低頻功率放大器

1、學(xué)科分類號本科學(xué)生電子課程設(shè)計論文題 目:低頻功率放大器姓 名羅m學(xué) 號2006180824院（系）工 學(xué) 院專業(yè)、年級0 6 電子技術(shù)教育指導(dǎo)教師蘭浩老師2008年9月 5日指導(dǎo)教師評定成績評審 基元評審要素評審內(nèi)涵滿分指導(dǎo)教師 實評分選題 質(zhì)量15%目的明確 符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué) 計劃的基本要求，達到課程設(shè)計論文綜合訓(xùn)練的目的。5理論意義或 實際價值符合本學(xué)科的理論發(fā)展，有一定的學(xué)術(shù)意義；對經(jīng)濟建 設(shè)和社會發(fā)展的應(yīng)用性研究中的某個理論或方法問題進 行研究，具有一定的實際價值。5選題恰當(dāng)題目規(guī)模適當(dāng)，難易度適中；有一定的科學(xué)性。5能力 水平50%查閱文獻 資

2、料能力能獨立查閱相關(guān)文獻資料，歸納總結(jié)本論文所涉及的 有關(guān)研究狀況及成果。10綜合運用 知識能力能運用所學(xué)專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的資料進行整 理和運用；能對其科學(xué)論點進行論證。10研究方案的 設(shè)計能力整體思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手 段的運用能力能運用本學(xué)科常規(guī)研究方法及相關(guān)研究手段如計算機、 實驗儀器設(shè)備等）進行實驗、實踐并加工處理、總結(jié)信 息。20外文應(yīng)用 能力能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外 文參考書目（特殊專業(yè)除外）體現(xiàn)一定的外語水平。5設(shè)計 論文 35%寫作水平論點鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語言流暢。15寫作規(guī)范符合學(xué)術(shù)論文的基本要求。用語、格式、圖

3、表、數(shù)據(jù)、 和單位、各種資料引用規(guī)范化、符合標準。量 里10論文篇幅5000字左右。10實評總分成績等級指導(dǎo)教師評審意見：指導(dǎo)教師簽名：說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實評總分90100分記為 優(yōu)秀，8089分記為良好，7079分記為中等，6069分記為及格，60分以下記為不及格。1.1電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1.2模擬電路中低頻功放電路的發(fā)展現(xiàn)狀低頻功放電路大多數(shù)使用在音響技術(shù)上，所以說低頻功放電路的發(fā)展歷史就是音響技術(shù)的 發(fā)展歷史，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、場效應(yīng)管四個階段。1906年美國人德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開創(chuàng)了人類電聲技術(shù)的先河。1

4、927年貝爾實 驗室發(fā)明了負反饋技術(shù)后，使音響技術(shù)的發(fā)展進入了一個嶄新的時代，比較有代表性的如，威 廉遜放大器，較成功地運用了負反饋技術(shù)，使放大器的失真度大大降低，至50年代電子管放 大器的發(fā)展達到了一個高潮時期，各種電子管放大器層出不窮。由于電子管放大器音色甜美、 圓潤，至今仍為發(fā)燒友所偏愛。60年代晶體管的出現(xiàn)，使廣大音響愛好者進入了一個更為廣闊的音響天地。晶體管放大器 具有細膩動人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動態(tài)范圍等特點。在60年代初，美國首先推出音響技術(shù)中的新成員-集成電路，到了 70年代初，集成電路以 其質(zhì)優(yōu)價廉、體積小、功能多等特點，逐步被音響界所認識。發(fā)展至今，厚膜音響集成

5、電路、 運算放大集成電路被廣泛用于音響電路。70年代的中期，日本生產(chǎn)出第一只場效應(yīng)功率管。由于場效應(yīng)功率管同時具有電子管純厚、 甜美的音色，以及動態(tài)范圍達90dB、THDV0.01% （100kHz時）的特點，很快在音響界流行。 現(xiàn)今的許多放大器中都采用了場效應(yīng)管作為末級輸出。音響技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、場效應(yīng)管的歷史時期，在不同的歷史時期都各有 其特點。預(yù)計音響技術(shù)今后的發(fā)展主流為數(shù)字音響技術(shù)。音響行業(yè)技術(shù)和市場發(fā)展現(xiàn)狀技術(shù)發(fā)展概況單純從技術(shù)應(yīng)用的角度上看,國內(nèi)專業(yè)音響產(chǎn)品的研發(fā)，設(shè)計及制造技術(shù)已達到相當(dāng)高的水平. 其中,模擬音響產(chǎn)品的技術(shù)和質(zhì)量水平已可與國外知名品牌相提并論，只是在

