低頻課設(shè)音頻放大器

1、沈 陽(yáng) 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目： 音頻放大器 系 別 自控系 班級(jí) 電子本101 學(xué)生姓名 曹陽(yáng) 學(xué)號(hào) 2010311 指導(dǎo)教師 郝波 職稱(chēng) 教授 起止日期：2012年7月2日起至2012年7月13日止沈陽(yáng)工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)題目： 音頻功率放大器 音頻信號(hào)源 系 別 自控系 班級(jí) 電子本101 學(xué)生姓名 曹陽(yáng) 學(xué)號(hào) 2010311106 指導(dǎo)教師 郝波 職稱(chēng) 教授 課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： F座219 任 務(wù) 下 達(dá) 時(shí) 間： 2012 年 6 月 29 日 起止日期：2012年7月2日起至2012年7月13日止 教研室主任 田景賀 年 月 日批準(zhǔn)1設(shè)計(jì)題目：直流穩(wěn)壓電源1

2、.1設(shè)計(jì)目的：能綜合運(yùn)用低頻電子技術(shù)知識(shí)，進(jìn)行實(shí)際電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以加深對(duì)低頻電子電路基本知識(shí)的理解，提高綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、分析解決問(wèn)題的能力和電子技術(shù)實(shí)踐技能，初步培養(yǎng)研制實(shí)用電子系統(tǒng)的能力。 1.2基本要求：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)線性直流穩(wěn)壓電源，其中穩(wěn)壓部分使用晶體管串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。（2）設(shè)計(jì)指標(biāo) 1、輸出電壓：12V。 2、輸出電流：500mA。 3、穩(wěn)壓系數(shù)：0.05 4、具有過(guò)流保護(hù)功能。 2設(shè)計(jì)過(guò)程的基本要求：2.1進(jìn)行方案的論證，給出原理框圖2.2設(shè)計(jì)單元電路的原理圖，完成基本理論計(jì)算。2.3畫(huà)出整機(jī)電路圖及PCB版圖。2.4撰寫(xiě)符合設(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份。 3報(bào)告的基本要求：3.1 項(xiàng)

3、目齊全：摘要、關(guān)鍵詞、目錄、引言、正文、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄等。 不少于3000字， A4紙打印，不允許復(fù)印。3.2 裝訂順序：封面、成績(jī)?cè)u(píng)定表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（正文的具體要求按老師講課要求）、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄（邏輯電路圖與實(shí)際接線圖）。4.時(shí)間進(jìn)度安排：順序階段日期計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容備注1下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，進(jìn)行方案論證 2檢查方案框圖完成情況，講解及糾正錯(cuò)誤 3檢查單元電路的原理圖并指出錯(cuò)誤及糾正 4 檢查整機(jī)電路圖，寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告 5答辯 2設(shè)計(jì)題目：多種波形發(fā)生器1.1設(shè)計(jì)目的：能綜合運(yùn)用低頻電子技術(shù)知識(shí)，進(jìn)行實(shí)際電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以加深對(duì)低頻電子電路基本知識(shí)的理解，

4、提高綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、分析解決問(wèn)題的能力和電子技術(shù)實(shí)踐技能，初步培養(yǎng)研制實(shí)用電子系統(tǒng)的能力。 1.2基本要求：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生正弦波，方波，三角波電路 。（2）設(shè)計(jì)指標(biāo) 1、頻率： 20Hz20kHz連續(xù)可調(diào)。 2、輸出正弦波幅度：5V。 3、波形不能有明顯失真。 4、三角波幅度可調(diào)。 2設(shè)計(jì)過(guò)程的基本要求：2.1進(jìn)行方案的論證，給出原理框圖2.2設(shè)計(jì)單元電路的原理圖，完成基本理論計(jì)算。2.3畫(huà)出整機(jī)電路圖及PCB版圖。2.4撰寫(xiě)符合設(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份。 3報(bào)告的基本要求：3.1 項(xiàng)目齊全：摘要、關(guān)鍵詞、目錄、引言、正文、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄等。 不少于3000字， A4紙打印，不

