低頻功率放大器報(bào)告

1、 低頻功率放大器摘 要 近幾十年來在音頻領(lǐng)域中，A類、B類、AB類音頻功率放大器一直占據(jù)比較重要的地位，其發(fā)展經(jīng)歷了這樣幾個(gè)過程：所用器件從電子管，晶體管到集成電路過程；電路組成從單管到推挽過程；電路形式從變壓器到OTL、OCL、BTL形式過程。其最基本類型是模擬音頻功率放大器，本文介紹了一款采用集電極輸出，并具有補(bǔ)償和調(diào)零功能的實(shí)用低頻功率放大器的設(shè)計(jì)過程。該設(shè)計(jì)包括前置放大、功率放大、電源、功率顯示四個(gè)部分。前級(jí)放大采用集成運(yùn)放電路，給輸入信號(hào)一定的電壓放大；功率部分采用了差分放大電路推動(dòng)后級(jí)場效應(yīng)管，使其輸出功率達(dá)到預(yù)期要求；電源是用雙輸出變壓器、穩(wěn)壓管等元器件組成；功率顯示這個(gè)部分，采

2、用數(shù)碼管顯示。引言將輸入信號(hào)放大并向負(fù)載提供足夠大功率的放大器叫功率放大器。由于功率放大器運(yùn)行中的信號(hào)幅度(電壓、電流)大，其突出的問題是要解決非線性失真和各種瞬態(tài)失真。所以，功率放大器的主要任務(wù)是在不失真前提下放大信號(hào)的功率。一般在電路結(jié)構(gòu)上采用不同形式，來減小信號(hào)的失真，提高輸出功率，滿足人們對(duì)音響設(shè)備的不同需求。一、 方案設(shè)計(jì) 1.1 總體方案設(shè)計(jì)低頻功率放大器，其原理如圖1.1所示。前置放大電路主要完成對(duì)小信號(hào)的放大，一般要求輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶要寬，噪音要小;功率放大電路決定了整機(jī)的輸出功率、非線性失真系數(shù)等指標(biāo)，要求效率高盡可能，失真盡可能小、輸出功率大。設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)技術(shù)

3、指標(biāo)要求，對(duì)整機(jī)電路作出適當(dāng)安排，確定各級(jí)的增益分配，然后對(duì)各級(jí)電路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。因，所以此時(shí)的輸出電壓，要使輸入5mV的信號(hào)放大到輸出的8V，所需的總放大倍數(shù)為圖1.1 低頻功率放大器原理框圖1.2 前置放大器的設(shè)計(jì)由于輸入的音頻信號(hào)非常微弱，故一般在功率放大電路前面加一個(gè)前置放大器。方案一：如圖1.2所示，利用節(jié)型場效應(yīng)管2SK30作為前置放大。2SK30屬于耗盡型場效應(yīng)管，偏置電路變得簡單，但該電路對(duì)電源的要求較高，故不采用此方案。圖1.2 前置放大電路 方案二： 考慮到所設(shè)計(jì)的電路對(duì)頻率響應(yīng)及零輸入時(shí)的噪聲、電流、電壓的要求前置放大電路選用集成運(yùn)算放大器LF353.它是一種雙路運(yùn)算放

4、大器，屬于高輸入阻抗低噪聲集成器件，前置放大電路由LF353組成的兩級(jí)放大電路完成，如圖1.3所示。第1級(jí)放大電路的即，取。取，同樣。電阻為放大電路偏置電阻，取，耦合電容與取10uF，與取100uF，以保證功率放大器的低頻響應(yīng)。 圖1.3 前置放大電路 其他元器件的參數(shù)選擇為：。電路電源為12v。綜合以上兩個(gè)方案的比較，選用方案二。1.3 音調(diào)控制電路的設(shè)計(jì)方案一：如圖1.4所示電路是將中段音調(diào)調(diào)制網(wǎng)絡(luò)附加在有源低音和高音控制電路上，從而可獲得更大的控制靈敏度。中段音調(diào)控制的中心頻率有C4和C5確定，C5值應(yīng)為C4值的5倍。圖1.4 音調(diào)調(diào)節(jié)電路方案二：音調(diào)控制電路的功能是，根據(jù)需要按一定的規(guī)

