模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課設(shè)

前言摘要： 本文介紹了功放的構(gòu)成、功能及工作原理，它由TIP41等分立元件所組成的功放電路，NE5532雙運(yùn)算放大器為前級放大構(gòu)成。放大電路能夠?qū)⒁粋€微弱的交流小信號（疊加在直流工作點(diǎn)上），通過一個裝置（核心為三級管、場效應(yīng)管），得到一個波形相似（不失真），但幅值卻大很多的交流大信號的輸出。實(shí)際的放大電路通常是由信號源、晶體三極管構(gòu)成的放大器及負(fù)載組成。功率放大電路和電壓放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別。但是，功率放大電路和電壓放大電路所要完成的任務(wù)是不同的。對電壓放大電路的主要要求是使其輸出端得到不失真的電壓信號，討論的主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出阻抗等，輸出的功率不一定大。而功率放大器則不同，是一種以輸出較大功率為目的的放大電路，它主要要求獲得一定的不失真的輸出功率，一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)，通常作為多級放大電路的輸出級，總之，要求放大電路有足夠大的輸出功率的放大電路統(tǒng)稱為功率放大電路。因此功率放大電路包含這一系列在電壓放大電路中沒有出現(xiàn)過的特殊問題，這些問題是：要求輸出功率盡可能大 為了獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此器件往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。效率更高 由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個效率問題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率的比值。這個比值越大，意味著效率越高。非線性失真小 功率放大電路是在大信號下工作，所以不可避免地會產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾。但是，在不同場合下，對非線性失真的要求不同。例如，在測量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個問題顯得很重要，而在工業(yè)系統(tǒng)等場合中，則以輸出功率為主要目的，對非線性失真的要求就降為次要問題了。 此外，在功率放大器電路中，為了輸出較大的信號功率，器件承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損耗的可能性也就比較大，所以功率管的損壞與保護(hù)問題也不容忽視。 OCL功率放大器是一種直接耦合的功率放大器，它具有頻響寬、保真度高、動態(tài)特性好及易于集成化等特點(diǎn)。OCL是英文OutputCapacitorLess的縮寫，意為無輸出電容。采用兩組電源供電，使用了正負(fù)電源，在電壓不太高的情況下，也能獲得比較大的輸出功率，省去了輸出端的耦合電路。使放大器低頻特性得到擴(kuò)展。OCL功放電路也是定壓式輸出電路，性能比較好，所以廣泛地應(yīng)用在高保真擴(kuò)音設(shè)備中。性能優(yōu)良的集成功率放大器給電子電路功放級的調(diào)試帶來了極大地方便。為了培養(yǎng)我的設(shè)計(jì)能力，本課題主要采用分立元件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

目錄第1章課設(shè)目的及要求1.1課設(shè)目的 1.2課設(shè)要求 第2章設(shè)計(jì)方案選擇 2.1設(shè)計(jì)框圖 2.2設(shè)計(jì)方案 第3章設(shè)計(jì)原理 3.1設(shè)計(jì)模塊概述 3.1.1電源模塊3.1.2音量調(diào)控模塊3.1.3音調(diào)調(diào)控模塊3.1.4濾波電路模塊3.1.5前級放大模塊3.1.6功率放大模塊3.2芯片簡介 3.2.1 NE5532放大 3.2.2 TIP41C功率放大三極管 3.2.3 LM7812和LM79123.3AltiumDesigner的使用3.3.1設(shè)計(jì)原理圖3.3.2設(shè)計(jì)PCB圖第4章音調(diào)控制電路的安裝與調(diào)試 4.1電路安裝元器件清單 4.2合理布局、分級裝調(diào) 4.3調(diào)試技術(shù) 4.3.1電源模塊調(diào)試4.3.2NE5532的調(diào)試4.3.3功率放大部分的調(diào)試第5章課程設(shè)計(jì)體會及心得 第6章附件6.1原理圖附件6.2PCB附件6.3實(shí)物圖照片