5、允許復(fù)印。3.2 裝訂順序：封面、成績(jī)?cè)u(píng)定表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（正文的具體要求按老師講課要求）、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄（邏輯電路圖與實(shí)際接線圖）。4.時(shí)間進(jìn)度安排：順序階段日期計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容備注1下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，進(jìn)行方案論證 2檢查方案框圖完成情況，講解及糾正錯(cuò)誤 3檢查單元電路的原理圖并指出錯(cuò)誤及糾正 4 檢查整機(jī)電路圖，寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告 5答辯 3設(shè)計(jì)題目：音頻功率放大器1.1設(shè)計(jì)目的：能綜合運(yùn)用低頻電子技術(shù)知識(shí)，進(jìn)行實(shí)際電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)測(cè)，以加深對(duì)低頻電子電路基本知識(shí)的理解，提高綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、分析解決問(wèn)題的能力和電子技術(shù)實(shí)踐技能，初步培養(yǎng)研制實(shí)用電子系統(tǒng)的能力。

6、1.2基本要求：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)音調(diào)可調(diào)的音頻功率放大器 。（2）可放大MIC和線路輸入信號(hào)。（3）非線性失真小，噪聲低。（4）設(shè)計(jì)指標(biāo) 1、不失真功率：大于5W。 2、通頻帶：20Hz -20kHz。 3、音調(diào)控制范圍：以1kHz為0dB，要求在100Hz處有 12 dB的調(diào)解范圍。 1.3 分項(xiàng)設(shè)計(jì)： （1）話筒放大器設(shè)計(jì)：輸入MIC信號(hào)，具有音調(diào)及音量控制。 （2）功率放大器設(shè)計(jì)：輸入話放信號(hào)和線路信號(hào)，輸出驅(qū)動(dòng)8揚(yáng)聲器。 （3）音頻信號(hào)源設(shè)計(jì)：頻率在20Hz -20kHz連續(xù)可調(diào)，可直接加在功放線路輸入端的正弦波測(cè)試信號(hào)。 （4）直流電源設(shè)計(jì)：給整個(gè)電路提供直流穩(wěn)壓電源。 2設(shè)計(jì)過(guò)程的基

7、本要求：2.1進(jìn)行方案的論證，給出原理框圖2.2設(shè)計(jì)單元電路的原理圖，完成基本理論計(jì)算。2.3設(shè)計(jì)出調(diào)試步驟，進(jìn)行電路搭接、調(diào)試。2.4撰寫(xiě)符合設(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份。3報(bào)告的基本要求：3.1 項(xiàng)目齊全：摘要、關(guān)鍵詞、目錄、引言、正文、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄等。 不少于3000字， A4紙打印，不允許復(fù)印。3.2 裝訂順序：封面、成績(jī)?cè)u(píng)定表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（正文的具體要求按老師講課要求）、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄（邏輯電路圖與實(shí)際接線圖）。4.時(shí)間進(jìn)度安排：順序階段日期計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容備注1下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，進(jìn)行方案論證 2電路設(shè)計(jì) 3答辯 沈 陽(yáng) 工 程 學(xué) 院 模電 課程設(shè)計(jì)

8、成績(jī)?cè)u(píng)定表系（部）： 自控 班級(jí)： 電子本101 學(xué)生姓名： 曹陽(yáng) 指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 審 意 見(jiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評(píng) 分加權(quán)分調(diào)研論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn),收集資料；能制定課程設(shè)計(jì)方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律，出勤情況是否良好，能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)工作， 0.25432工作量按期圓滿(mǎn)完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)，工作量飽滿(mǎn)，難度適宜。0.25432說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量說(shuō)明書(shū)立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，圖表完備，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范。0.55432指導(dǎo)教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以12） 分加權(quán)分合計(jì)指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 年 月 日評(píng)

9、 閱 教 師 評(píng) 審 意 見(jiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評(píng) 分加權(quán)分查閱文獻(xiàn)查閱文獻(xiàn)有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿(mǎn)，難度適中。0.55432說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量說(shuō)明書(shū)立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，圖表完備，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范。0.35432評(píng)閱教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以8）分加權(quán)分合計(jì)評(píng) 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設(shè) 計(jì) 總 評(píng) 成 績(jī)分中 文 摘 要 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，比如手機(jī)、MP4 播放器、 筆記本電腦、電視機(jī)、音響設(shè)備等給我們的生活和學(xué)習(xí)工作帶來(lái)了不

