音頻功率放大器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、音頻功率放大器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論 文單刀音頻功率放大器的設(shè)計(jì)摘要本次課程設(shè)計(jì)題目為音頻功率放大器，簡(jiǎn)稱(chēng)音頻功放，音頻功率放大器主要用于推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，凡發(fā)聲的電子產(chǎn)品中都要用到音頻功放。設(shè)計(jì)中主要采用OP07進(jìn)行音頻放大器的設(shè) 計(jì)，OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙 極性運(yùn)算放大器集成電路。由于 OP07具有非常 低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于 OP07At大為25xV）, 所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措 施。 設(shè)計(jì)中的音頻功率放大器主要由直流穩(wěn)壓電源、 前置放大電路、二級(jí)放大電路和功率放大電路組成。 前置放大電路采用了反相比例運(yùn)算放大器， 二級(jí)放大電路用一個(gè)低通濾波器和一個(gè)高通濾波器組

2、成一個(gè)帶通濾波器，功率放大電路采用了 OCL電路。直流電源采用橋式電路進(jìn)行整流， 輸出則采用了三端集成穩(wěn)壓器。對(duì)前置放大電路和二級(jí)放大電路進(jìn)行了輸入、 輸出分析和頻率響應(yīng)分析。對(duì)功率放大電路進(jìn)行了輸入和輸出功率分析。對(duì)直流電源進(jìn)行了輸出電壓驗(yàn)證。最后對(duì)總電路進(jìn)行了輸入、輸出分析、頻率響應(yīng)分析、噪聲分析。關(guān)鍵詞：OP07 音頻功率放大器5摘要IAbstract 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第一章音頻放大器的概述 11.1 音頻放大電路的回顧 11.2 音頻功率放大器的介紹 21.2.1 A類(lèi)（甲類(lèi)）功率放大器.31.2.2 B類(lèi)（乙類(lèi)）功率放大器.31.2.3 AB 類(lèi)（甲乙類(lèi)）功率放大器.41.2.4

3、C類(lèi)（丙類(lèi)）功率放大器.41.2.5 D類(lèi)（丁類(lèi)）功率放大器.51.3 放大器的技術(shù)指標(biāo) 5第二章 音頻功率放大器的設(shè)計(jì) 112.1 設(shè)計(jì)方案分析112.2 前置放大電路設(shè)計(jì) 112.3 二級(jí)放大電路設(shè)計(jì) 152.3.1 低誦濾淤器設(shè)計(jì) 152.3.2 高通濾波器設(shè)計(jì)172.3.3 二級(jí)放大電路電路設(shè)計(jì).202.4 功率放大器設(shè)計(jì) 212.52 流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 232.53 OP07的功能介紹25第三章電路的仿真273.1 前置電路的仿真273.1.1 輸入與輸出分析283.1.2 電路頻率響應(yīng)特性分析 .293.2 二級(jí)放大電路仿真 .303.2.1 電路輸入與輸出分析313.2.2 電路頻

4、率響應(yīng)特件分析.313.3 功率放大電路功率仿真 333.4 直流穩(wěn)壓電源仿真353.5 音頻功率放大電路仿真和分析.363.5.1 電路輸入與輸出分析373.5.2 電路頻率響應(yīng)特性分析.38第四章焊接調(diào)試組裝.404.1 焊接404.2 絹裝414.3 調(diào)試414.4 結(jié)果41總結(jié)4 3致謝45參考文獻(xiàn)4 7第一章 音頻放大器的概述1.1 音頻放大電路的回顧音響技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場(chǎng)效應(yīng)管四個(gè)階段。1906 年美國(guó)的德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)電聲技術(shù)的先河。1927 年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了負(fù)反饋NFB( Negative feedback )技術(shù)后， 使

5、音響技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，比較有代表性的如“威廉遜”放大器，而1947 年威廉遜先生在一篇設(shè)計(jì)Hi-Fi ( HighFidelity ) 放大器的文章中介紹了一種成功運(yùn)用負(fù)反饋技術(shù)，成為了 Hi-Fi 史上一個(gè)重要的里程碑。60 年代由于晶體管的出現(xiàn)，使功率放大器步入了一個(gè)更為廣闊的天地。晶體管放大器細(xì)膩動(dòng)人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)，各種電路也相應(yīng)產(chǎn)生，如：“OTL( Output Transformer Less) ” 無(wú)輸出放大器、“ OCL( Output Capacitor Less )”放大器等。隨著晶體管制造技術(shù)的不斷提高和新技術(shù)的應(yīng)用， 各項(xiàng)實(shí)用

