低頻功率放大器畢業(yè)設(shè)計(jì)(?？?

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 低頻功率放大器 學(xué)生姓名 張政 學(xué) 號(hào) 201003041126 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí) 電子201001班 指導(dǎo)教師 張鑒 完成日期2012 年 11月 20日畢業(yè)設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名 張政 學(xué) 號(hào) 201003041126 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí) 電子201001班 指導(dǎo)教師 張鑒 開(kāi)題時(shí)間 2012-6-7 電子信息學(xué)院電子信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告擬設(shè)計(jì)題目低頻放大器設(shè)計(jì)綜述（本課題研究的意義、研究的現(xiàn)狀及已有成果）數(shù)字音頻功放的概念早在20世紀(jì)60年代已被提出，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，進(jìn)展一直較慢。1983年，M.B.Sandler等學(xué)者提出了D類放大

2、的PCM數(shù)字音頻功放的基本結(jié)構(gòu)，主要技術(shù)要點(diǎn)是如何把PCM信號(hào)變成PWM。1999年意大利POWERSOFT公司推出了數(shù)字音頻功放的商業(yè)產(chǎn)品，從此，第4代音頻功率放大器數(shù)字音頻功率放大器進(jìn)入了工程應(yīng)用領(lǐng)域，并獲得了世界同行的廣泛認(rèn)可，市場(chǎng)日益擴(kuò)大，數(shù)字音頻功率放大器已經(jīng)成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。研究?jī)?nèi)容（研究方向，研究?jī)?nèi)容、系統(tǒng)功能）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)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)（包括實(shí)施的初

3、步方案、重點(diǎn)、難點(diǎn)及環(huán)境）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)簡(jiǎn)潔、實(shí)用，充分利用到了集成功放的優(yōu)良性能。對(duì)進(jìn)度的具體安排1. 對(duì)系統(tǒng)總的電路結(jié)構(gòu)框圖有一個(gè)大致的分析2. 對(duì)低頻放大器的電路進(jìn)行仔細(xì)的資料查閱3. 用proter軟件進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)4. 查閱資料進(jìn)行論文的設(shè)計(jì)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）

4、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指導(dǎo)教師意見(jiàn)（簽署意見(jiàn)并簽字）審查人簽字： 年 月 日領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見(jiàn)審查人簽字： 年 月 日2畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)審表（指導(dǎo)教師用）學(xué)生姓名：_張政_專業(yè)：_應(yīng)用電子技術(shù)_班 級(jí): _電子201001班_ 學(xué)號(hào)：_201003041126_ 題 目：_低頻功率放大器_評(píng)價(jià)內(nèi)容具體要求等級(jí)ABCD調(diào)查論證 能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)和從事調(diào)研；能正確翻譯外文資料；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。方案設(shè)計(jì)和技能 能正確設(shè)計(jì)方案，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)際工作，如設(shè)備安裝、調(diào)

5、試和操作等。分析與解決問(wèn)題的能力 能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問(wèn)題；能正確處理數(shù)據(jù)；能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，并得出有價(jià)值的結(jié)論。工作量、工作態(tài)度按期完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿，難度較大；工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)扎實(shí)。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；方法正確，分析、處理問(wèn)題科學(xué)；文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一、編號(hào)齊全、書寫工整規(guī)范。圖表完備、整潔、正確；論文（設(shè)計(jì)）有實(shí)用價(jià)值。創(chuàng) 新 工作中有創(chuàng)新意識(shí)；對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。指導(dǎo)教師評(píng)審成績(jī)(百分制)指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：此表存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檔案畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