10、可替代的方便享受。 我們主要采用了兩種方法對(duì)其進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)， 一種利用了 LM24集成芯片對(duì)其進(jìn)行放大輸出，另一種是利用二極管進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，即分立元件進(jìn)行設(shè)計(jì)放大。利用課本及一些資料上所描述的同相放大電路和甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路的基本知識(shí)， 通過(guò)對(duì)兩種方法的對(duì)比分析確定了下面的音頻放大電路。為了測(cè)試功率放大器電路的幅頻特性，我們根據(jù)RC橋式振蕩原理設(shè)計(jì)了音頻信號(hào)源。該音頻信號(hào)源能產(chǎn)生單一頻率幅值連續(xù)可調(diào)的正弦波。本文主要介紹了該電路的原理設(shè)計(jì)，Multisim系統(tǒng)仿真和實(shí)物圖仿真結(jié)果，并對(duì)該電路在仿真過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了簡(jiǎn)單可行的解決措施。關(guān)鍵詞 音頻放大器，

11、音頻信號(hào)源，RC橋式正弦波振蕩目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)3模電 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表10中 文 摘 要111設(shè)計(jì)任務(wù)描述141.1 設(shè)計(jì)題目：141.2 設(shè)計(jì)要求14（1）設(shè)計(jì)一個(gè)音調(diào)可調(diào)的音頻功率放大器 。14 設(shè)計(jì)目的14 基本要求141.2.3 發(fā)揮部分142設(shè)計(jì)方案選擇和論證152.1 設(shè)計(jì)思路152.2 方案論證152.2.1 方案選擇152.3 總體電路的功能框圖及其說(shuō)明16 總體電路功能框圖162.3.2 模塊說(shuō)明163功能塊及單元電路設(shè)計(jì)183.1 功能塊設(shè)計(jì)18 音頻信號(hào)源電路框圖183.2音頻信號(hào)源電路設(shè)計(jì)18 正弦波產(chǎn)生電路原理18 音頻信號(hào)源電路203.3 主要元器件介紹20

12、LM324簡(jiǎn)介20 二極管1N4148213.4 參數(shù)計(jì)算223.4.2 幅值變化分析234總體電路原理圖及說(shuō)明234.1 總電路圖24 總電路原理圖244.2 總電路原理24前置放大級(jí)244.2.2 功率放大器24 電源模塊254.2.4 音頻信號(hào)發(fā)生器254.3 總元件清單255 電路調(diào)試265.1調(diào)試方法與步驟275.1.1 調(diào)試步驟設(shè)計(jì)27 系統(tǒng)仿真275.1.4 實(shí)物仿真測(cè)試數(shù)據(jù)285.2調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題或故障分析及解決措施295.2.1 故障分析及解決措施295.3所用的儀器29主要儀器291設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目： 音頻功率放大器1.2 設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)音調(diào)可調(diào)的音頻

13、功率放大器 。（2）可放大MIC和線路輸入信號(hào)。（3）非線性失真小，噪聲低。（4）設(shè)計(jì)指標(biāo) 1、不失真功率：大于5W。 2、通頻帶：20Hz -20kHz。 3、音調(diào)控制范圍：以1kHz為0dB，要求在100Hz處有 12 dB的調(diào)解范圍。 設(shè)計(jì)目的能綜合運(yùn)用低頻電子技術(shù)知識(shí)，進(jìn)行實(shí)際電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)測(cè)，以加深對(duì)低頻電子電路基本知識(shí)的理解，提高綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、分析解決問(wèn)題的能力和電子技術(shù)實(shí)踐技能，初步培養(yǎng)研制實(shí)用電子系統(tǒng)的能力。 基本要求（1）進(jìn)行方案的論證，給出原理框圖（2）設(shè)計(jì)單元電路的原理圖，完成基本理論計(jì)算。（3）設(shè)計(jì)出調(diào)試步驟，進(jìn)行電路搭接、調(diào)試。(4)撰寫(xiě)符合設(shè)計(jì)要求的

14、報(bào)告一份。 發(fā)揮部分(1) 音頻信號(hào)源部分輸出幅值在300mv-1.5v范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。2設(shè)計(jì)方案選擇和論證 2.1 設(shè)計(jì)思路 音頻功率放大器的作用是將聲音輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，然后輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。聲音源的種類(lèi)有很多種，故輸出信號(hào)的電壓差別很大，從零點(diǎn)幾毫伏到幾百萬(wàn)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)如果直接輸入到功率放大器的話，對(duì)于輸入信號(hào)過(guò)低的，功率放大器輸出不足，不能充分發(fā)揮功放的作用；加入輸入信號(hào)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。這樣就失去了音頻放大的意義了，所以一個(gè)實(shí)用音頻功率放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，以便放大器適應(yīng)不同的輸入信號(hào)，或放大，或衰減