6、性指標(biāo)和可靠性指標(biāo)都有很大改善， 并不斷在向更大的輸出功率，更小的體積，更輕的重量，更多的功能和智能化方向發(fā)展，如美國(guó)CROWN司的MA-5000VZA叨放，其最大輸出功率可達(dá)4000W/8Q,完善的可靠性設(shè)計(jì)使它在苛刻的環(huán)境中可連續(xù)工作，使得生產(chǎn)者可作3年免維護(hù)的保證；插入可編程的輸入處理模塊USP3可對(duì)12000臺(tái)功放的工作狀態(tài)進(jìn)行程控調(diào)節(jié)和各種參數(shù)檢測(cè)。各種完善的可靠性保護(hù)措施，使它的可靠性大大提高。1983年，M.B.Sandler等學(xué)者提出了 D類(lèi) 放大的PCM（脈碼調(diào)制）數(shù)字功放的基本結(jié)構(gòu)。 美國(guó) Tripass 公司設(shè)計(jì)了改進(jìn)的D 類(lèi)數(shù)字功放，取名為“T”類(lèi)功。1999年意大禾I

7、POWERSOFT 公司推出了數(shù)字功放的商業(yè)產(chǎn)品，從此， 第 4 代音頻功率放大器，數(shù)字功放進(jìn)入了工程應(yīng)用，并獲得了世界同行的認(rèn)可，市場(chǎng)日益擴(kuò)大，最終將替代各類(lèi)模擬功放。1.2 音頻功率放大器的介紹按照電流導(dǎo)通角的大小可分為 A類(lèi)（甲類(lèi)）、 AB 類(lèi) （ 甲乙類(lèi)） 、 B 類(lèi) （ 乙類(lèi) ） 、 C 類(lèi) （ 丙類(lèi) ） 和 D類(lèi) （ 丁類(lèi) ） 功率放大器。1.2.1 A類(lèi)（甲類(lèi)）功率放大器a類(lèi)（甲類(lèi)）功率放大器電流導(dǎo)通角e =180° ,理想效率為50% 一般適用于小信號(hào)電 壓放大器。A類(lèi)功率放大器的主要特點(diǎn)是：放大器的工 作點(diǎn)Q設(shè)定在負(fù)載線的中點(diǎn)附近，晶體管在輸入 信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)

8、通。由于放大器工作在特 性曲線的線性范圍內(nèi)，所以瞬態(tài)失真和交替失真 較小。電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。有較大的非線性失 真，由于效率比較低 現(xiàn)在設(shè)計(jì)基本上不在再使 用。1.2.2 B類(lèi)（乙類(lèi)）功率放大器B類(lèi)（乙類(lèi)）功率放大器電流導(dǎo)通角e 二90。： 理想效率為78.5%。B類(lèi)功率放大器的主要特點(diǎn)是：放大器的靜 態(tài)點(diǎn)在（VCQ 0）處，當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，輸出端 幾乎不消耗功率。在 Vi的正半周期內(nèi)，一管導(dǎo) 通另一管截止，輸出端為正半周正弦波；同理， 當(dāng)Vi為負(fù)半周期內(nèi)，輸出端為負(fù)半波正弦波， 所以必須用兩管推挽工作。其特點(diǎn)是效率較高 （78.5%）,但是因放大器有一段工作在非線性區(qū)域內(nèi)，故其缺點(diǎn)是&qu

9、ot;交越失真"較大。即當(dāng)信號(hào)在 -0.6V0.6V之間時(shí)，兩管都無(wú)法導(dǎo)通而引起 的。1.2.3 AB類(lèi)（甲乙類(lèi)）功率放大器慶8類(lèi)（甲乙類(lèi)）功率放大器電流導(dǎo)通角90° <0<180°，理想效率為50%< <78.5% AB類(lèi)（甲 乙類(lèi)）放大器，實(shí)際上是A類(lèi)（甲類(lèi)）和8類(lèi)（乙類(lèi)） 的結(jié)合，每個(gè)器件的導(dǎo)通時(shí)間在50100%之間， 依賴(lài)于偏置電流的大小和輸出電平。該類(lèi)放大器 的偏置按B類(lèi)（乙類(lèi)）設(shè)計(jì)，然后增加偏置電流， 使放大器進(jìn)入AB類(lèi)（甲乙類(lèi)）。AB類(lèi)功率放大器 的好處是：可以避免交越失真。有效率較高，晶 體管功耗較小的特點(diǎn)。1.2.4 C類(lèi)

