,20w)，帶寬為 70 khz，具有 ac 和 dc 短路保護(hù)電路和熱保護(hù)電路，電源電壓范圍為 1660v，采用 to-220 封裝。在圖 5 電路中，輸入信號(hào) vi 經(jīng)過(guò) c12 耦合到 lm1875 的腳，功率放大后從腳輸出加到揚(yáng)聲器。r13、c14 串聯(lián)接在輸出端用以抑制高頻噪聲。c9、c10、c11、c13 用于電源去耦濾波，防止功率放大器產(chǎn)生高頻自激， 去耦是指對(duì)電源采取進(jìn)一步的濾波措施，去除兩級(jí)間信號(hào)通過(guò)電源互相干擾的影響。r11、r12 組成反饋網(wǎng)絡(luò)；c20 為直流負(fù)反饋電容；直流負(fù)反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作

30、點(diǎn)，而對(duì)放大電路的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能沒(méi)有影響， 動(dòng)態(tài)性能指放大倍數(shù)、通頻帶、輸入及輸出電阻等。r10 為輸入接地電阻，防止輸入靠路時(shí)引起感應(yīng)噪聲；c12 為信號(hào)耦合電容， 耦合指信號(hào)由第一級(jí)向第二級(jí)傳遞的過(guò)程。電源電壓采用15v。lm1875 開環(huán)增益為 26 db，即放大倍數(shù) a=20。因?yàn)橐筝敵龅?8 電阻負(fù)載上的功率 po20w，而9 .1720822olompru加上功率管管壓降 2v，則vuuom7 .1929 .172則取電源電壓為20v。arpilocm24. 28/202/2wiupcmv30/24. 2212/2所以計(jì)算效率為%7 .66%100)30/20(%100)/(vop

31、p計(jì)輸出最大不失真電壓 =17.9v，故omuvuppo8 .3529 .17,由于 a=20，211111212rrrf21121110rraf10)111 (0afaaff所以功放電壓增益取=10,則輸入信號(hào)favauufppoppi58. 310/8 .35/.,圖 5 采用集成功放 lm1875 構(gòu)成的低頻功率放大器電路由于在本電路中選用了集成功放 lm1875，它在應(yīng)用中外圍 元器件少，調(diào)試簡(jiǎn)單，便于擴(kuò)功，使得功率放大級(jí)電路簡(jiǎn)潔，實(shí)用，輸出功率大，非線性失真小。3.1.43.1.4自制穩(wěn)壓電源電路：自制穩(wěn)壓電源電路：直流穩(wěn)壓電源部分則為整個(gè)功放電路提供能量，根據(jù)以上設(shè)計(jì)的前置放大級(jí)電

32、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+18v。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)，本設(shè)計(jì)中采用三端穩(wěn)壓電路，電源經(jīng) 1000uf 電解并并上 0.1uf 電容依次濾掉各種頻率干擾后輸出, 輸出電壓直流性能好, 實(shí)測(cè)其紋波電壓很小。3.2 特特殊殊器器件件的的介介紹紹本電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、實(shí)用，各模塊單元均選用集成運(yùn)放電路。在前置放大級(jí)電路中采用集成雙運(yùn)放 ne5532, 在正弦波一方波轉(zhuǎn)換電路中采用集成運(yùn)放lf357，在功率放大級(jí)中采用運(yùn)放 lm1875。如此設(shè)計(jì)使得電路外圍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧精致，且較好的結(jié)合了各運(yùn)放的優(yōu)良性能，使電路能滿足

33、各項(xiàng)指標(biāo)。現(xiàn)介紹各芯片參數(shù)如下：ne5532ne5532 的極限參數(shù)的極限參數(shù)參數(shù)符號(hào)ne5532單位電源電壓vcc22v差分輸入電壓vdif13v輸入電壓vi提供電壓v功耗，ta=25pd1100mw工作溫度topr070lm1875lm1875 的參數(shù)：的參數(shù)：電壓范圍：?jiǎn)坞妷?1560v ,或30v靜態(tài)電流：50ma輸出功率：30w諧波失真： 0.015%，當(dāng) f=1khz，rl=8，p0=20w 時(shí)額定增益：26db，當(dāng) f=1khz 時(shí)工作電壓：25v轉(zhuǎn)換速率：18v/s (9v/s) lf357lf357 的通用參數(shù)的通用參數(shù): :與 mosfet 輸入設(shè)備相比，耐用的 jfet

