帶前置的音頻功率放大電路設(shè)計

1、學(xué)號:模擬電子技術(shù)課程設(shè)計帶前置放大的音頻功率放大器系部名稱： 電 氣 工 程 系 專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化指導(dǎo)老師： 趙 玉 菊班級名稱： 學(xué)生姓名： 完成日期 ：2014年12月26日 課 程 設(shè) 計 評 定 表姓名楊燦學(xué)號20134122存檔號系別電氣工程系專業(yè)電氣工程及其自動化班 級工1303班課程設(shè)計題目帶前置放大的音頻功率放大器指導(dǎo)教師評語：簽名： 年 月 日 1課程設(shè)計成績：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日2答辯成績：答辯小組組長簽名：年 月 日3綜合成績：備注：1.“課程設(shè)計成績”一項由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生在設(shè)計過程的表現(xiàn)及課程設(shè)計說明書評定，滿分100分。2.“答辯成績”一項由指導(dǎo)

2、老師根據(jù)答辯情況評定，滿分100分。3.“綜合成績”=“課程設(shè)計成績”*80%+“答辯成績”*20%。2工1303模擬電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書題目名稱帶前置放大的音頻功率放大器課題來源自擬指導(dǎo)教師趙玉菊起止日期2014年 12 月 22 日 至 2014年12 月 26 日設(shè)計內(nèi)容及主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計要求：1前置放大器的放大倍數(shù)為10倍，使用單電源低噪聲集成運(yùn)放NE5534、OP-27A。2功率放大采用LA4100、或LM386、或其他型號。3音量可調(diào)，雜音小。4有電源退耦，無自激震蕩。設(shè)計要求及目標(biāo)1 結(jié)合帶前置放大的音頻功率放大器電路設(shè)計獨(dú)立地開展電子電路的設(shè)計與實(shí)驗(yàn)。2 掌握Multisim

3、繪制電路圖的方法。3 掌握Multisim軟件仿真的方法。4 掌握查閱手冊或其它資料的方法，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問題的能力。使用的工具軟件Multisim仿真軟件提交的設(shè)計資料1系統(tǒng)框圖2單元電路圖3電路原理圖4仿真電路圖5元器件明細(xì)表6設(shè)計說明書進(jìn) 度 計 劃階段日期計劃完成工作量指導(dǎo)教師檢查意見備注1天布置任務(wù)及調(diào)研0.5天方案確定及原理框圖的繪制1天單元電路設(shè)計及元器件的選擇0.5天電路圖繪制及仿真1天撰寫設(shè)計報告1天驗(yàn)收電路基礎(chǔ) 教研室2014年5月10日摘要本電路設(shè)計采用前置放大電路和音頻功率放大電路相結(jié)合的放大模式，前者采用有NE5534對電壓進(jìn)行放大，后者采用性能優(yōu)良的LM18

4、75對電壓和電流放大，給音響放大器的負(fù)載（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時，希望輸出的功率盡可能大，輸出的信號的非線形失真盡可能的小，效率盡可能的高。在前置放大和功放之間加上一個滑動變阻，就保證了音量可調(diào)，除此之外，加上相應(yīng)的旁路電容又使得電路具有電源退偶等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)例電路圖和已經(jīng)給定的原件參數(shù)，使用Multisim10軟件模擬電路，并對其進(jìn)行靜態(tài)分析，動態(tài)分析，顯示波形圖，計算數(shù)據(jù)等操作。關(guān)鍵詞：音頻功率放大電路 性能優(yōu)良 音量可調(diào) 雜音小 目錄 一引言6 二電路設(shè)計總方案及原理框圖721原理框圖822電路設(shè)計總方案8三各單元電路的方案設(shè)計831信號源發(fā)生器的設(shè)計832信號源發(fā)生器

5、電路圖933弱信號前置放大級電路方案設(shè)計1034弱信號前置放大級電路圖1035音頻功率放大電路方案設(shè)計1136音頻功率放大電路圖1237直流穩(wěn)壓電源1338保護(hù)電路13四仿真軟件Multism10介紹13五電路仿真1451總電路圖1452應(yīng)用Multisim 10進(jìn)行的仿真結(jié)果15六儀器儀表明細(xì)清單16七總結(jié)16八參考文獻(xiàn)18一引言功率放大器在家電、數(shù)碼產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，與我們?nèi)粘Ｉ钣兄芮嘘P(guān)系。隨著生活水平的提高，人們越來越注重視覺，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，是促使消費(fèi)者購買產(chǎn)品的一個重要因素。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

6、作用是將前級的音頻信號進(jìn)行功率放大以推動負(fù)載工作，獲得良好的聲音效果。同時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)計出實(shí)用、簡潔、低價格的低頻功率放大器是一個發(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

7、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、安裝、調(diào)試都比較簡單，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。場效應(yīng)管是一種很有潛力的功率放大器件，它具有噪聲小、動態(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)電路簡單。場效應(yīng)