10、（丙類(lèi)）功率放大器C類(lèi)（丙類(lèi)）功率放大器電流導(dǎo)通角e <90° , 理想效率刀>78.5%。C類(lèi)功率放大器的主要特點(diǎn)是：處在 C類(lèi)狀 態(tài)時(shí)，放大器的電流波形有較大的失真， 因此只 能用調(diào)諧回路作為負(fù)載，以濾除諧波分量，選出 信號(hào)基波，從而消除失真。1.2.5 D 類(lèi)（丁類(lèi)）功率放大器D類(lèi)（丁類(lèi)）功率放大器功率管處于開(kāi)關(guān)狀 態(tài)，理想效率為90%- 100%D類(lèi)（數(shù)字音頻功率）放大器是一種將輸入模 擬音頻信號(hào)變換成脈沖信號(hào)，然后用脈沖信號(hào)去 控制大功率開(kāi)關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也 稱(chēng)為開(kāi)關(guān)放大器。具有效率高的突出優(yōu)點(diǎn)。放大 器由輸入信號(hào)處理電路、開(kāi)關(guān)信號(hào)形成電路、大 功率

11、開(kāi)關(guān)電路和低通濾波器等四部分組成。它有 以下好處：1 .具有很高的效率，通常能夠達(dá)到 85%； 上。2 .體積小，可以比模擬的放大電路節(jié)省很 大的空間。3 .低失真，頻率響應(yīng)曲線好。外圍元器件 少，便于設(shè)計(jì)調(diào)試。1.3放大器的技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)一個(gè)功放系統(tǒng)或設(shè)備是否符合高保真 要求，一般應(yīng)采用主觀聽(tīng)音評(píng)價(jià)和客觀指標(biāo)測(cè)試 相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行，并以客觀測(cè)試指標(biāo)為主要 依據(jù)。因?yàn)椴捎脙x器測(cè)試設(shè)備的性能指標(biāo).能得到很直觀的可供參考比較的定量結(jié)果，無(wú)疑是最科學(xué)而值得信賴(lài)的。音頻功放的技術(shù)指標(biāo)，主要包括輸出功率、頻率特性、信噪比、瞬態(tài)響應(yīng)以及非線性失真等。其中， 輸出功率、頻率特性等，通常稱(chēng)為靜態(tài)特性指標(biāo)，它們

12、是用穩(wěn)態(tài)信號(hào)測(cè)量的。 而瞬態(tài)特性和非線性失真等，則稱(chēng)為動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，它們是用非穩(wěn)態(tài)信號(hào)測(cè)量確定的。1、 額定功率音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值(r<1%)的最大功率稱(chēng)為額定功率，表達(dá)式；Po= Uo2/RL(1-1)U0為負(fù)載兩端的最大不失真電壓，RL為額定負(fù)載阻抗。測(cè)量條件如下：信號(hào)發(fā)生器輸出頻率為1kHz,電壓U=20mVE弦信號(hào)。功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻RL( 代替揚(yáng)聲器) ， 輸入端接U,逐漸增大輸入電壓U;直到U0的波形剛好不出現(xiàn)諧波失真(r<1%) ， 此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓。測(cè)量后應(yīng)迅速減小Ui， 以免損壞功率放大器。2、 頻率響應(yīng)音頻功放的頻率特

13、性，是反映它對(duì)不同信號(hào)頻率放大能力的物理量。通常采用輸出電平隨頻 率變化的關(guān)系曲線來(lái)描述。指的是振幅頻率特 性，習(xí)慣上稱(chēng)為幅頻特性或頻率響應(yīng)(簡(jiǎn)稱(chēng)為頻 響)。在說(shuō)明音頻功放的頻率特性時(shí)，有兩點(diǎn)必須 明確給出。即：一是有效頻率范圍。頻率范圍， 20Hz20kHz全面反映出該功放的頻率特性指 標(biāo)。對(duì)于音頻功放的頻率特性指標(biāo)而言， 其有效 頻率范圍越寬，且在該頻率范圍內(nèi)相對(duì)參考電平 的不均勻度越小。則說(shuō)明該音頻功放的頻率特性 指標(biāo)就越好。放大器的電壓增益相對(duì)于中音頻 f ° (1kHz) 的電壓增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的低音頻率八和 高音頻率3稱(chēng)為放大器的頻率響應(yīng)。3、諧波失真諧波失真是指信