5、律控制、調(diào)節(jié)功率放大器的頻率響應(yīng)，更好的滿足人耳的聽覺特性。一般音調(diào)控制器只對(duì)低音和高音信號(hào)的增益進(jìn)行提升或衰減，而中音信號(hào)的增益不變，電路結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。圖1.5 音調(diào)控制電路 綜合以上兩種方案，方案一電路較為復(fù)雜，導(dǎo)致整機(jī)電路很龐大；方案二電路簡單，控制效果也很好，故選擇方案二。1.4 功率輸出級(jí)電路的設(shè)計(jì) 方案一： 如圖1.6所示，采用NE5534作為電壓放大，利用7815和7915三端穩(wěn)壓源供電，D1、D2和D3、D4分別為Q1和Q2的G、S極提供穩(wěn)定的偏置電壓。Q1和Q2分別用IRF540和IRF9540對(duì)管作功率放大推動(dòng)揚(yáng)聲器。但由于此電路在小信號(hào)輸入時(shí)，輸出信號(hào)有較大的失真，

6、故放棄此方案。圖1.6 功率輸出電路方案二：如圖1.7所示，Q1、Q2選用2N5401,2N5551作差分和主電壓放大,其頻率特性好,線性好,耐壓高，能夠較好地抑制溫漂。調(diào)節(jié)W1使中點(diǎn)輸出為零,開機(jī)即響.Q4,Q5選用對(duì)管IRF540、IRF9540,其線性好,效果佳.由IRF540作電壓放大，放大后的音頻電壓直耦至上臂管IRF9540進(jìn)行擴(kuò)流并作源極輸出，下臂管IRF9540構(gòu)成恒流源，直流為通路，交流為開路，使信號(hào)輸出推動(dòng)揚(yáng)聲器。圖1.7 功率輸出電路綜合以上兩個(gè)方案的比較，決定選用方案二。1.5 顯示電路的設(shè)計(jì) (1)電壓采樣部分通過真異有效值轉(zhuǎn)換器AD736將輸出端的交流信號(hào)最大值，轉(zhuǎn)

7、換為有效值，送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送給單片機(jī)處理。 圖1.8 電壓采樣部分 （2） 控制顯示電路 從模數(shù)換器ADC0832讀取數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理，得到相應(yīng)的16進(jìn)制代碼，通過74LS245驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。圖1.9 控制顯示電路1.6 電源電路的設(shè)計(jì)方案一：采用開關(guān)電源。當(dāng)電源的輸出電流過大時(shí)，開關(guān)電源能夠自動(dòng)切斷電流；當(dāng)輸出電流過小時(shí)，開關(guān)電源能使其增大，起到保護(hù)電路的作用。但考慮到開關(guān)電源的價(jià)格高，而且其輸出的紋波比較大，故不采用。 方案二： 采用調(diào)整穩(wěn)壓電源。此電源采用大功率三極管作調(diào)整管，散熱量大，體積大，不宜采用。方案三： 如圖2.0所示，采用三端集

8、成穩(wěn)壓源自制電源。此電源的體積小、散熱量小，輸出電壓很穩(wěn)定，能夠滿足設(shè)計(jì)的要求，易于制作。故采用此方案。圖2.1 電源電路2、 程序設(shè)計(jì)流程圖 此程序流程如圖2.3所示，程序關(guān)鍵在于模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，然后經(jīng)過單片機(jī)處理得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。圖2.3 程序流程圖三、整體電路焊接與調(diào)試在電路焊接之前，首先將所選用的電子元器件測試一遍，以確保元器件完好。在進(jìn)行電路焊接時(shí)，布局要合理，連線盡可能短而直，電路調(diào)試過程中所用到的測量儀器有： YB1602 功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 YB1731A 直流穩(wěn)壓電源 YB4360 雙蹤示波器 YB2172 毫伏表3.1 前置放大級(jí)調(diào)試當(dāng)無輸入交流信號(hào)時(shí)，用萬用表分別測量LF353