15、，或進(jìn)行阻抗變換，使其與功率放大器的靈敏地相匹配。最后音頻放大器由前置放大器和音調(diào)控制電路和功率放大器三部分組成。音頻功放的特點(diǎn)： 1、輸出功率足夠大為獲得足夠大的輸出功率， 功放管的電壓和電流變化范圍應(yīng)很 大。 2、 效率要高功率放大器的效率是指負(fù)載上得到的信號(hào)功率與電源供給的直流功率之 比。3、非線性失真要小功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，電壓、 電流擺動(dòng)幅度很大， 極易超出管子特性曲線的線性范圍而進(jìn)入非線性區(qū)， 造成輸出波形的非線性失真，因此，功 率放大器比小信號(hào)的電壓放大器的非線性失真問(wèn)題嚴(yán)重。2.2 方案論證 方案選擇常見(jiàn)的音頻功率放大器主要有下列幾種： 1、變壓器耦合甲類(lèi)放大器電路

16、主要用于電子管放大器中；2、變壓器耦合推挽功率放大器電路主要用于一些輸出功率較大的電子管放大器中；3、OTL 功率放大器電路主要用于一些輸出功率較小的放大器中； 4、OCL 功率放大器是一種常用的放大器電路，常用于一些輸出功率要求較大的功率放大器 5、BTL 功率放大器電路主要用于一些要求輸出功率更大的場(chǎng)合，OTL、OCL和BTL功率放大器電路主要用于晶體管放大器中。為了能滿(mǎn)足輸出最大不失真功率大于5W設(shè)計(jì)需要，我們采用了乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)功率放大電路。2.3 總體電路的功能框圖及其說(shuō)明 總體電路功能框圖前置放大級(jí)功率放大器音頻頻源電源模塊輸出100mv20Hz-20kHz連續(xù)可調(diào)+12v、-1

17、2v+12v、-12v+12v、-12v圖2.1音頻放大器框圖 模塊說(shuō)明(1)前置放大我們所使用的麥克輸出電壓約為5mv,而設(shè)計(jì)要求輸出最大不失真功率大于5W,由P=U²/R 可知，功放輸出端最大不失真電壓約為6.3v,即整體電路放大增益應(yīng)大于1260。為了減小運(yùn)放模塊的負(fù)擔(dān)且滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，我們將前置放大級(jí)的放大倍數(shù)設(shè)置為100倍，用較為便宜的集成運(yùn)放LM324進(jìn)行放大。（2）功率放大模塊 為了保護(hù)功放元器件、揚(yáng)聲器并防止失真，我們選用了1k電位器連接在前置放大器輸出端與地之間，以便調(diào)節(jié)功放的輸入電位。在功放前端放大器上我們采用了增益為23.5的反相放大電路，以便確保功放輸出功率。（

18、3）電源模塊就是將220v交流電壓變?yōu)?#177;12的直流電壓，第一部分是經(jīng)過(guò)交流變壓器將220v電壓變成18v電壓，經(jīng)過(guò)橋式整流電路整流，變成脈沖式的直流電，用兩個(gè)大容量極性電容對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)波，然后使用集成三端穩(wěn)壓片（lm7812/lm7912）進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定的±12v的直流電壓。再用非極性電容濾掉高次諧波，給負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓。（4）音頻信號(hào)源 為了能夠產(chǎn)生20Hz-20kHz連續(xù)可調(diào)的正弦波信號(hào)，我們采用雙聯(lián)同軸電位器和三個(gè)電容進(jìn)行調(diào)頻，用高速開(kāi)啟開(kāi)關(guān)二極管1N4148進(jìn)行自動(dòng)穩(wěn)幅，用一個(gè)電位器調(diào)幅。另外，為了防止負(fù)載對(duì)振蕩電路的影響，我們?cè)谥徽袷庪娐返妮敵龆思右粋€(gè)電