6、成績(jī)?cè)u(píng)定表（答辯小組用）系 別電子信息學(xué)院專 業(yè)應(yīng)用電子學(xué)生姓名張政班級(jí)（學(xué)號(hào)）201003041126題 目低頻功率放大器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)閱教師評(píng)閱教師評(píng)定成績(jī)答辯情況答辯小組成員答辯時(shí)間、地點(diǎn)評(píng)價(jià)內(nèi)容具體要求所占成績(jī)比例評(píng) 分報(bào)告內(nèi)容 思路清晰；語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；分析歸納合理；結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)；論文（設(shè)計(jì)）有實(shí)用價(jià)值。30%論文質(zhì)量 符合畢業(yè)設(shè)計(jì)論文規(guī)范，條理清晰，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)10%工作量、難度 工作量飽滿，難度適中10%創(chuàng) 新 對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。10%答 辯 回答問(wèn)題有理論根據(jù)，基本概念清楚；主要問(wèn)題回答準(zhǔn)確、深入。30%報(bào)告時(shí)間 符合要求。10%合

7、計(jì)(百分制)答辯小組評(píng)語(yǔ)及總評(píng)成績(jī)： 總評(píng)成績(jī)（等級(jí)制）：_答辯小組負(fù)責(zé)人（簽字）：   年 月 日 單 位 蓋 章 注：此表存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檔案封面樣式畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄學(xué)生姓名張政專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)班級(jí)電子2001001班學(xué)號(hào)201003041126題 目低頻放大器設(shè)計(jì)答辯老師答辯記錄（包括答辯中的題問(wèn)、學(xué)生回答情況） 年 月 日注：此表存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檔案1黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院（論文）目錄1 緒論51.1 選題背景及意義51.1.1 本課題的研究現(xiàn)狀51.1.2 選題目的及意義51.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求61.2.1 設(shè)計(jì)的基本要求62 低頻功率放大器的設(shè)計(jì)72.1 功率放大電

8、路的主要特點(diǎn)72.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)72.2.1 低頻功率放大模塊72.2.2 數(shù)據(jù)采集顯示模塊112.2.3 電源模塊122.2.4 各模塊方案選擇和論證132.2.5 各模塊的最終方案確定172.3 電路的理論計(jì)算173 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖184 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)184.1 測(cè)量顯示模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖185 系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)試195.1 測(cè)試儀器195.2 放大倍數(shù)的測(cè)試205.3 輸入電阻的測(cè)試205.4 通頻帶的測(cè)試205.5 低頻放大器功率的測(cè)試216 結(jié)論與展望216.1 結(jié)論216.2 展望22致 謝22附 錄23附錄一 低頻功率放大電路24附錄二 系統(tǒng)原理圖25參考文獻(xiàn)26低頻功率放大器的設(shè)

9、計(jì) 學(xué) 生:張 政指導(dǎo)老師:張 鑒（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院）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

10、思路。關(guān)鍵詞：方波轉(zhuǎn)換電路 前置放大級(jí)電路 功率放大電路 1 緒論1.1 選題背景及意義數(shù)字音頻功放的概念早在20世紀(jì)60年代已被提出，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，進(jìn)展一直較慢。1983年，M.B.Sandler等學(xué)者提出了D類放大的PCM數(shù)字音頻功放的基本結(jié)構(gòu)，主要技術(shù)要點(diǎn)是如何把PCM信號(hào)變成PWM。1999年意大利POWERSOFT公司推出了數(shù)字音頻功放的商業(yè)產(chǎn)品，從此，第4代音頻功率放大器數(shù)字音頻功率放大器進(jìn)入了工程應(yīng)用領(lǐng)域，并獲得了世界同行的廣泛認(rèn)可，市場(chǎng)日益擴(kuò)大，數(shù)字音頻功率放大器已經(jīng)成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。1.1.1 本課題的研究現(xiàn)狀在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)潮流走向輕薄短小之際，不僅半導(dǎo)體組