第一章課設(shè)目的及要求課設(shè)目的 1.采用全部或部分分立元件設(shè)計(jì)一種OCL音頻功率放大器； 2.額定功率Po≥1W； 3.負(fù)載阻抗RL=8歐； 4.設(shè)計(jì)放大器所需的Vcc=12V，VEE=-12V直流穩(wěn)壓電源； 5.<3%(1KHz正弦波)；二.課設(shè)要求對OCL功率放大器各單元電路進(jìn)行詳細(xì)模塊設(shè)計(jì)計(jì)算電路元件參數(shù)，選擇合適元器件及參數(shù)畫出電路原理圖制作PCB板電路的焊接與調(diào)試完成整體電路設(shè)計(jì)及論證編寫設(shè)計(jì)報(bào)告第二章設(shè)計(jì)方案選擇信號輸入設(shè)計(jì)框圖信號輸入功率放大音量調(diào)控音調(diào)調(diào)控濾波電路前級放大 功率放大音量調(diào)控音調(diào)調(diào)控濾波電路前級放大電源模塊電源模塊設(shè)計(jì)方案電源穩(wěn)壓部分采用集成穩(wěn)壓芯片LM7812和LM7912，由變壓器產(chǎn)生的+-12V的交流電，經(jīng)橋式整流濾波后送入穩(wěn)壓管，輸出+-12V的直流電源。NE5532是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器（雙運(yùn)放）集成電路。與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當(dāng)高的小信號帶寬，電源電壓范圍大等特點(diǎn)。因此很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備、儀器、控制電路及電話通道放大器。用作音頻放大時音色溫暖，保真度高，在上世紀(jì)九十年代初的音響界被發(fā)燒友們譽(yù)為“運(yùn)放之皇”。這里我們也選用NE5532作為前級放大，計(jì)劃放大倍數(shù)小于10，對于功率放大部分，為了實(shí)現(xiàn)對所學(xué)知識的運(yùn)用，同時增強(qiáng)對理論知識的理解，這里我們選用分立式原件進(jìn)行設(shè)計(jì)，初步構(gòu)想采用差分放大部分+共射放大部分+準(zhǔn)互補(bǔ)推挽輸出部分來構(gòu)建整個電路。差分放大采用小功率管9014，共射放大部分采用PNP小功率管2N5401也可以用9012替換，準(zhǔn)互補(bǔ)推挽輸出部分分別用8050和TIP41組成一個NPN管，8550和TIP41組成一個PNP管,這樣就避免了直接采用TIP41和TIP42不好配對的缺陷，同時復(fù)合管又能提高后級的放大倍數(shù)。第3章設(shè)計(jì)原理3.1芯片簡介 3.1.1 NE5532前級放大前級放大電路由NE5532及其外圍元件組成,采用同向比例運(yùn)算放大電路模式，實(shí)現(xiàn)前級信號放大。NE5532是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器集成電路。與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當(dāng)高的小信號帶寬，電源電壓范圍大等特點(diǎn)。NE5532是雙運(yùn)放集成電路，它內(nèi)部包含兩組形式完全相同的運(yùn)算放大器，其封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖1（a）（b）所示，其管腳說明如表1所示。（a）封裝（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1NE5532封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表1NE5532管腳說明名稱管腳說明1OUT1第一組運(yùn)放輸出端2OUT7第二組運(yùn)放輸出端VCC+8電源正端（＋）VCC-4電源負(fù)端（－）1IN-2第一組反向輸入端1IN+3第一組同向輸入端2IN-6第二組反向輸入端2IN+5第二組同向輸入端NE553的主要參數(shù)如表2所示：表2NE553的主要參數(shù)名稱參數(shù)值備注單位增益帶寬10MHz典型值共模抑制比100dB典型值DC電壓增益100V/mV典型值峰－峰電壓波動32V（典型值）VCC±＝±18V和RL＝600Ω轉(zhuǎn)換速度9V/us典型值電源電壓范圍±3V至±20V 3.1.2 TIP41C功率放大三極管TIP41C是NPN型大功率三極管，適用于電子開關(guān)線路，主要特點(diǎn)是功率大、驅(qū)動電流大，可用于音頻功率放大。封裝形式：直插封裝TO-220，如圖所示。 3.1.3 LM7812和LM7912LM7812和LM7912都是三端穩(wěn)壓器，交流電壓整流濾波后的正負(fù)電壓再經(jīng)7812和7912進(jìn)行穩(wěn)壓，可分別得到+12V和-12V的直流電壓，為整個前級放大和功率放大電路提供穩(wěn)壓直流源。3.2設(shè)計(jì)模塊概述3.2.1電源模塊電源模塊我們采用的流程是電源變壓器-->整流電路-->濾波電路-->穩(wěn)壓器。其中整流電路采用的是橋式整流，用二極管IN4007搭建的整流橋?qū)⒔涣麟妷鹤兂擅}動的直流電壓。濾波電路采用的是大電容濾波，將脈動的直流電壓中含有較大的紋波加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。