8、管生產(chǎn)技術(shù)還在不斷發(fā)展，場效應(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，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、電路簡單、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全。二電路設(shè)計總方案及原理框圖21原理框圖如圖2.1負(fù)載信號源功率放大電路前置信號放大電路直流穩(wěn)壓電源保護(hù)電路圖2.1 22電路設(shè)計總方案根據(jù)任務(wù)要求，設(shè)計總電路主要需要弱信號前置放大級電路和功率放大電路兩個基本電路，其中前置級主要完成小信號的電壓放大任務(wù)；功率放大級則實(shí)現(xiàn)對信號的電壓和電流放大任務(wù)。直流穩(wěn)壓源則是為整個運(yùn)放提供能量。信號源發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號。三各單元電路的方案設(shè)計31信號源發(fā)

9、生器的設(shè)計本系統(tǒng)信號源發(fā)生器我們采用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常使用的低頻信號發(fā)生器就是一種正弦波振蕩電路，大功率正弦波振蕩電路還可以直接為工業(yè)生產(chǎn)提供能源，例如高頻加熱爐的高頻電源。此外，如超聲波探傷、無線電和廣播電視信號的發(fā)送和接收，都離不開正弦波振蕩電路。采用集成運(yùn)放741作為放大電路。741是單片高性能內(nèi)補(bǔ)償運(yùn)算放大器。具有較寬的共模電壓范圍，在使用中不會出現(xiàn)閂鎖現(xiàn)象?？捎米鞣e分器、求和放大器及普通反饋放大器。該芯片具有如下特點(diǎn)：1、不需外部頻率補(bǔ)償：2、具有短路保護(hù)；3、失調(diào)電壓調(diào)到零的能力；4、較寬的共模和差模電壓范圍；5、功耗低；6、無阻塞現(xiàn)象。7、該器件有兩種工作

10、溫度范圍；741M -55125741C 070圖3.1為741引腳圖及引腳功能說明:圖3.132信號源發(fā)生器電路圖RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路圖如圖3.2所示,其中集成運(yùn)放741作為放大電路,RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是選頻網(wǎng)絡(luò),而且,當(dāng)f=f0時，它是一個接成正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)。R12和R13支路引入一個負(fù)反饋。圖3.2仿真結(jié)果如下圖3.3圖3.3調(diào)節(jié)電位器R4，觀察電路的輸出情況。由虛擬示波器可見，當(dāng)減小R4至一定值時，電路當(dāng)不再振蕩。增大R4至一個合適的值時，電路能夠振蕩，且輸出波形較好。繼續(xù)增大R4，當(dāng)R4的值太大時，輸出波形嚴(yán)重失真。將R4調(diào)到60%，輸出波形正常，從示波器上測得正弦波的周期T=475

11、s，則振蕩頻率為f0=1/T=2.105kHz。33弱信號前置放大級電路方案設(shè)計弱信號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、LM1875、TDA1514、NE5532、NE5534等。本系統(tǒng)設(shè)計選用NE5534，因?yàn)橥姸嗟倪\(yùn)放相比, NE5534具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、寬頻帶的優(yōu)良性能，是前置信號放大電路設(shè)計的常用元件。用次元件可打打改善電路瞬態(tài)性能，使得信號不失真輸出，使電路的整體指標(biāo)大大提高。NE5534極限參數(shù)如下表3.1：NE5534的極限參數(shù)表參數(shù)符號NE5534單位電源電壓Vcc

12、77;22V差分輸入電壓Vdif±13V輸入電壓Vi提供電壓V功耗，TA=25PD1100mW工作溫度TOPR070表3.1NE5534引腳圖及各引腳功能如圖3.4所示圖3.434弱信號前置放大級電路圖弱信號前置放大級電路圖如圖3.5所示圖3.5任務(wù)要求放大器的放大倍數(shù)為10倍，而根據(jù)模電所學(xué)知識。易求得次電路的放大倍數(shù)A=1+R3/R1=10?？梢酝瞥鯮3/R1=9。所以，可取R1=1K，R3=9K，而根據(jù)所學(xué)的知識，我們知道R2的阻值應(yīng)該等于R1和R3并聯(lián)的阻值，所以R2取0.9 K。即可實(shí)現(xiàn)此電路。采用Multisim10軟件對其進(jìn)行仿真。根據(jù)實(shí)際情況，取Ui=10v、60Hz

13、。Vee=-15V、Vcc=15V。輸出接萬用表，測的的結(jié)果下圖3.6所示。圖3.6可以得出：Uo/Ui約等于10，所以根據(jù)仿真結(jié)果，證明理論正確。35音頻功率放大電路方案設(shè)計方案一:根據(jù)題目要求功率放大電路可由分立元件組成組成。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)計和調(diào)試的好，則性能也很優(yōu)良。 在分立元件組成功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環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則性能會低于一般集成功率放大電路。而且為了不致過載、過流、過熱等損壞元件，需要加以復(fù)雜的保護(hù)電路。方案二:集