11、件本身的封裝要小，整個(gè)模塊的尺寸也變成決定系統(tǒng)客戶接受與否的關(guān)鍵規(guī)格。全球音視頻領(lǐng)域的數(shù)字化浪潮以及人們對(duì)音視頻設(shè)備節(jié)能環(huán)保的要求，迫使人們盡快研究開(kāi)發(fā)高效、節(jié)能、易于與數(shù)字化設(shè)備接口的音頻功率放大器。D類數(shù)字音頻放大器就是在這樣的背景下興起的。D類數(shù)字音頻功率放大器是一種將輸入模擬音頻信號(hào)或PCM(Pulse Code Modulation,脈沖編碼調(diào)制）數(shù)字信息變換成PWM(脈沖寬度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號(hào)，然后用PWM或PDM的脈沖信號(hào)去控制大功率開(kāi)關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開(kāi)關(guān)放大器。由于其開(kāi)關(guān)管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此具有高效率、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。目前，D類音頻功率放

12、大器在移動(dòng)電話、平面電視、LCD顯示器以及各種以電池供電的便攜式游戲設(shè)備等消費(fèi)類電子產(chǎn)品中已獲得廣泛的應(yīng)用。在手機(jī)、PDA、MP3Player等應(yīng)用中，以D類取代AB類放大器的趨勢(shì)便已相當(dāng)明顯。1.1.2 選題目的及意義數(shù)字音頻功率放大器的研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路被廣泛應(yīng)用于各類電子電路中1。隨著近十幾年來(lái)半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，功率放大電路也得到了飛速的發(fā)展和應(yīng)用2。音頻功率放大電路是原理上最為基本、應(yīng)用上最為廣泛的功率放大電路。目前大部分音響系統(tǒng)中的功放都是模擬類型，傳統(tǒng)的模擬功放按放大器的工作狀態(tài)可分為：A類、B類、AB類等形式。A類、AB類功放是音響系統(tǒng)中最為常

13、用的功放。傳統(tǒng)類音頻放大器的一個(gè)共同缺點(diǎn)是效率很低，A類音頻放大器的理論效率是25%，實(shí)際效率大約為15-20%;B類音頻放大器的理論最大效率是78.5%;AB類音頻放大器的理論效率75%，實(shí)際效率在50-70%之間。無(wú)論A類，B類還是AB類音頻功率放大器，當(dāng)它們的輸出功率小于額定輸出功率時(shí)，效率就會(huì)明顯降低，播放動(dòng)態(tài)的語(yǔ)言、音樂(lè)時(shí)平均工作效率只有30%左右。音頻功率放大器的效率低就意味著工作時(shí)有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化成熱能，也就是說(shuō)，這些類型的音頻功率放大器要有足夠大的散熱器。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)低頻功率放大器，并將輸出功率，電源功率，整機(jī)效率顯示。它主要由前置放大器級(jí)，功率放大級(jí)

14、，整流分壓模塊，峰值檢測(cè)，直流穩(wěn)壓電源模塊以及顯示模塊構(gòu)成。1.2.1 設(shè)計(jì)的基本要求功能要求:（1）當(dāng)輸入正弦信號(hào)電壓有效值為5mV時(shí)，在8電阻負(fù)載（一端接地）上，輸出功率5W，輸出波形無(wú)明顯失真。（2）通頻帶為20Hz20kHz。（3）輸入電阻為600。（4）輸出噪聲電壓有效值V0N5mV。（5）盡可能提高功率放大器的整機(jī)效率。（6）具有測(cè)量并顯示低頻功率放大器輸出功率(正弦信號(hào)輸入時(shí))、直流電源的供給功率和整機(jī)效率的功能，測(cè)量精度優(yōu)于5%。2 低頻功率放大器的設(shè)計(jì)2.1 功率放大電路的主要特點(diǎn)基于輸出較大功率的基本任務(wù)，對(duì)功率放大電路的討論主要針對(duì)以下幾個(gè)方面： 1）大信號(hào)工作狀態(tài)為輸出

15、足夠大的功率,功率放大電路的輸出電壓、電流幅度都比較大,因此， 功率放大管的動(dòng)態(tài)工作范圍很大,功放管中的電壓、電流信號(hào)都是大信號(hào)狀態(tài)， 一般以不超過(guò)晶體管的極限參數(shù)為限度。 2）非線性失真問(wèn)題由于功放管的非線性，功率放大電路又工作在大信號(hào)工作狀態(tài)，必然導(dǎo)致工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的非線性失真。輸出功率越大，電壓和電流的幅度就越大， 信號(hào)的非線性失真就越嚴(yán)重。因而如何減小非線性失真是功率放大電路的一個(gè)重要問(wèn)題。 3）提高功率放大電路的效率、降低功放管的管耗從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來(lái)看，功率放大電路提供給負(fù)載的交流功率是在輸入交流信號(hào)的控制下將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換成交流能量而來(lái)的。任何電路都只能將直流電能的