34、允許無(wú)熔斷處理； 高或低的源阻抗低 1/ 轉(zhuǎn)折，優(yōu)良的低噪聲應(yīng)用；在大多數(shù)單片放大器上，偏置調(diào)整不可降解漂移或共模抑制； 新輸出電路級(jí)允許大電容負(fù)載(5000pf)的使用，無(wú)穩(wěn)定性的問(wèn)題；內(nèi)部補(bǔ)償和大的差分輸入電壓能力；對(duì)數(shù)放大器；光電放大器； 采祥保持電路共同特點(diǎn)；低輸入偏置電流：30pa； 低輸入失調(diào)電流 3pa； 高輸入阻抗：1012；低輸入噪聲電流：0.01pa/hz； 高共模抑制比：100db； 大的 dc 電壓增益：106db四四、系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)試試：調(diào)試前的直觀檢查連線是否正確，檢查電源輸出值是否符合實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；檢查元器件的安裝情況：元器件的管腳之間有沒(méi)有短路，連接處有沒(méi)有接觸不良，

35、集成電路 ne5532 的管腳是否接對(duì)及集成塊的缺口是否與底座對(duì)位。4.1.4.1.穩(wěn)壓電源的調(diào)試穩(wěn)壓電源的調(diào)試：電源電壓輸出值穩(wěn)定，其正電壓輸出為+14.8v，負(fù)電壓輸出為-14.7v。雖然運(yùn)放所加正負(fù)電壓不對(duì)稱時(shí)可能會(huì)引起直流偏移，即在輸入信號(hào)為0時(shí)，輸出信號(hào)并不為0，但考慮到ne5532的低噪聲性能和lm1875在8 負(fù)載上，20w輸出時(shí)總諧波失真為0.015的特點(diǎn)，對(duì)正負(fù)電壓輸出微小的不對(duì)稱不再做調(diào)整。4.2.4.2.前置放大電路和波形轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試前置放大電路和波形轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試：在此我們對(duì)前置放大電路的兩級(jí)分開調(diào)試。調(diào)整直流電源輸出為15v，插上運(yùn)放ne5532芯片，接通直流電源五

36、、五、系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)：系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)： 5.15.1 要求指標(biāo)與實(shí)測(cè)指標(biāo)對(duì)比，見要求指標(biāo)與實(shí)測(cè)指標(biāo)對(duì)比，見表表1 1：項(xiàng)目測(cè)試對(duì)象題目要求指標(biāo)實(shí)測(cè)指標(biāo)正弦波輸入額定輸出功率（porw）109.6帶寬（bwhz）50100006010000非線性失真系數(shù) 32.8por 下的效率 5550輸出交流聲功率（pmw）109.8轉(zhuǎn)換后的方波信號(hào)波形上升時(shí)間（trs）11下降時(shí)間（tfs)11峰峰值電壓（vp-pmv）200200方波輸入激勵(lì)放大通道后輸出波形輸出功率（porw）109.8上升時(shí)間（trs）1211下降時(shí)間（tfs）1211頂部斜降22過(guò)沖量55 表1總結(jié)總結(jié)詳細(xì)介紹了一種簡(jiǎn)單實(shí)

37、用、價(jià)格低的低頻功率放大器的電路設(shè)計(jì)方法, 整套設(shè)計(jì)只需幾十元 。 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 。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 胡翔駿 電路分析(第二版) 北京：高等教育出版社 20072 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 20063 高吉祥 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程之模擬電子線路設(shè)計(jì) 北京：電子工業(yè)出版社 20074 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 20065 譚博學(xué)、苗匯靜 集成電路原理及應(yīng)用（第二版） 北京：電子工業(yè)出版社 20086 夏路易、石宗義 電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程 protel99se 北京希望電子出版社 20027 谷麗華、辛?xí)詫?、么旭東 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) 2005 年 01 期