14、號(hào)通過(guò)音頻設(shè)備后，新增加 的諧波成分。它是原信號(hào)波形中沒(méi)有的波形變 化，是不希望發(fā)生的。其值以新增加的諧波成分 的均方根值與原信號(hào)電壓的均方根值的百分比 來(lái)表示。即：THD YU22 U21 U：(1-2)式中 Ul 正弦波基波電壓有效值;U2 ,U s.?Un 2 次、 3 次、 n 次諧波電壓有效值。諧波失真是電路或器件工作時(shí)的非線性引起的。高保真放大器的諧波失真一般應(yīng)控制在0.05以下，目前許多優(yōu)秀的放大器失真度均可達(dá)到0.01 。降低放大器諧波失真度的措施有：施加適量的電壓或電流負(fù)反饋。選用 fT 較高、線性好的放大器件。盡可能提高各級(jí)對(duì)管參數(shù)的一致性或?qū)ΨQ(chēng)性。采用甲類(lèi)放大，選用優(yōu)秀的

15、電路，如雙差分放大、全互補(bǔ)輸出或全對(duì)稱(chēng)等。4、信號(hào)噪聲比信號(hào)噪聲比(S/N) 指信號(hào)通過(guò)音頻設(shè)備后增加的各種噪聲( 如低頻呼聲、感應(yīng)交流聲、嘀嘀聲等)與指定信號(hào)電平的dB差值，或信號(hào)幅度與噪聲幅度之比，其值常用分貝表示，有時(shí)也以重放設(shè)備輸出的絕對(duì)噪聲電壓或電平值來(lái)表示，這時(shí)標(biāo)為噪聲電平?，F(xiàn)代高保真后級(jí)功放的S/N一般能達(dá)到90dB 以上，問(wèn)題不會(huì)很突出。我們知道， 多級(jí)放大器的S/N 主要取決于第一級(jí)，故在系統(tǒng)中，我們要著重提高前級(jí)或前置放大器的S/N。由于影響S/N的因素很多，提高S/N便顯得很棘手，有時(shí)費(fèi)了九牛二虎之力，能使之提高兩三個(gè) dB 已屆戰(zhàn)果輝煌。而人耳對(duì)噪聲又很敏感， 所以提高

16、S/N 往往成為設(shè)計(jì)及制作的主攻目標(biāo)。雖然因素很多，但也不是無(wú)章可循，除了器件本身的噪聲以外、放大器噪聲的來(lái)源概括起來(lái)主要有三個(gè)途徑：電源干擾、空間干擾和地線干擾。只要從以下幾個(gè)方面人手，S/N 一般便可達(dá)到令人滿意的水平。適當(dāng)降低信號(hào)源的輸出內(nèi)阻。合理設(shè)定前級(jí)或前置放大器的增益，避免使之過(guò)大，能滿足系統(tǒng)增益要求略有富余便可，這在業(yè)余制作時(shí)往往被忽略。使用高性能的穩(wěn)壓電源供電。各放大級(jí)盡可能單獨(dú)或并聯(lián)供電（ 即各級(jí)電源端經(jīng)一只隔離電阻直接與電源連接，并加接退耦電容） 。嚴(yán)格區(qū)分模擬地線與數(shù)字地線，各級(jí)地線分別定線，一點(diǎn)接地。機(jī)殼的接地點(diǎn)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。合理布線、使輸入信號(hào)引線盡可能短。超過(guò)4c

17、m長(zhǎng)的均應(yīng)使用屏蔽線，屏蔽層單端接地，各電位器、開(kāi)關(guān)外殼也應(yīng)可接地小信號(hào)放大電路板應(yīng)遠(yuǎn)離電源變壓器。27第二章音頻功率放大器的設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案分析本次設(shè)計(jì)的音頻功率放大器分為音頻放大 和直流電源兩大部分?？捎梢韵滤究驁D實(shí)現(xiàn),聲門(mén)前置門(mén)二級(jí)門(mén)功率揚(yáng)圖2-1音頻功率放大框圖音頻放大電路的功能是將其他電子設(shè)備的 音源信號(hào)進(jìn)行放大，然后再經(jīng)過(guò)功率放大，最后 去推動(dòng)揚(yáng)聲器輸出，簡(jiǎn)單說(shuō)就是一個(gè)擴(kuò)音器。電源f變一"全一"線性1穩(wěn)圖2-2直流電源框圖直流電源部分則負(fù)責(zé)將220V交流電轉(zhuǎn)換為 低壓直流電供放大電路使用，為了減小電源波動(dòng) 引起的噪聲對(duì)放大電路的影響，電源部分將采用 線性直