19、壓跟隨器以隔離振蕩電路與負(fù)載。3功能塊及單元電路設(shè)計(jì)hv3.1 功能塊設(shè)計(jì) 音頻信號(hào)源電路框圖 音頻信號(hào)源電路我們采用了RC橋式串并聯(lián)電路，為了避免加負(fù)載后對(duì)振蕩電路產(chǎn)生影響，我們加一個(gè)電壓跟隨器以便隔離負(fù)載與振蕩電路。其框圖如下：電壓跟隨器正弦波振蕩輸出到功放模塊圖3.1 音頻信號(hào)源電路框圖 3.2音頻信號(hào)源電路設(shè)計(jì) 正弦波產(chǎn)生電路原理要產(chǎn)生正弦波，首先要有正弦振蕩電路，即要有一個(gè)沒(méi)有輸入信號(hào)的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。正弦振蕩波電路的振蕩條件為：圖3.2 正弦波振蕩的方案框圖圖3.3 正弦波振蕩條件相位平衡和振幅平衡是正弦振蕩電路產(chǎn)生持續(xù)真振蕩的兩個(gè)條件。正弦波的產(chǎn)生，可以選擇RC正弦波

20、振蕩電路，還可以選擇LC正弦振蕩電路。但此處根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，只能選擇RC正弦振蕩電路。如圖為RC橋式振蕩電路的原理圖，這個(gè)電路由兩部分構(gòu)成，即放大電路Av和選頻網(wǎng)絡(luò)Fv。Av為由集成運(yùn)放所組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，取其輸入阻抗高輸出阻抗低的特點(diǎn)。而Fv則由Z1、Z2組成，同時(shí)兼作正反饋網(wǎng)絡(luò)。 圖3.4 RC橋式振蕩電路電路振蕩的頻率：起振條件：開(kāi)始時(shí)，Av=1+Rf/R1略大于3，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，Av=3，F(xiàn)v=1/3。調(diào)整反饋電阻Rf，使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說(shuō)明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)加大Rf。如波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減小Rf。改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C或 R，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。

21、一般采用改變電容C作頻率量程切換，而調(diào)節(jié)R作量程內(nèi)的頻率細(xì)調(diào)。 音頻信號(hào)源電路音頻信號(hào)源部分為本小組完成，我們采用了RC橋式串并聯(lián)電路，電路圖如下：圖3.5 音頻信號(hào)源原理圖 如圖3.5所示，我們采用3nF、30nF、300nF作為高、中、低三個(gè)頻率量程的切換，再用雙聯(lián)軸電位器R3、R4作為頻率的細(xì)調(diào)節(jié)。另外，用高速開(kāi)啟開(kāi)關(guān)二極管1N4148作為自動(dòng)穩(wěn)幅器件，用電位器R8作為幅值調(diào)節(jié)器件。為了避免加負(fù)載后對(duì)振蕩電路產(chǎn)生影響，我們加一個(gè)電壓跟隨器以便隔離負(fù)載與振蕩電路。3.3 主要元器件介紹 LM324簡(jiǎn)介 這個(gè)RC橋式振蕩電路主要用了LM324集成運(yùn)算放大器，LM324 內(nèi)部包括有四個(gè)獨(dú)立的、

22、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用, 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源 電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、 直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。此外，LM324還具有如下特點(diǎn)：(1) 內(nèi)部頻率補(bǔ)償（2）直流電壓增益高(約 100dB)（3）單位增益頻帶寬(約 1MHz)（4）電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?332V); 雙電源(±1.5±16V)(5) 低功耗電流,適合于電池供電(6) 低輸入偏流(7) 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流(8) 共模輸入電壓范圍寬,包括接地(9) 差模輸入電壓范圍寬，等于

23、電源電壓范圍(10) 輸出電壓擺幅大(0 至 VCC-1.5V) 內(nèi)部電路圖 管腳排列圖： 圖3.6 LM324引腳示意圖 如圖3.6 所示，為了節(jié)省資源、降低電源模塊電路的負(fù)擔(dān)，我們與前置放大模塊共用了LM324集成塊，用1、2、3、引腳作為正弦波發(fā)生放大器，5,、6、7引腳作為電壓跟隨器的運(yùn)放。 二極管1N4148 本次設(shè)計(jì)我們采用了高速開(kāi)啟開(kāi)關(guān)二極管1N4148作為穩(wěn)幅器件。由于1N4148反向恢復(fù)時(shí)間為4ns,可滿(mǎn)足20kHz交流信號(hào)電路。經(jīng)查找資料，我們得到二極管1N4148如下特性：表3.1 1N4148絕對(duì)最大額定值 T=參數(shù)測(cè)試條件符號(hào)數(shù)值單位反向峰值電壓VRRM100V反向電