16、一部分轉(zhuǎn)換成交流能量輸出，其余的部分主要是以熱量的形式損耗在電路內(nèi)部的功放管和電阻上，并且主要是功放管的損耗。對(duì)于同樣功率的直流電能， 轉(zhuǎn)換成的交流輸出能量越多，功率放大電路的效率就越高。因?yàn)楣β蚀?，所以效率的?wèn)題就變得十分重要，否則，不僅會(huì)帶來(lái)能源的浪費(fèi)，還會(huì)引起功放管的發(fā)熱而損毀。2.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)該低頻功率放大器有以下幾部分組成：（1）低頻功率放大模塊（2）數(shù)據(jù)采集顯示模塊（3）電源模塊2.2.1 低頻功率放大模塊：前置放大電路前置放大是采用差動(dòng)放大電路。差動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)是放大倍數(shù)較高和可以克服溫度漂移。這里采用三個(gè)2N551三極管。其中最下面的2N551和兩個(gè)二極管構(gòu)成一組恒流源。理論

17、上這組作為前置放大的差動(dòng)放大電路電壓放大倍數(shù)可以達(dá)到40倍以上。這樣才能確保整體電壓放大倍數(shù)達(dá)到1260倍左右。電路圖如圖圖1所示。圖1 前置放大電路中間級(jí)放大中間級(jí)采用OP07運(yùn)算放大器搭設(shè)的比例放大電路。放大倍數(shù)較大。通頻帶會(huì)較小。為了保證20-20KHz的通頻帶，我們需要在這里采用負(fù)反饋來(lái)拉平通頻帶。在這里采用的是OP07精密運(yùn)放。經(jīng)過(guò)調(diào)試，這組放大電路的放大倍數(shù)可以達(dá)到50倍以上。如圖圖2所示。圖2 中間放大級(jí)功率放大級(jí)在本設(shè)計(jì)中要求最小輸出為5W，而且要求功率盡可能大。輸入是小于5mV。整體電壓放大倍數(shù)為1260倍以上。我們采用HITACHI的2SK1058和2SJ162對(duì)管。以2S

18、K1058為例，最大耗散功率為100W，最大漏源電壓為160V，最大漏極電流為7A。2SJ162與2SK1058除了管子類型不同，其他指標(biāo)基本一致。用2SK1058和2SJ162對(duì)管作為末級(jí)輸出，最大輸出可以達(dá)到50W左右。如圖圖3所示。圖3 功率輸出級(jí)4 儀用放大電壓電路部分由于要顯示輸出功率和總功率，我們采用電流采樣和電壓采樣電路來(lái)采樣所需要的電流和電壓，從而根據(jù)公式計(jì)算出輸出功率和根據(jù)算出總功率。其中電流采樣電路是采用在電路中串入0.1的功率電阻，然后采集電阻間的電壓差。但由于電壓差太小，我們這里是采用儀用放大電路（三運(yùn)電路）來(lái)進(jìn)行小信號(hào)精密放大。電壓采樣是采用電阻分壓的方式獲得交流電壓

19、后，用二極管檢波和電壓跟隨器隔離后即獲得電壓數(shù)據(jù)。如圖圖4所示。圖4 儀用放大電路2.2.2 數(shù)據(jù)采集顯示模塊1 測(cè)量模塊測(cè)量部分采用A/D轉(zhuǎn)換電路來(lái)采集負(fù)載上的電流和電壓，然后將數(shù)據(jù)送單片機(jī)進(jìn)行分析和處理，將結(jié)果送液晶顯示。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。如圖圖5所示。圖5 測(cè)量、顯示電路2 顯示模塊顯示部分采用液晶LCD1602，單片機(jī)按用匯編語(yǔ)言編寫好的程序中的執(zhí)行過(guò)程將A/D采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理、計(jì)算顯示在LCD1602上。3 按鍵模塊由于獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，