14、成功率放大電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設(shè)計具有復(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，無須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡單，保護(hù)功能齊全。通過方案比較，采用集成功放電路更有優(yōu)勢。所以,本單元電路選用方案二.本系統(tǒng)采用集成功放LM1875構(gòu)成低頻功率放大器電路。LM1875是一個輸出功率最大可達(dá)到30W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。LM1875極限參數(shù)如表3. 2LM1875的參數(shù)表電壓范圍：單電壓166

15、0V ,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時額定增益：26dB，當(dāng)f=1kHz時工作電壓：±25V轉(zhuǎn)換速率：18V/S (9V/S) 圖3.7表3.2LM1875的引腳圖如圖3.7所示：3.6音頻功率放大電路圖如圖3.8所示為音頻功率放大電路圖。圖3.8輸入信號Vi經(jīng)過C1耦合到LM1875的腳，功率放大后從腳輸出。R9、C3串聯(lián)接在輸出端用以抑制自激震蕩。R3、R4組成反饋網(wǎng)絡(luò)。C2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)工作點(diǎn)，而對放大電路的各項動態(tài)性能沒有影響，動態(tài)性能指放大倍數(shù)、通頻帶、輸入

16、及輸出電阻等。C4、C5、C6、C7使電源具有電源退藕。R5為輸入接地電阻，防止輸入靠路時引起感應(yīng)噪聲；C1為信號耦合電容， 耦合指信號由第一級向第二級傳遞的過程。采用8歐負(fù)載電阻代替音響，可對其功率進(jìn)行計算約為20W。 37直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源部分則為整個功放電路提供能量，根據(jù)以上設(shè)計的前置放大級電路和功率放大級電路的要求，需要穩(wěn)壓電源輸出直流電壓+15V、-15V。38保護(hù)電路功率放大級采用LM1875，該集成電路內(nèi)部設(shè)有過載過熱及感性負(fù)載反向電勢安全工作保護(hù)，所以不需要另外的保護(hù)電路。四仿真軟件Multism10介紹Multisim軟件是迄今為止，在電路級仿真上表現(xiàn)最為出色的軟件，有

17、了Multisim軟件，就相當(dāng)于擁有了一個設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，可以非常方便的從事電路設(shè)計、仿真、分析工作。Multisim軟件前身是是加拿大IIT公司在20世紀(jì)八十年代后期推出的電路仿真軟件EWB（Electronics Workbench），后來，EWB將原先版本中的仿真設(shè)計模塊更名為Multisim,之后又相繼推出了Multisim2001、Multisim 7等各個版本。Multisim10界面直觀，操作方便，元器件和儀器的圖形與實(shí)物外形十分接近，且儀器的操作開關(guān)、按鍵也與實(shí)物極為相似。作為Multisim仿真軟件的最新版本，Multisim10不僅完善了以前版本的基本功能，更增加了許多新

18、的功能，包括：1.更完備的元器件庫。2.靈活方便的電路圖輸入工具。3.虛擬儀器和測試功能。4.支持MCU（微控制器）仿真。5.具有PCB文件的轉(zhuǎn)換功能。Multisim10有很多自身獨(dú)特的特色，他有所見即所得的設(shè)計環(huán)境；互動式的仿真界面；動態(tài)顯示元件；具有3D效果的仿真電路；虛擬儀表；分析功能與圖形顯示窗口等等。五電路仿真51總電路圖如圖6.1圖6.11852應(yīng)用Multisim 10進(jìn)行的仿真結(jié)果圖6.2 縱坐標(biāo)代表振幅，即信號的強(qiáng)弱，橫坐標(biāo)代表相位，從圖中可看出，信號是放大的，不失真，相位差非常小。 音量大小調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值大小，輸出波形縱坐標(biāo)發(fā)生變化，即音量大小變化，但相位差不變。圖6.4圖6.3 如圖6.3為調(diào)節(jié)滑動變阻器到30%，圖6.4為調(diào)到60%。通過比較，發(fā)現(xiàn)輸出波形幅值發(fā)生變化，相位差相差不大。六儀器儀表明細(xì)清單序號器件類型數(shù)量（個）備注1NE5534運(yùn)算放大器1274113LM1875功率放大器14鋁電解電容2.2uf15鋁電解電容25nf26鋁電解電容2.2uf電容17鋁電解電容22uf18鋁電解電容100nf29瓷片電容22uf110瓷片電容220uf2111/4W10k偽金膜電阻1121/4W3k偽金膜電阻1131/4W1k偽金膜電阻電阻3141/4W2k偽金膜電阻1151/4W5.6k偽金膜電阻