6、數(shù)字音響產(chǎn)品上 尚需進一步努力.在產(chǎn)品性能上，國內(nèi)主要廠家生產(chǎn)的調(diào)音臺和功放產(chǎn)品的的方案設(shè)計合理性，電性能技術(shù)參 數(shù)指標以及內(nèi)外功能的設(shè)置等主要方面的測試分析結(jié)果，都與國外知名品牌的產(chǎn)品相差無幾； 并且，國內(nèi)正規(guī)大廠對產(chǎn)品的出廠質(zhì)量相當(dāng)重視,為把住產(chǎn)品運行的穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)口，有 載運行8小時以一的老化試驗程序已得到了普遍的設(shè)置.近些年，半導(dǎo)體行業(yè)新材料和新技術(shù)應(yīng) 用的不斷深入，國外相關(guān)廠商為國內(nèi)專業(yè)音響行業(yè)所使用的晶體管及集成電路等元器件的質(zhì)量 水平，也基本實現(xiàn)了與國外主流水平的同步.在產(chǎn)品的制造工藝上，國內(nèi)主要廠家的產(chǎn)品在個別方面存在一定的不足，比較明顯的是有些 廠家的機械設(shè)備的工藝性能

7、相對較差，機械加工原料的選材不夠嚴格，產(chǎn)品的表面處理工藝的 技術(shù)水平有待進一步提高此外，一些廠家的產(chǎn)品外包裝過于脆弱，很難經(jīng)受中遠途運輸?shù)目简? 從而導(dǎo)致產(chǎn)的開箱合格率較低,還有些廠家只是一味地追求產(chǎn)品的電性能的高低，而嚴重忽視 了設(shè)備工藝性的重要性國內(nèi)主要廠家的專業(yè)音性產(chǎn)品的使用性，總體上值得肯定的，但也有個 別廠家為壓縮產(chǎn)品成本,在一些機械器件的選購上偷工減料，從而影響到產(chǎn)品電性能的充分發(fā) 揮，給用戶留下了不好的印象，最終的結(jié)局，說近了就是損壞了企業(yè)自身的形象，說遠了就是給國 內(nèi)專業(yè)音響制造行業(yè)抹下不小的敗筆.市場發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過多年的發(fā)展,中國內(nèi)地逐漸成為專業(yè)音響產(chǎn)品的重要制造基地尤其在廣東

8、地區(qū)，涌現(xiàn) 出一大批朝氣蓬勃的企業(yè)，它們具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)研發(fā)能力，擁有現(xiàn)代化的廠區(qū)廠房，先 進的數(shù)控加工生產(chǎn)設(shè)備以及大量的研發(fā)技術(shù)隊伍的產(chǎn)業(yè)工人，在生產(chǎn)過程中實施嚴格的全員全 過程質(zhì)量管理體系.不可否認的是，國內(nèi)主流廠家產(chǎn)品的綜合水平，與行業(yè)高檔的國外知名品牌相比，還存在一 定的差距.世界專業(yè)音響業(yè)界對中國制造的認知水平比較高，但認可程度尚低.造成這一局面的 一個重要原因在于，國內(nèi)大量電子制造企業(yè)，基本沒有對自身品牌形象的建立和維護的訴求，只 是一味地追逐為國外知名品牌代工組裝的訂單.中國的專業(yè)音響產(chǎn)品已走出國門，但真正融入 國際市場，還需要一定時日,在這個過程中，行業(yè)內(nèi)上規(guī)模有實力的廠