18、流穩(wěn)壓電源。2.2 前置放大電路設(shè)計(jì)聲音源的種類(lèi)有很多種，如傳聲器（話筒）、電唱機(jī)、 及線路傳輸?shù)?，這些聲音源的輸出信號(hào)的電壓差別很大，從零點(diǎn)幾毫伏到幾百毫伏。一般功率放大器的輸入靈敏度是一定的，這些不同的聲音源信號(hào)直接輸入到功率放大器中的話， 如輸入過(guò)低的信號(hào)，功率放大器輸出功率不足， 不能充分發(fā)揮功放的作用；如輸入信號(hào)的幅值過(guò)大，功率放大器的輸出信號(hào)將嚴(yán)重過(guò)載失真，這將失去音頻放大的意義。所以一個(gè)實(shí)用的音頻功率放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，以便使放大器適應(yīng)不同的的輸入信號(hào)，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。前置放大電路的作用簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是 “緩沖”，將外部輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行放大并輸出。本次設(shè)

19、計(jì)的前置放大電路是一個(gè)高輸入阻抗、高共模低抑制比、 低漂移的小信號(hào)放大電路，設(shè)計(jì)中將采用OP07來(lái)設(shè)計(jì)前置放大電路。對(duì)于前置放大電路來(lái)說(shuō)，輸入阻抗越大越好， 輸出阻抗越小越好，所以本設(shè)計(jì)采用反相比例放大器，如圖2-3。Ftf圖2-3反相比例放大器輸出電壓以=-I fR(2-1 )而 If=i 尸UL=Ui(2-2)RiR最后得出A怵=R(2-UiRi'3)輸入電阻為 r if =R(2-4)輸出電阻為r o=0(2-5)平衡電阻為R=R II R(2-6)若設(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)為10倍的前置放大電路，輸入電阻R1將采用10k的電阻，希望達(dá)到 的放大倍數(shù)為10倍。則根據(jù)公式，負(fù)反饋Rf將 采

20、用100k的電阻。因?yàn)?R=R/R ,且R<<R , 所以R也采用10k的電阻。OP07用±15穩(wěn)壓電源供電若在輸入端加入一電容，則電容C是耦合電 容，其容量取值可以按如下規(guī)則來(lái)考慮：因?yàn)檫\(yùn) 放的反相端相當(dāng)于“虛地”，故電容C和電阻R 構(gòu)成一階高通濾波器，人耳能聽(tīng)到的聲音信號(hào)最 低為20HZ,故該高通濾波器的截止頻率應(yīng)當(dāng)?shù)?于20HZ,才能保證音頻信號(hào)的完整傳輸，即：2 兀(2-7)R取10K,可以求得電容C的容量應(yīng)當(dāng)大 于0.96 it F。但是在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，上述計(jì)算 值只能做一個(gè)參考，一般耦合電容的取值都應(yīng)該 大于計(jì)算值。所以我電容值取 4.7 it F。畫(huà)出前置

21、放大電路原理圖如圖 2-4圖2-4前置放大器電路2.3二級(jí)放大電路設(shè)計(jì)二級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)將由一個(gè)低通濾波器 和一個(gè)高通濾波器組成，形成一個(gè)帶通濾波器.2.2.1 低通濾波器設(shè)計(jì)低通濾波器容許低頻信號(hào)通過(guò)，但減弱（或 減少）頻率高于截止頻率的信號(hào)的通過(guò)。對(duì)于不 同濾波器而言，每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不 同。當(dāng)使用在音頻應(yīng)用時(shí)，它有時(shí)被稱(chēng)為高頻剪 切濾波器，或高音消除濾波器。典型的一階有源低通濾波器如圖 2-5 :圖3-5 （a）反相輸入低通濾波器（b）同相輸入低通濾波器設(shè)計(jì)中采用集成運(yùn)放低通濾波器的同相輸入接法。輸出電壓貝UUo= 1 tU(2-8)- UiU+= j-C= -R，1j C(2-

22、9)所以傳遞函數(shù)A= 1 R rjCAup1 j 一0(2-10)其中輸出電壓U0與其輸入電壓U+的比值為 Ap ;3 0為電壓放大倍數(shù)下降到%時(shí)對(duì)應(yīng)的角頻率。所以其特性為A up=1羨(2-11)10 RC(2-12)若設(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)為3倍的低通濾波器， 則設(shè)計(jì)中負(fù)反饋選擇200Q電阻，為了達(dá)到3倍 的放大倍數(shù)，電阻 R和R選擇100Q電阻。因?yàn)槿丝梢月?tīng)到的聲音范圍為 20Hz20kHz, 則20kHz 2(2-13)1RC12.56 i04rad/s(2-14)由于R選擇100Q電阻，則C>0.08uF。設(shè)計(jì)中電容采用0.082uF的電容。設(shè)計(jì)出電路圖如圖2-6圖2-6低通濾波器則