20、硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線。在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口浪費(fèi)較大。故只在按鍵數(shù)量不多時(shí)，采用這種按鍵。按鍵的功能如下：（1）按鍵1：查看電源功率；（2）按鍵2：查看輸出功率；（3）按鍵3：查看效率。2.2.3 電源模塊由于單片機(jī)需要+5V的電源供電，功率放大級(jí)的2SK1058和2SJ162對(duì)管需要+24V和 -24V的電源供電，所以電源電路我們是采用線性電源。我們將220V/50HZ的交流電經(jīng)過(guò)變壓器的變壓，二極管的整流，電容的濾波，穩(wěn)壓器7805、7812、7912的穩(wěn)壓來(lái)獲得+5V、+12V、-12V的直流電壓。我們由兩個(gè)+12V和-12V的線性來(lái)搭成+24V和-24V來(lái)

21、供電。如圖圖6所示。圖6 電源電路2.2.4 各模塊方案選擇與論證2.2.4.1 低頻動(dòng)率放大模塊1.信號(hào)前置放大級(jí) 方案一：采用分立元件組成放大電路。用小功率三極管組成差分放大電路作為輸入級(jí)。該電路的優(yōu)點(diǎn)是：共模抑制比高、性價(jià)比高。 方案二：采用集成電路構(gòu)成。該電路的優(yōu)點(diǎn)是：電壓增益易調(diào)且高、電路簡(jiǎn)單。根據(jù)題目要求需要低輸入電阻，高增益的前置放大級(jí)。方案一要求的性能相同的小功率三極管電路設(shè)計(jì)、計(jì)算相對(duì)復(fù)雜。而方案二具有更大的優(yōu)越性和靈活性，因此選用方案二。最終確定采用三極管2N5551搭成的差分放大電路 。2.中間放大級(jí)方案一：采用分立元件組成多級(jí)放大。用功率小三極管組成多級(jí)共射放大電路，性

22、價(jià)比好。方案二：采用集成芯片和分立元件相結(jié)合組成多級(jí)放大。根據(jù)題目要求，放大器的通頻帶要寬，放大倍數(shù)大。方案一各放大級(jí)如直接耦合，各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，難以設(shè)置；如采用電容耦合，通頻帶將受影響，放大倍數(shù)要達(dá)到要求，放大級(jí)數(shù)多，難以達(dá)到要求。方案二采用集成芯片做一級(jí)放大，放大倍數(shù)易達(dá)到要求，設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)比高。因此選方案二。3.功率放大級(jí)方案一：采用集成功率放大電路集成音頻功率放大器在要求不高的情況下可以完全滿足普通要求，且電路簡(jiǎn)單方便，調(diào)試方便，體積很小，如TDA2030等，如圖圖7所示。但本設(shè)計(jì)要求不能使用集成功放。因此無(wú)法使用此方案。圖7 集成功率放大電路方案二：采用甲類功率放大電路

23、甲類功率放大電路失真度最小，但整體電路效率最低，且功放管散熱問(wèn)題較為嚴(yán)重。因此一般只用于輸入級(jí)或者中間級(jí)放大，不建議作為整個(gè)電路的末級(jí)放大。如圖圖8所示。因此在本設(shè)計(jì)中不采用此方案。圖8 甲類功率放大電路方案三：采用甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路是分立元件放大電路中，效率和失真度可以達(dá)到較為完美的折中。雖然存在交越失真，但可以通過(guò)給功放管增加適當(dāng)?shù)钠秒妷?，可以減少交越失真。此電路在功率放大電路末級(jí)放大中使用最廣泛。如圖圖9所示。經(jīng)過(guò)比較，我們決定采用方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)末級(jí)功率的放大部分。圖9 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2.2.4.2 數(shù)據(jù)采集顯示模塊1.測(cè)量模塊方案一：輸出電