9、家應(yīng)發(fā)揮領(lǐng)軍作用,建立和 維護好民族品牌，逐步拓展出更廣闊的國際市場.日前來看，國內(nèi)專業(yè)音響行業(yè)的市場形勢正處在新一輪的上升階段中，行業(yè)整體的利潤水 平仍保持在較高的位置由于市場的品牌集中度尚低，國內(nèi)專業(yè)音響行業(yè)內(nèi)的競爭氛圍正日趨 濃重用戶對選購產(chǎn)品的品牌和技術(shù)有了更加明確的嚴格的要求，行業(yè)內(nèi)優(yōu)勝劣汰的進程顯得 愈發(fā)嚴峻未來數(shù)年內(nèi)，國內(nèi)專業(yè)音響燈光行業(yè)的發(fā)展趨勢已然明朗，企業(yè)要想從這一輪實力的 競爭中勝出，唯有以技術(shù)為綱，以品牌為目，不斷積累，不斷創(chuàng)新，才能為自身的長遠發(fā)展奠下堅實 的基礎(chǔ).在經(jīng)歷了這一輪風(fēng)雨的洗禮之后，中國的專業(yè)音響行業(yè)也會變得更加成熟，日后的發(fā)展 道路也會走得更加地坦蕩.1

10、.2選題意義1、鞏固模擬電子技術(shù)基本知識，綜合運用所學(xué)知識2、掌握模擬電子線路的調(diào)試方法，增強工程實踐能力和綜合分析問題的能力。3、了解現(xiàn)代功放技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，運用一些先進的技術(shù)設(shè)計電路。1.3本設(shè)計的工作第2章硬件部分簡介2.1具體方案論證與設(shè)計、解析題目：低頻功放要求接8Q負載，輸出功率達到10W以上，于是可以計算輸出電壓最大值：Uom = jTPOmVRT = J2 x 10 x 8 沁 12.65V要求放大通道在正弦信號輸入電壓幅度為(5-700)mV,于是當(dāng)輸入為5mv時，整個電路的增益：Gv 二 20 lg 12 .6568 dB5 x 10 - 3電路整增益需68dB，于是

11、考慮要進行多級放大。我們可以把低頻功放采用兩個模塊來實 現(xiàn)：前級放大器和后級功率輸出放大器。這就牽涉著增益的分配問題，功放的后級功率輸出 放大也一般是進行電流的放大，所以可以分配絕大部分的放大。那么前級就只需承擔(dān)極小部 分的放大，以減小共模信號對電路的干擾。我們也就想到采用兩級放大器來進行放大。這樣 我們很快就可以找到設(shè)計方案。二、方案選擇：前級放大電路的選擇考慮采用集成運放進行前級放大，采用反向比列運算放大，可以穩(wěn)定輸出電壓。電路模 型如下：()PAMP_3_VIRTUAL圖中電路的增益取決于電阻R7, R8有，Gv= R8/R7后級功率輸出放大器的選擇 -L因為功放電路的要求在Pk下的效率

12、三55%，又要求非線性失真系數(shù)W3%。為了減小非線性失真就要用到甲乙類功放，但同時會降低效率。所以這兩方面因數(shù)必須兼顧，即可采用 ocl電路來實現(xiàn)功率放大級。ocl雙電源互補對稱電路的機構(gòu)包括差分放大級、推動級、功率 管電流放大。差分電壓L、放大厶放大放大零漂的大小決定了電路的優(yōu)劣，又零漂對電路影響最嚴重的一級是第一級，但由于前級放 大倍數(shù)不大，所以把差分放大電路放在后級放大的第一級，來有效地減小由于電源波動和晶 體管隨溫度變化所引起的零點漂移。其差模放大倍數(shù)為：Avd=0Rl/(Rs+rbe)。電壓放大部分中，起到電壓放大作用，是功率放大器中要求放大倍數(shù)最高的。功率放大部分，其中二極管DI、

13、D2起到抑制交越失真的作用，整個功率放大部分起到最 后的電流放大作用。保護電路的選擇由于信號的輸入過大或電路產(chǎn)生的一切不利的因數(shù)，使輸出電壓和電流急劇上升，有可 能損壞負載。電路模型如下：其中Rll、Q8、Q9組成過流保護電路。VCC2tl221SATIP31Cas16VR6-Wv47kDU22tl221SATIP31Cas16VR6-Wv47kDU2穩(wěn)壓電源的選擇前級放大電路和功率保護電路，后級功率輸出放大器由于Uom=12.65V,所以加上功率管 的壓降就需大于此值，采用正負16電源供電。2.2 2.2主控芯片的簡介集成運放LF347的介紹I Low Input Bias Current.