23、圖2-6中電壓放大倍數(shù)為(2-15)恥1_ 51.2 10rad/s(2-16)2.2.2 高通濾波器設(shè)計(jì)高通濾波器是容許高頻信號(hào)通過(guò)、但減弱 （或減少）頻率低于截止頻率信號(hào)通過(guò)的濾波器。對(duì)于不同濾波器而言,每個(gè)頻率的信號(hào)的減 弱程度不同。它有時(shí)被稱(chēng)為低頻剪切濾波器； 在 音頻應(yīng)用中也使用低音消除濾波器或者噪聲濾 波器。高通濾波器與低通濾波器特性恰恰相反。典型的一階有源高通濾波器如圖2-7 :圖2-7 (a)反相輸入高通濾波器(b)同相輸入高通濾波器設(shè)計(jì)中采用集成運(yùn)放高通濾波器的同相輸入接法其中傳遞函數(shù)UoAupUi(2-17)在理想特性下通帶電壓放大倍數(shù)AupA(2-18)通帶截止角頻率0a

24、 AUp RC、2(2-19)若設(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)為3倍的高通濾波器， 則設(shè)計(jì)中負(fù)反饋選擇20kQ電阻，為了達(dá)到3倍 的放大倍數(shù)，電阻 R和R選擇10kQ電阻。因?yàn)槿丝梢月?tīng)到的聲音范圍為 20Hz20kHz, 則fo 20Hz 2(2-20)0 e 125.6rad/s(2-21)由于R選擇10kQ電阻，則C<0.8uF。設(shè)計(jì) 中電容采用0.75uF的電容。設(shè)計(jì)出電路圖如圖2-8。圖2-8高通濾波器則圖中電壓放大倍數(shù)為Aup 13R5(2-22)0 4 133 rad/sR4c2(2-23)2.2.3 二級(jí)放大電路電路設(shè)計(jì)將低通濾波器和高通濾波器相連接，則形成 如下二級(jí)電路：R3R5.RI

25、- C2 V：CP07IDOV1 12D01rFd1:-i sv Tb. QM 2V-*EXTCP071<TEX1> ,：士 C1+1WSt,fTEyfx P U2 .圖2-9二級(jí)放大電路電路圖則圖3-9中實(shí)際通帶電壓放大倍數(shù)為Ap=Ap 低通 Aup 同通 =9(2-24)f_0f02(2-25)可知該二級(jí)電路的通帶頻率約為21.2Hz19.4KHZ。2.4功率放大器設(shè)計(jì)功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載 提供所需要的輸出功率。功率放大器的主要性能指標(biāo)有最大輸出不 失真功率、失真度、信噪比、頻率響應(yīng)和效率。 目前常見(jiàn)的電路結(jié)構(gòu)有OTL型、OC理。有全部 采用分立元件晶體管組成的

26、功率放大器；也有采 用集成運(yùn)算放大器和大功率晶體管構(gòu)成的功率 放大器；隨著集成電路的發(fā)展，全集成功率放大 器應(yīng)用越來(lái)越多。由于集成功率放大器使用和調(diào) 試方便、體積小、重量輕、成本低、溫度穩(wěn)定性 好，功耗低，電源利用率高，失真小，具有過(guò)流 保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)及自啟動(dòng)、消噪等功 能，所以使用非常廣泛。本次設(shè)計(jì)將采用正向比例運(yùn)算放大器連接 OCL5補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，使輸入信號(hào)功率放大。正向 比例運(yùn)算放大器負(fù)反饋使用可調(diào)電阻， 使放大功 率可調(diào)。喇叭使用8Q的喇叭，互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路用 ±15直流電源供電。可估算OCL電路輸出功率為：.2. _21 U cc 115Pom*- 14W(2-26)2

27、 RL 28''圖2-10集成運(yùn)放OCL電路其中D1、D2用于消除交越失真。反相比例 運(yùn)算放大器放大倍數(shù)為15倍。2.5 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)由于本次設(shè)計(jì)全部采用土 15V直流電源，則 必須設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，將 220V的交流電 源經(jīng)過(guò)降壓和穩(wěn)壓之后成為穩(wěn)定的土 15V直流電 源。直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路如以下框圖：降壓 整流 穩(wěn)壓圖2-11直流電源框圖因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)需要對(duì)稱(chēng)的雙電源，因此必須選 擇次級(jí)有三端抽頭的變壓器，經(jīng)全橋電路整流和 電容濾波后，輸出對(duì)稱(chēng)的正負(fù)電源。要構(gòu)成線性直流穩(wěn)壓電源，最簡(jiǎn)單的方法就 是采用三端集成穩(wěn)壓器。這種集成電路塊內(nèi)部完 整地集成了采樣電路、比較放大、調(diào)