24、壓VR75V峰浪涌電流Tp=1usIFSM2A重復(fù)峰值正向電流IFRM500mA正向電流IF300mA 表3.2 1N4148電氣特性 T=參數(shù)測(cè)試條件符號(hào)最小最大單位正向壓降IF=5mAVF0.620.72VIF=10 mAVF1VIF=100mAVF1V反向電流VR=20VIR25nAVR=20V,IR50uAVRIR5uA反向恢復(fù)時(shí)間IF=IR=10mA,iR=1mAtrr8nsIF=10Ma,VR=6v,RL=100trr4ns3.4 參數(shù)計(jì)算 頻率范圍計(jì)算如圖3.5我們用3nF、30nF、300nF三個(gè)電容將頻率調(diào)節(jié)分為高（2kHz-20kHz）、中(2kHz-200Hz)、低(20

25、0Hz-20Hz)三個(gè)頻率量程，由可得，：低頻量程： 中頻量程： 高頻量程： 綜上，選擇2.4k電阻作為常值電阻R1、R2，選擇27 k雙聯(lián)軸電位器作為頻率調(diào)節(jié)器，可滿(mǎn)足20Hz20kHz的頻率可調(diào)范圍。 幅值變化分析 由原理圖易知，電路通電后，只要電位器處在任意不為零處，就有： Rf>20k;所以：當(dāng)輸出端電壓慢慢增大到一定范圍后，二極管兩端電壓越來(lái)越大， 如圖 二極管1N4148的低壓正向特性曲線可知，二極管開(kāi)始有正向電流經(jīng)過(guò)，約為3uA,此時(shí)相當(dāng)于二極管與R6串聯(lián)后再與R5、R8并聯(lián)，在這種小電壓范圍內(nèi)，二極管電阻很大約為100k,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R5、R8，并聯(lián)后接近于20k,最后自動(dòng)滿(mǎn)

26、足，從而穩(wěn)幅。若調(diào)節(jié)電位器使其阻值增加，則初始狀態(tài)的放大增益大于3，使二極管兩端電壓迅速增加，從而產(chǎn)生較大電流，由1N4148正向電壓電流特性曲線可知，當(dāng)其兩端電壓增大時(shí)，其體電阻減小，由此可知反饋網(wǎng)絡(luò)又經(jīng)二極管自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)接近于20k。但此時(shí)，二極管雖未達(dá)到導(dǎo)通但電流較大，約為25uA,因此輸出電壓較大,約為1.5v。4總體電路原理圖及說(shuō)明 4.1 總電路圖 總電路原理圖圖4.1 音頻放大器總體原理圖4.2 總電路原理前置放大級(jí)前置放大器通過(guò)集成運(yùn)放LM324實(shí)現(xiàn)信號(hào)的第一級(jí)放大，放大電路的閉環(huán)增益A有電阻R3與R2的比值決定，設(shè)置放大倍數(shù)為100倍左右，它能使高電平的輸入信號(hào)更好地與本機(jī)

27、相匹配，同時(shí)其較低的輸出阻抗能使后續(xù)的音調(diào)控制電路獲得較好的調(diào)節(jié)特性。第二級(jí)運(yùn)放與電位器R25與R26及其其他幾個(gè)元件組成衰減負(fù)反饋式音調(diào)控制電路的主體，R25是高音調(diào)制器，R26是低音控制器，且高音與低音都是獨(dú)立控制的。R26的劃片想輸入級(jí)移動(dòng)時(shí)，高音得到提升，相輸出級(jí)移動(dòng)時(shí)，高音得到衰減。同理R26向輸入級(jí)滑動(dòng)時(shí)，低音得到提升，向輸出級(jí)滑動(dòng)時(shí)，低音得到衰減。電路中R7的阻值大小決定了高音的最大提升及衰減量，而低音的最大提升及衰減量則受R8阻值大小的控制。 功率放大器本功放電路由兩極運(yùn)放及四只晶體管組成(如圖3.1)。第一級(jí)做電壓放大，放大倍數(shù)由R1、R2確定，第二級(jí)與諸三極管構(gòu)成電流放大級(jí)