24、壓經(jīng)分壓后用A/D直接采集計(jì)算由于輸出電壓較大，但A/D的基準(zhǔn)電壓是5 V，所以必須利用分壓將電壓降到5V以內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。方案二：采用小阻值的采樣電阻對(duì)小阻值的功率電阻的兩端電壓差進(jìn)行采樣，但由于電壓差太小，我們這里是采用儀用放大電路（三運(yùn)電路）來(lái)進(jìn)行小信號(hào)精密放大。ADC0809是低功耗的用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間100us，輸入電壓范圍為0至+5V。增加某些外部電路后，輸入模擬電壓為5V。 該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無(wú)需附加邏輯接口電路。ADC0809的外圍電路相對(duì)簡(jiǎn)單，并且符合設(shè)計(jì)要求

25、，因此采用此方案。 2、顯示模塊根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要顯示輸出電壓、電源供給功率、輸出功率和效率。 方案一： 使用液晶屏顯示。液晶顯示屏具有低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，可視面積大、畫面效果好、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有低能耗、低損耗、耐老化、防曬防潮、易于維護(hù)、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)要顯示的數(shù)據(jù)較多，方案二要求數(shù)碼管位數(shù)多、硬件焊接繁瑣、且顯示的數(shù)據(jù)易混淆。方案一使硬件電路簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)顯示清晰、不易混淆，因此采用方案一，用LCD1602液晶屏顯示。3、按鍵模塊方案一：行列式按鍵方案二：獨(dú)立式按鍵獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口

26、線。在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口浪費(fèi)較大。故只在按鍵數(shù)量不多時(shí)，采用這種按鍵。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)只用到4個(gè)按鍵且I/O口夠用，所以采用方案二。2.2.4.3 電源模塊方案一：開(kāi)關(guān)電源制作一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，將220V市電經(jīng)過(guò)變壓，經(jīng)整流濾波后供電路使用。此電源特點(diǎn)是體積小，但電路較為復(fù)雜。但功率開(kāi)關(guān)MOSFET的控制是需要產(chǎn)生幾kHz以上及其諧波的震蕩頻率，此頻率容易對(duì)音頻功率放大器產(chǎn)生嚴(yán)重影響，故在音頻放大電路中一般不采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。方案二：線性電源。同樣將220V市電經(jīng)過(guò)變壓，經(jīng)過(guò)橋式整流和濾波后再經(jīng)過(guò)7805、7812、7912穩(wěn)壓后輸出+5V、+12v、-12V的直流電源。此電源特點(diǎn)是體積較大，

27、但電路簡(jiǎn)單，除了50Hz的工頻外，一般無(wú)其他干擾頻率。在音頻放大電路中，電源一般是采用此方案。因此在本設(shè)計(jì)中，我們采用此電源方案。2.2.5 各模塊的最終方案確定經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下：（1）前置放大級(jí)：采用2N551三極管組成的差動(dòng)放大電路；（2）中間放大級(jí)：采用OP07運(yùn)算放大器搭設(shè)的比例放大電路；（3）功率放大級(jí)：采用HITAHI的2SK1058和2SJ162對(duì)管做的甲乙類推挽放大電路；（4）測(cè)量模塊：A/D采集數(shù)據(jù)、單片機(jī)控制；（5）顯示模塊：LCD1602液晶顯示；（6）按鍵模塊：獨(dú)立式按鍵（7）電源模塊路：線性電源。2.3 電路的理論計(jì)算（1）求輸出最小