28、整電路、保 護(hù)電路和啟動(dòng)電路等功能，但是外部引腳只有三 個(gè)端口，分別接輸入電源、地，另一個(gè)端口輸出， 其使用十分簡(jiǎn)單，只要將三個(gè)端口按規(guī)定接入電 路就可以使用。由于需要± 15V直流電源，則集 成三端穩(wěn)壓電源模采用 7815和7915為負(fù)三端 穩(wěn)壓，7815為正三端穩(wěn)壓。直流穩(wěn)壓電源的設(shè) 計(jì)圖如下：圖2-12直流穩(wěn)壓電源圖中可看出220V 的交流電源經(jīng)變壓器（ TR1 ）降壓后，經(jīng)過(guò)由D1 、 D2、 D3 和 D4 組成的全橋整流電路輸出直流，再由穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的直流，提供給放大電路使用。圖中C1 、C2、 C3 和 C4 都為濾波電容。2.6 OP07 的功能介紹OP07芯片是

29、一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙 極性運(yùn)算放大器集成電路。由于 OP07具有非常 低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于 OP07AR大為25 V）, 所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措 施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A? 土 2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于 OP07A為300V/mV 的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感 器的微弱信號(hào)等方面。OP07的特點(diǎn)：超低偏移：150以V最大。低輸入偏置電流：1.8nA 。低失調(diào)電壓漂移：0.5（1V/C 22V。超穩(wěn)定，時(shí)間：2以V/month最大高電源電壓范圍：±3丫至士OiPB(Plutit

30、le PucKmge)圖2-1 OP07外型圖片OP0砥片引腳功能說(shuō)明：1和8為偏置平衡（調(diào)零端），2為反向輸入 端，3為正向輸入端，4接地，5空腳6為輸出, 7接正電源圖2-2 OP07的管腳圖OP07的內(nèi)部原理圖：hrrt ng-Inwibi put圖2-3 OP07的內(nèi)部原理圖第三章電路的仿真3.1前置電路的仿真在前置放大電路的輸入端輸入 10mV的正 弦信號(hào)，在輸出段插入電壓探頭，分別對(duì)電路進(jìn)3.1.1輸入與輸出分析4M1LBU E，S4L.YSIS -ItFn L圖3-2前置放大電路輸入和輸出分析圖圖中知輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相，當(dāng)系統(tǒng)的 輸入信號(hào)電壓值為-10mV,輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)電壓值

31、 為103mV放大倍數(shù)約為10,與前置放大電路的 計(jì)算值100/10=10 （倍）相符。3.1.2電路頻率響應(yīng)特性分析圖3-3前置放大電路頻率響應(yīng)特性分析圖(1)rRE；JiNCr RESPC'JSE - FHC5PICEFib 甘色中1 型 E3 Hcfc圖3-4前置放大電路頻率響應(yīng)特性分析圖28(2)系統(tǒng)的最大頻率增益為 20dB,則下降3dB 可知截止頻率為55.6kHz。系統(tǒng)通帶頻率范圍為 10Hz 55.6kHz。3.2 二級(jí)放大電路仿真10mV的正分別對(duì)電路進(jìn)在二級(jí)放大電路的輸入端輸入 弦信號(hào)，在輸出段插入電壓探頭， 行輸入、輸出分析和頻率響應(yīng)分析(圖3-5二級(jí)放大電路3.

32、2.1電路輸入與輸出分析圖3-6二級(jí)放大電路輸入和輸出分析圖由圖可知電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了同相放大, 放大倍數(shù)約為 88.0/10 P88。3.2.2電路頻率響應(yīng)特性分析圖3-7二級(jí)放大電路頻率響應(yīng)分析圖（1）圖3-8二級(jí)放大電路頻率響應(yīng)分析圖（2）圖3-9二級(jí)放大電路頻率響應(yīng)分析圖（3）由圖可知系統(tǒng)的最大頻率增益為19.1dB,則下降3dB可知截止頻率為21.6Hz和18.8kHz,所以系統(tǒng)通帶頻率范圍為 21.6Hz18.8kHz。3.3 功率放大電路功率仿真在功率放大電路的輸入端輸入正弦信號(hào)和電流探頭，在輸出段插入電壓探頭和電流探頭,對(duì)電路進(jìn)行輸入、輸出功率分析圖3-10功率放大電路模擬仿