28、，其輸出跟隨前級(jí)輸出電壓變化，完成功率轉(zhuǎn)換。電路工作電壓為±12V，這樣可簡(jiǎn)化運(yùn)放供電(注： TL082極限工作電壓約50V，超過(guò)55V則不能正常工作);省略了偏置電路，交越失真由運(yùn)放克服(末級(jí)靜態(tài)電流為零!)。本電路對(duì)所用元件無(wú)特殊要求。運(yùn)放使用TL082 Q1、Q4用中功率三極管，Q2、Q3選常用功放對(duì)管(加散熱器)，三極管無(wú)需配對(duì)，放大倍數(shù)相差不多、耐壓符合要求即可。C16用于衰減40kHz以上干擾，R13可進(jìn)一步改善失真、消除自激。電路無(wú)調(diào)整元件，中點(diǎn)電位由運(yùn)放保證，無(wú)信號(hào)時(shí)偏差在20mV以下。示波器觀察，用10電阻做假負(fù)載可獲得20kHz以下±10.8V不失真交流

29、信號(hào)輸出。 電源模塊該電源電路采用220v交流電轉(zhuǎn)成18v的變壓器，變壓器輸出之后經(jīng)過(guò)橋式整流電路整流，變成脈沖式的直流電，然后經(jīng)過(guò)大電容C1、C2、C3、C4濾波，將整流送來(lái)的脈動(dòng)直流點(diǎn)變成穩(wěn)定的直流電共后面使用。接著用集成三端穩(wěn)壓片（7912、7812）將波動(dòng)的直流電穩(wěn)定在±12v輸出。 音頻信號(hào)發(fā)生器音頻信號(hào)源電路我們采用了RC橋式串并聯(lián)電路，為了避免加負(fù)載后對(duì)振蕩電路產(chǎn)生影響，我們加一個(gè)電壓跟隨器以便隔離負(fù)載與振蕩電路要產(chǎn)生正弦波，首先要有正弦振蕩電路，即要有一個(gè)沒(méi)有輸入信號(hào)的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。正弦振蕩波電路的振蕩條件為：相位平衡和振幅平衡正弦波的產(chǎn)生，可以選擇RC

30、正弦波振蕩電路，還可以選擇LC正弦振蕩電路。但此處根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，只能選擇RC正弦振蕩電路。如圖為RC橋式振蕩電路的原理圖，這個(gè)電路由兩部分構(gòu)成，即放大電路Av和選頻網(wǎng)絡(luò)Fv。Av為由集成運(yùn)放所組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，取其輸入阻抗高輸出阻抗低的特點(diǎn)。而Fv則由Z1、Z2組成，同時(shí)兼作正反饋網(wǎng)絡(luò)。4.3 總元件清單表 元器件清單電阻滑動(dòng)變阻器 電容 變壓器 二極管 R11KR3500KC1極性4700UF 輸入220V 1N4148 R21KR2327KC2330UF 輸出18V 1N4148 R241KC3330UFR410KR2547KC4極性4700UFR510KR2647KC5極性

31、100UF 橋 R66.8KR2827KC6極性100UF 3N284 R72.2KR3010KC7100PFR812KC8100PFR96.8KC9極性10UFR102KC10極性10UFR1147KC11極性10UFR121KC123.3PFR13200C133.3PFR140.2C14極性10UFR150.2C15極性1.8UFR164.3C16100PFR1720KC1710UFR1840KC180.1UFR1910KC19極性10UFR202.4KC20333NFR222.4KC2133NFRL40KC223NFS31KC23333NFS41KC2433NFS58C253NF三極管運(yùn)

32、放集成塊Q1C2073LM324一個(gè)Q2C3281TL082一個(gè)麥克風(fēng)高阻動(dòng)圈式2MQ3A1302 穩(wěn)壓芯片揚(yáng)聲器8歐內(nèi)阻，5WQ4A940LM7812LM79125 電路調(diào)試5.1調(diào)試方法與步驟 調(diào)試步驟設(shè)計(jì) 原理圖設(shè)計(jì)好后，我們先用Multsim軟件進(jìn)行仿真，仿真成功后用Protel軟件畫(huà)圖，制板，然后搭接電路，進(jìn)行實(shí)物仿真。 系統(tǒng)仿真用Multsim軟件畫(huà)好原理圖，檢查電路無(wú)連接錯(cuò)誤后進(jìn)行調(diào)試。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使R8、R3、R4使其有個(gè)中間值，開(kāi)通開(kāi)關(guān)S2、S4（中頻量程）。調(diào)試前，將電路板接入±12V電壓，地線與公共地線連接。經(jīng)調(diào)試，得到如下波形圖：圖5.1 中頻量程最小幅值波