28、電壓根據(jù)題意，輸出功率，負(fù)載,則故 （2）求放大器最小放大倍數(shù)根據(jù)題意，輸入最小電壓為5mv，則根據(jù)如上的分析和計(jì)算，我們可以知道該電路的設(shè)計(jì)總的電壓放大倍數(shù)必須大于1260倍，所以我們采取了兩級(jí)的電壓放大。前置放大級(jí)采用差動(dòng)放大電路，中間放大級(jí)采用運(yùn)算放大器搭設(shè)的比例放大電路，兩級(jí)的放大倍數(shù)相乘可達(dá)到該設(shè)計(jì)電路的要求，而末級(jí)最主要是功率放大。3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖圖10 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 測(cè)量顯示模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖測(cè)量顯示模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖圖11所示圖11 主流程圖5 系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)試5.1 測(cè)試儀器測(cè)試使用的儀器設(shè)備如表1所示。表1 測(cè)試使用的儀器設(shè)備序號(hào)名稱、型號(hào)、規(guī)格

29、數(shù)量1YB1602信號(hào)發(fā)生器12DS1022C雙蹤示波器13UNI-T數(shù)字萬(wàn)用表15.2 放大倍數(shù)的測(cè)試放大倍數(shù)測(cè)量：使用信號(hào)發(fā)生器接輸入端，用示波器測(cè)出最后一級(jí)的輸出電壓，根據(jù)公式（。測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。表2 放大倍數(shù)的測(cè)定輸入信號(hào)前置放大級(jí)電壓放大倍數(shù)中間級(jí)電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)輸出電壓輸出功率5mv8554402V0.25W15mv10515106.6V2.75W30mv104747012.5V9.75W40mv9.944.744515V14.1W5.3 輸入電阻的測(cè)試測(cè)試方法：給系統(tǒng)輸入端加不同的直流電壓，分別測(cè)輸入電流，按 計(jì)算輸出電阻。測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。表3 輸入電阻的測(cè)定輸

30、入直流電壓輸入直流電流輸入電阻5V8mA6259V14mA64312V198mA6065.4 通頻帶的測(cè)試根據(jù)通頻帶的定義，放大倍數(shù)下降到0.7時(shí)的低端頻率和高端頻率范圍稱為放大電路通頻帶。即：。測(cè)試方法：輸入一個(gè)正弦波，改變頻率，測(cè)量輸出電壓，按計(jì)算放大倍數(shù)。測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。表4 通頻帶的測(cè)試輸入信號(hào)峰值信號(hào)頻率下限頻率上限頻率通頻帶15mv1KHz3Hz3KHz2997Hz30mv1Kz3Hz2.7KHz2697HZ40mv1KHz3Hz2.2Hz2197Hz5.5 低頻功率放大器的測(cè)試電源供給的功率按公式 計(jì)算，輸出功率按公式計(jì)算，效率按公式。為最大不失真輸出信號(hào)的峰值。測(cè)試結(jié)果如表

31、5所示。表5 低頻放大器效率測(cè)試供給直流電源電壓電源供給功率45.9W31.8W25.8W實(shí)際測(cè)量輸出功率16W17W18W測(cè)量效率34.9%53.5%69.8%6 結(jié)論與展望6.1 結(jié)論低頻功率放大器可以實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）當(dāng)輸入正弦信號(hào)電壓有效值為5mV時(shí)（即峰峰值為7mv時(shí)，）在8電阻負(fù)載（一端接地）上，輸出功率為0.25W，輸出波形無(wú)明顯失真。（2）通頻帶為3Hz3kHz。（3）輸入電阻為600左右。（4）功率放大器的整機(jī)效率盡量提高。（5）具有測(cè)量并顯示低頻功率放大器輸出功率(正弦信號(hào)輸入時(shí))、直流電源的供給功率和整機(jī)效率的功能，測(cè)量精度優(yōu)于5%。6.2 展望由于時(shí)間和條件的限制，本系統(tǒng)也存在一些不足之處，可在今后的工作中改進(jìn)。（1）當(dāng)輸入信號(hào)為5mv時(shí)，輸出功率無(wú)法達(dá)到要求的大于等于5W；（2）通頻帶太窄；（3）輸出信號(hào)由過(guò)電阻分壓后經(jīng)二極管檢波后的信號(hào)太小，導(dǎo)致A/D無(wú)法采集到；（4）0.1的