9、的輸出電位，在0V附近正常。輸入端加的交流信號(hào)，用示波器觀察輸出波形。用交流毫伏表測量放大器的輸出，求的其電壓放大倍數(shù)為測試結(jié)果：輸入信號(hào)有效值輸出信號(hào)有效值Ui=5mVUO=250mVUi=10mVUO=498mVUi=15mVUO=736mVUi=20mVUO=982mVUi=25mVUO=982mVUi=30mVUO=1.47V3.2整體電路調(diào)試調(diào)試靜態(tài)調(diào)試：首先將輸入電容輸入端對(duì)地短路，然后接通電源，用萬用表測試輸出電壓,調(diào)節(jié)電位器，使輸出的電位近似為零。動(dòng)態(tài)調(diào)試：在輸入端接400mV，1000Hz的正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出波形的失真情況，調(diào)節(jié)電位器使輸出波形交越失真最小。測試結(jié)果：

10、輸入信號(hào)有效值輸出信號(hào)有效值輸出波形的失真情況Ui=5mVUO=6.87V不失真Ui=10mVUO=13.5V不失真Ui=15mVUO=19.3V不失真Ui=17.7mVUO=22.8V失真3.3通頻帶測試 調(diào)節(jié)輸入信號(hào)使輸出有效值為1V,然后增大輸入信號(hào)的頻率，使輸出信號(hào)頻率達(dá)到0.707V，此時(shí)頻率為頻率下線fL,然后繼續(xù)增大頻率，到頻率發(fā)生變化為止，此時(shí)為頻率下線fH。通頻帶為fH-fL。我們所測得fL=200HZ，fH=2.34KHZ。BW=fH-fL=2.14KHZ3.4輸入阻抗在輸入端加個(gè)1K電位器，用2個(gè)交流電壓表分別測電位器兩端電壓，調(diào)節(jié)電位器，使其兩端電壓相同，然后算的電位器

11、的電阻值。我們測得： Ri=5003.5輸出噪聲測試將輸出端端接入地，測輸出端的電壓有效值即可。我們測得噪聲電壓有效值為 U=7.2mV。3.6 整機(jī)效率測試分別測電源輸出的電壓U和電流I，根據(jù)P=UI算出電源的輸出功率。測放大電路的輸出功率PO，整機(jī)效率=PO/P。測試結(jié)果U(V)I(A)P(W)PO(W)(%)380.3814.441227.3四、總結(jié)在本次比賽的過程中，我們遇到了很多的困難，從一開始大功率場效應(yīng)管的選擇到后來的實(shí)際電路調(diào)試，雖然這些問題后來都解決了，但是它也耽誤了我們不少時(shí)間，這多是因?yàn)殚_始方案選擇不當(dāng)?shù)脑?，也是我們?cè)谝院笤O(shè)計(jì)過程中要改正的。由于我們自身水平有限和時(shí)間緊

12、張等因素，本次設(shè)計(jì)作品還有許多待改進(jìn)的地方。比如顯示部分，由于時(shí)間關(guān)系，程序沒有寫出來。這次比賽過程讓我們掌握了解決問題的基本思路，也懂得了團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性，同時(shí)也使我們的分析問題能力和實(shí)際動(dòng)手能力得到增強(qiáng)。第一次調(diào)試電路的時(shí)候，一旦給電路加電源，電源的電壓立刻下降，IRF9540發(fā)熱。結(jié)合關(guān)鍵元器件的PDF和電路分析，發(fā)現(xiàn)IRF540和IRF9540內(nèi)含二極管保護(hù)，所以使用時(shí)需要注意二極管的方向，否則加上電源后，二極管正向?qū)ㄊ请妷嚎焖傧陆?，而且MOS管不能工作。通過這次的調(diào)試，我們認(rèn)識(shí)到，無論是焊接電路還是調(diào)試電路，首先要搞清楚各個(gè)模塊的輸入輸出特性和各個(gè)芯片的功能以及測試的要點(diǎn)。附錄