33、形圖將電位器R8調(diào)至最大值可有如下中頻量程最大幅值波形：圖5.2 中頻量程最小幅值波形圖 低頻量程、高頻量程的調(diào)節(jié)與此中頻量程類(lèi)似。 由此仿真圖可見(jiàn)，電路原理設(shè)計(jì)無(wú)誤，且可滿(mǎn)足輸出20Hz-20kHz頻率連續(xù)可調(diào)的要求，且幅值在300mv-1.7v連續(xù)可調(diào)，然后進(jìn)入實(shí)物仿真階段。 實(shí)物仿真測(cè)試數(shù)據(jù) 利用多功能數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)儀搭接電路，連接無(wú)誤后，開(kāi)通實(shí)驗(yàn)箱電源，經(jīng)示波器及數(shù)字毫伏表測(cè)試測(cè)得下表數(shù)據(jù)： 表5.1 低頻量程輸出頻幅表T(ms)2.63.45.68.315.226.134474849F(Hz)3852951781206638292120.820.4Vmin(mv)179.2177.31

34、88.5189.7170.6166.2177.3189.9190.5188.3Vmax(v)1.2121.3381.1991.2201.2331.2161.2321.2121.2041.199圖5.2中頻量程最小幅值波形圖T(us)56074011601580206031604100460047304950F(Hz)17861351862633485316243217211202Vmin(mv)161.6170.9166.3156.8174.6168.9159.7179.2165.3117.3Vmax(v)0.8100.6780.7400.8150.8080.8370.8480.8400.81

35、90.823圖5.3 高頻量程最小幅值波形圖T(us)5279118164223289364397410490F(kHz)18.212.68.46.14.53.52.72.52.42.0Vmin(mv)220.4225.8230.1227.6210.5239.1236.4240.5234.9238.3229.7Vmax(v)1.561.661.631.691.571.701.681.721.571.591.44 由此數(shù)據(jù)可知，該電路可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。5.2調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題或故障分析及解決措施 故障分析及解決措施 電路調(diào)試過(guò)程中我們遇到的問(wèn)題主要是高頻振蕩輸出波形有“刺突狀”失真和停振現(xiàn)象。 經(jīng)查

36、閱自資料我們發(fā)現(xiàn)，高頻失真是使用集成運(yùn)放LM324制作正弦波振蕩器時(shí)所不可避免的棘手問(wèn)題。解決辦法就是用一只適當(dāng)阻值的電阻連接在輸出端與負(fù)電源Vee之間，這樣可以改善輸出端波形，而且隨著頻率的改變信號(hào)的幅值基本穩(wěn)定。 在實(shí)際制作中，由于元器件本身的質(zhì)量和精度問(wèn)題，也會(huì)使振蕩器大打折扣。實(shí)際中，雙聯(lián)同軸電位器不能時(shí)刻保持相等，有時(shí)候甚至這個(gè)差值很大，差值的存在造成了振蕩器在高頻時(shí)出現(xiàn)停振現(xiàn)象。在這種情況下，我們采用較高精度和質(zhì)量更好的雙聯(lián)同軸電位器。但為了節(jié)約成本，我們用兩個(gè)小的可變電阻與雙聯(lián)同軸電位器串聯(lián)，用萬(wàn)用表使兩者串聯(lián)阻值保持一致，停振問(wèn)題得到很好的解決，從而使振蕩器的效率得到顯著的提高。5.3所用的儀器 主要儀器示波器：AT 7328 (20MHz)數(shù)字交流毫伏表：SM1020數(shù)字萬(wàn)用表：DY2101多功能數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)儀課設(shè)小結(jié)時(shí)間飛快，兩周的課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)讓自己對(duì)制作一個(gè)高保真音頻功率放大器有了更多的了解，這其中的喜悅時(shí)無(wú)法表達(dá)的。 大二的模電讓我知道了什么是專(zhuān)業(yè)課，剛開(kāi)始學(xué)習(xí)模電，我真的難以理解，后來(lái)經(jīng)過(guò)郝老師對(duì)同學(xué)們思路的指點(diǎn)與知識(shí)的整理讓我對(duì)這門(mén)專(zhuān)業(yè)有了更清楚的了解。一開(kāi)始相關(guān)知識(shí)缺乏給設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的困難，為此我們組借了很多的書(shū)籍，在我們組長(zhǎng)劉勇的帶領(lǐng)下終于知道了如何操作。開(kāi)始的兩天我們?nèi)D書(shū)館借來(lái)了幾份高保真音頻功率放大