14、 . . 50 pA Typ Low Input Noise CurrentI0.01 pA/ldzTypI Low Input Bias Current. . . 50 pA Typ Low Input Noise CurrentI0.01 pA/ldzTypI Low Total Harmonic Distortion Low Su叩ly Current 8 mA TypGain Bandwidth . 3 MHz TypHigh Slew Rate . 13 V/ps TypPin Compatible With the LM348descriptionLF347, LF347B JFE

15、T-INPUT QUAD OPERATIONAL AMPLIFIERS SLOS013B-MARCH 1967 - REVISED AUGLST 19941OUT1U144OUT1IN-2134IN-1IN +3124 IN +VCC +411VCC-2IN +5103IN +2IN-693IN-2OUT703OUTD GR N PACKAGE (TOP VIEW)These devices are low-cost; high-speed? JFET-input operational amplifiers. They require low supply current yet maint

16、ain a large gain-bandwidth product and a fast slew rate. In addition, their matched high-voltage JFET inputs provide very low input bias and offset current.The LF347 and LF347B can be used in applications such as high-speed integrators, digital-to-analog converters, sample-and-hold circuits, and man

17、y other circuits.The LF347 and LF347B are characterized for operation from 0C to 70Csymbol (each amplifier)OUTOUT第3章低頻功率放大器的原理3.1電路的原理圖和計算前級放大電路采用兩級運放，選用性能較好的集成運放，可選用lf347，里面含有四個運放，用其中的 一個即可。前級放大電路，只要求放大8dB。輸入信號的范圍是Uim=（5700）mV,而運算放大器采 用的是正16V電源，可以推出第一級的最大放大倍數(shù)，Gv1=4dB則輸出 U1o=（202800）mV+OPAMP 3- VIRT

18、UAL前級放根據(jù)的取值可以確定各個電阻的阻值：R1=1k Q ；R2=3.9 k +OPAMP 3- VIRTUAL前級放大器電路原理圖19曲后級功率輸出放大電路后輸入級Q2、Q3采用差分放大級，起平衡激勵作用，因此PNP管Q2、Q3應(yīng)該嚴格對稱,樣。選B 三200, fT三100MHZ。第二級Q1為電壓放大級，它提供大部分電壓增益，要求B三150, fT三100MHZ, C2是相 位補償電容，防止電路的自激震蕩。末級由Q4、Q5和Q6、U4分別構(gòu)成NPN和PNP復(fù)合管互補輸出，要求功率管前的三極 管B 三 100, fT三 100MHZ，功放管 Pcm3W, B 三30, fT220MHZ。

19、Ocl電路要求中點電位達到0V,以致在沒有輸入信號時沒有輸出對負載的干擾。如果中點電位不為零，可以調(diào)節(jié)滑動變阻器R2使其為零。令復(fù)合管的微導(dǎo)通電壓為IV左右，那么D1和R5之間電壓可以知道為IV左右，再令電壓放大管的Ic為7mA，可以計算出R4的阻值為：R5=(Vcc-l)/(7 X 10-)=2.14K此電路全部采用直流偶合，所以靜態(tài)之間相互牽制。所以差分電路的靜態(tài)和，其他一些 參數(shù)可通過訪真獲得。Ocl低功放仿真波形2(3)保護電路負載R10，當(dāng)電路的輸出電流過大時，就必須有保護電路來工作。下面分析電路的兩種工 作狀態(tài)：當(dāng)輸出電壓、電流正常時，電阻U1、U2上的電壓小，不足以使三極管Q8、

20、Q9導(dǎo)通，故 三極管Q8和Q9都是截止的，R11、Q8、Q9所組成的保護電路不工作，不影響電路的正常工 作。負載上電流過大時，U1、U2兩個大功率電阻上的電流增大，則U1、U2電阻上的電壓隨 之升高，從而使Q8、Q9兩個三極管從截止區(qū)工作到放大區(qū)，從而減小兩個大功率管Q5、U4 的基級電流，以達到減小輸出電流，達到保護的作用l)PAMP_3_VIRTUALR& 3.9唸50IC_LINKey = A*-Q22N37CL303 2N3703C14-；10uF-POLQ42N2218AQSTIP31C011BH62D21BH622N1710-52l)PAMP_3_VIRTUALR& 3.9唸50I