33、真參數(shù)設(shè)置如圖輸出功率變化曲線:圖3-11曲線設(shè)置圖3-12功率放大電路輸入和輸出功率分析 圖（可調(diào)電阻在中間）圖3-13率放大電路輸入和輸出功率分析圖（可調(diào)電阻在最左邊）圖3-14功率放大電路輸入和輸出功率分析圖（可調(diào)電阻在最右邊）由仿真圖可知，輸出功率被放大。系統(tǒng)以恒定功率輸入信號(hào)，調(diào)節(jié) RV1可調(diào)節(jié)電路輸出功 率。3.4 直流穩(wěn)壓電源仿真在直流穩(wěn)壓電源電路的輸出端接兩個(gè)電壓 表，測(cè)量能否輸出土 15V的電壓。圖3-15直流穩(wěn)壓電源電路由仿真圖圖可知直流穩(wěn)壓電源可輸出土15V的電壓，證明直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)符合要求3.5 音頻功率放大電路仿真和分析前置放大電路、二級(jí)放大電路、功率放大電 路組成

34、總電路圖4-12。在音頻功率放大電路的 輸入端輸入正弦信號(hào)，在輸出段插入電壓探頭， 對(duì)電路進(jìn)行輸入和輸出功率分析、頻率響應(yīng)特性 分析和傅里葉分析。圖3-16音頻功率放大電路3.5.1電路輸入與輸出分析圖3-17音頻功率放大電路輸入和輸出分析圖電路輸入信號(hào)為電壓幅度 10mV頻率為 1kHz的正弦信號(hào)，可調(diào)電阻在 50炮，輸入-輸 出仿真結(jié)果圖，由上圖可知電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了反相放大，放大倍數(shù)約為：2790/10=279（倍）, 與計(jì)算結(jié)果10*9*3=270近似。3.5.2電路頻率響應(yīng)特性分析圖3-18音頻功率放大電路頻率響應(yīng)特性分析圖（1）圖3-19音頻功率放大電路頻率響應(yīng)特性分 析圖(2)

35、圖3-20音頻功率放大電路頻率響應(yīng)特性分 析圖(3)系統(tǒng)的最大頻率增益為48.8dB,則下降3dB 可知截止頻率為21.6Hz和18.1kHz。從電路的 仿真結(jié)果可知，系統(tǒng)通帶頻率范圍為21.6Hz18.1kHz。第四章 焊接 調(diào)試 組裝4.1 焊接1 準(zhǔn)備施焊：準(zhǔn)備好焊錫絲和烙鐵。此時(shí)特別強(qiáng)調(diào)的施烙鐵頭部要保持干凈，即可以沾上焊錫（俗稱(chēng)吃錫）。2 加熱焊件：將烙鐵接觸焊接點(diǎn)，注意首先要保持烙鐵加熱焊件各部分，例如印制板上引線和焊盤(pán)都使之受熱，其次要注意讓烙鐵頭的扁平部分（較大部分）接觸熱容量較大的焊件，烙鐵頭的側(cè)面或邊緣部分接觸熱容量較小的焊件，以保持焊件均勻受熱。3 熔化焊料：當(dāng)焊件加熱到

36、能熔化焊料的溫度后將焊絲置于焊點(diǎn)，焊料開(kāi)始熔化并潤(rùn)濕焊點(diǎn)。4 移開(kāi)焊錫：當(dāng)熔化一定量的焊錫后將焊錫絲移開(kāi)。5 移開(kāi)烙鐵：當(dāng)焊錫完全潤(rùn)濕焊點(diǎn)后移開(kāi)烙鐵，注意移開(kāi)烙鐵的方向應(yīng)該是大致45°的方向。上述過(guò)程，對(duì)一般焊點(diǎn)而言大約二，三秒鐘。 對(duì)于熱容量較小的焊點(diǎn)，例如印制電路板上的小焊盤(pán)，有時(shí)用三步法概括操作方法，即將上述步驟2， 3 合為一步，4， 5 合為一步。實(shí)際上細(xì)微區(qū)分還是五步，所以五步法有普遍性，是掌握手工烙鐵焊接的基本方法。特別是各步驟之間停留的時(shí)間，對(duì)保證焊接質(zhì)量至關(guān)重要，只有通過(guò)實(shí)踐才能逐步掌握4.2 組裝它包括二路OCL 功放電路及直流供電電路，四只大功率管2N3055的管身與印刷電路板間需加裝散熱板，用螺絲固定。電阻器一律臥式安裝， 電容器及三極管采用立式安裝，并緊貼電路板， 焊接要求牢固可靠，電路板上有兩根跳線，用鐵線焊接即可。4.3 調(diào)試自