13、1：整體仿真電路圖附錄2： 元器件清單元件名參數(shù)個(gè)數(shù)說明電阻100K5個(gè)-51K3個(gè)-47K2個(gè)-22K1個(gè)-10K4個(gè)-5.6K1個(gè)-4.7K1個(gè)-2.2K1個(gè)-2202個(gè)-1001個(gè)-0.22/3W2個(gè)-電位器500K2個(gè)-100K1個(gè)-1K1個(gè)-電容100uF5個(gè)電解電容33uF1個(gè)電解電容10uF5個(gè)電解電容1035個(gè)元片電容1012個(gè)元片電容30pF3個(gè)元片電容二極管1N40072個(gè)-三極管2N54011個(gè)-2N55511個(gè)-集成芯片AT89C511個(gè)單片機(jī)ADC08321個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7361個(gè)真異有效值轉(zhuǎn)換74LS2451個(gè)同向驅(qū)動(dòng)LM3532個(gè)運(yùn)算放大器場效應(yīng)管IRF5401

14、個(gè)-IRF95401個(gè)-變壓器15V/40W1個(gè)雙輸出穩(wěn)壓管78051個(gè)-78121個(gè)-79121個(gè)-附錄3： 程序清單/#include <regx51.h>#include <intrins.h>#include <AT89X51.H>#include <stdio.h>#defineSEG_DP P0#define SEG_WP P2sbit ADCS = P10;sbit ADCLK = P11;sbit ADDI = P12;sbit ADDO = P12;unsigned char code /Tab=0xC0,0xF9,0xA4,0

15、xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xC1,0x88Tab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x3E;/共陽void Delay1mS(unsigned int tt)unsigned char i;while(tt-) for(i=50;i>0;i-);void Display(unsigned int dat) /顯示的數(shù)值為毫伏unsigned char ge,shi,bai,qian,wan;wan = dat/10000%10;qian = dat/1000%10;bai =

16、dat/100%10;shi = dat/10%10;ge = dat%10;SEG_WP = SEG_WP&0xf0|0x0f;SEG_DP = Tabqian; Delay1mS(10);SEG_WP = SEG_WP&0xf0|0x0b;SEG_DP = Tabwan;/千位加小數(shù)點(diǎn)Delay1mS(10);SEG_WP = SEG_WP&0xf0|0x0d;SEG_DP = Tabqian|0x80;Delay1mS(10);SEG_WP = SEG_WP&0xf0|0x0e;SEG_DP = Tabbai;Delay1mS(10); SEG_WP =

17、SEG_WP&0xf0|0x0f;unsigned char ADC0832(bit mode,bit channel) /AD轉(zhuǎn)換，返回結(jié)果unsigned char i;unsigned char dat,ndat;ADCS = 0;/拉低CS端_nop_();_nop_();ADDI = 1;/第1個(gè)下降沿為高電平ADCLK = 1;/拉高CLK端_nop_();_nop_();ADCLK = 0;/拉低CLK端,形成下降沿1_nop_();_nop_();ADDI = mode;/低電平為差分模式，高電平為單通道模式。ADCLK = 1;/拉高CLK端_nop_();_nop_

18、();ADCLK = 0;/拉低CLK端,形成下降沿2_nop_();_nop_(); ADDI = channel;/低電平為CH0，高電平為CH1ADCLK = 1;/拉高CLK端_nop_();_nop_();ADCLK = 0;/拉低CLK端,形成下降沿3ADDI = 1;/控制命令結(jié)束(經(jīng)試驗(yàn)必需)dat = 0;/下面開始讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，從最高位開始依次輸出（D7D0）for(i = 0;i < 8;i+)dat <<= 1;ADCLK=1;/拉高時(shí)鐘端_nop_();_nop_();ADCLK=0;/拉低時(shí)鐘端形成一次時(shí)鐘脈沖_nop_();_nop_();dat |= ADDO;ndat = 0; /記錄D0if(ADDO = 1)ndat |= 0x80;/下面開始繼續(xù)讀取反序的數(shù)據(jù)（從D1到D7） for(i = 0;i < 7;i+)ndat >>= 1;ADCLK = 1;/拉高時(shí)鐘端_nop_();_nop_();A