21、C_LINKey = A*-Q22N37CL303 2N3703C14-；10uF-POLQ42N2218AQSTIP31C011BH62D21BH622N1710-522N112：LAR3ilOK：_LIN-=- Key = AC2T卜15DpFd -CL1EC%Q72N2218A2N：-703|VEE -16VTIP31C3.2元件清單、工具、儀器前級放大電路名稱參數(shù)數(shù)量名稱參數(shù)數(shù)量集成運放F347D1個電阻1.0k1個電阻3.9k2個功率放大加保護電路名稱參數(shù)數(shù)量名稱參數(shù)數(shù)量電解電容10uf/50v1個瓷片電容150pf1個電阻2.2K1個電阻4.7k1個電阻47k1個電阻2201個電阻

22、22k2個可變電阻10k1個可變電阻50k1個大功率電阻0.5 Q /2w2個二極管1N40012個大功率管TIP35C2個三極管PNP4個三極管NPN3個工具和儀器名稱數(shù)量名稱數(shù)量萬能板1塊信號發(fā)生器1臺導(dǎo)線若干示波器1臺烙鐵1只穩(wěn)壓電源1臺萬用表1塊電腦1臺3.3電路調(diào)試按照已經(jīng)設(shè)計好的原理圖，把各元件有調(diào)理的焊接到萬能板上，以便調(diào)試的方便。完成 了焊接部分，按照以往的經(jīng)驗不能馬上接電源，首先要檢查一下元器件，觀察安裝和焊接是 否正確可靠。特別要看二極管、三極管、電解電容的極性有無裝反。待一切看見的問題解決 后，就可以接通電源調(diào)試。1空載調(diào)試根據(jù)Ocl電路的特點和性質(zhì)，先不接負載.接通電源

23、后，用手觸摸功放管, 感覺功放管的溫度，只要沒有管子格外的燙手，即使一個管子熱點，另一管涼些，都可以放 心的測量靜態(tài)工作點。用數(shù)字萬用表直流電壓檔測量輸出中點電壓。當(dāng)管子嚴格對稱，從理 論上說中點的電壓為0V,但是中點電壓在50mV以內(nèi)，都可以認為是正常的。但是如果中點的 點位偏離過大，就可以通過調(diào)節(jié)電阻R2,使之靠近0V。除Q8和Q9以外的所有三極管基極和 發(fā)射極這間的電壓在0.6V左右，兩個二極管處在導(dǎo)通狀態(tài)。2用8Q大功率電阻作負載調(diào)試 先調(diào)節(jié)滑動電阻器R3,使差分放大電路工作在放大區(qū), 再試著改變推動級的集電極電阻R5,使所接的復(fù)合管工作在微導(dǎo)通區(qū)。再同時調(diào)節(jié)滑動電阻 器R2和R3使靜

24、態(tài)中點電位小于50mV。做好上面的步驟，就可以進行信號放大了。采用信號 發(fā)生器，輸入60Hz，幅度較小的正弦波信號。再用雙蹤示波器觀察輸入、輸出的波形，如發(fā) 現(xiàn)波形有失真，變可用示波器觀察前面的差分放大和電壓放大的波形是否失真，一級一級的 排除失真。滑動電阻器R2可以改變Ocl電路的增益，增大R3減小增益，改變集電極電阻R5 可以調(diào)節(jié)推動級的動態(tài)范圍。3.得到了不失真且滿足要求的正弦波后便可以接入揚聲器進行試音。加入信號在略高于 正常聽音電平下試聽1小時左右反復(fù)測輸出中點電壓和靜態(tài)電流。一般中點電壓士 100mV, 靜態(tài)電流100mA且無持續(xù)升高現(xiàn)象。3.4實際電路參數(shù)的更改和波形測試1本電路屬于模擬電路，其仿真參數(shù)和實際電路參數(shù)有一定的差別。就在空載和接上負 載后的情況可能會完全不同，在實際電路中，我就碰到了這種情況：在空載時中點電壓小于 50mv，可是我忽略了其他要求，所以接上負載后電路不能正常工作，對稱的復(fù)合功率管有一組 復(fù)合功率管不工作，后來經(jīng)過仔細的檢查，才查到是焊接技術(shù)太差，使得某個三極管的引腳焊接到一起了，再重新改接好電路，重新調(diào)試，才使整個電路工作正常。2、前級放大加功率放大級測試波形如下:正常放大時的波形最大不失真波