濾波后的信號可能受外界環(huán)境影響而發(fā)生改變，因此還要經(jīng)過LM7812和LM7912進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定的+12V和-12V直流電壓。3.2.2音量調(diào)控模塊該電路主要由RL1、ZR1、RW1、C1,C2和CR1,CR2組成，其中RL1,ZR1為匹配電阻，實(shí)現(xiàn)輸入匹配，RW1為音量調(diào)節(jié)電位器。3.2.3音調(diào)調(diào)控模塊該電路主要由R2、R3、R4、R5、R6、C3、C4、C5、C6、RW2和RW3組成，RW2和RW3為音調(diào)調(diào)節(jié)電位器。3.2.4濾波電路模塊濾波電路由R7、R8、R9、R10、C7和C8組成，實(shí)現(xiàn)前級放大前的信號濾波。3.2.5前級放大模塊前級放大電路由NE5532及其外圍元件構(gòu)成，采用同相比例運(yùn)算放大電路模式，實(shí)現(xiàn)前級信號放大。這里要提一下反饋電阻并聯(lián)的電容C，以及同相端的R8和C10，這是為了消除自激設(shè)計(jì)的。筆者曾修過一個電路，那個電路沒有這兩個電阻，出現(xiàn)的現(xiàn)象是板子通電后有聲音，可以工作，但是一二十秒后就沒有聲音了，而且功放管變得很燙，筆者懷疑是NE5532部分產(chǎn)生了自激，然后不停地送信號給功放管，頻率高出了聽覺，但管子是一直工作，所以才會發(fā)燙，當(dāng)筆者在反饋電阻旁并一個電容后，發(fā)現(xiàn)播放的時間有所加長，但問題還沒有解決，后來筆者在同相端加一個100K電阻和電容到地后，問題就徹底解決。3.2.6功率放大模塊這個部分是我們這次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，此電路相對來說還是略復(fù)雜，不夠只要仔細(xì)分析，還是比較好懂的，此部分前面是一對差分管，取第一個管子集電極的信號送到2N5401，進(jìn)行放大，通過R19的傳遞，分別送到8050和8550兩個管子，從而推動TIP41工作，同時有將中點(diǎn)電壓反饋到第二個差分管的基極，在調(diào)試過程中，應(yīng)注意消除交越失真用的可變電阻RW5和調(diào)節(jié)中點(diǎn)電壓的可變電阻RW4，為了更清楚的了解電路的工作原理，筆者聊一下RW4如何調(diào)節(jié)中點(diǎn)電壓的過程，對于第一個差分管，基極的電壓保持不變，在電阻R15和RW4流過一定的電流，當(dāng)增大RW4時，R15和RW4的壓降就會增大，就會抬高差分管發(fā)射極的電壓，則集電極電流就會減小，（R15和RW4的壓降也會減小，但相對來說略小同時也說明電阻調(diào)節(jié)的靈敏度略?。┰赗14上的壓降就會減小，則2N5401的BE間的電壓就會略小一點(diǎn)，則集電極的電流也會小一點(diǎn)，在R19上的電壓就會小一點(diǎn)，8550的be壓降就會大一點(diǎn)，下面那個TIP41就會導(dǎo)通程度大一些，等效成電阻就會小些，同理，上面那個TIP41就會導(dǎo)通程度小一點(diǎn)，等效成的電阻就會大一些，這樣，兩部分分壓后的中點(diǎn)電壓就會略小一點(diǎn)。3.3AltiumDesigner的使用3.3.1設(shè)計(jì)原理圖見附件13.3.2設(shè)計(jì)PCB圖見附件2第4章音調(diào)控制電路的安裝與調(diào)試4.1電路安裝元器件清單見附件34.2合理布局、分級裝調(diào)為了讓做出來的功放電路有較好的放大效果，電路在畫PCB圖的時候就要盡量保持左右聲道對稱，布線也要手動布線，因?yàn)樽詣硬季€會出現(xiàn)很多弊端，比如自動布線布的線可能出現(xiàn)交叉，布的線會繞很遠(yuǎn)，對信號會有很大的減損，或者信號經(jīng)過濾波電容的先后順序跟原理圖不一致等諸多弊端。由于元器件比較繁多，因此在安裝的過程中一定要小心，很容易出現(xiàn)元器件安裝錯位以及焊反的現(xiàn)象。安裝完成后不要急著通電，因?yàn)楹苋菀壮霈F(xiàn)短路燒元器件的問題，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)檢查電路的焊接有沒有問題，有沒有短路，虛焊，斷路，引腳接觸不良等問題。在所有的檢查工作都做完后就可以進(jìn)行調(diào)試了。4.3調(diào)試技術(shù)一般情況下，電路焊好后不一定達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，這個時候要進(jìn)行調(diào)試電路，本次設(shè)計(jì)采用的是較為復(fù)雜電路，步驟繁瑣，流程較為復(fù)雜。所以在電路調(diào)整與測試的應(yīng)注意的問題較多，需要一定耐心。4.3.1電源模塊調(diào)試在焊接的過程中發(fā)現(xiàn)LM7812和LM7912的原理圖和封裝沒有正確對應(yīng)，只能在PCB板上進(jìn)行改線。接電源后，發(fā)現(xiàn)兩個發(fā)光二極管沒有發(fā)光，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)有個大電容的焊盤脫了，接好后一個發(fā)光二極管發(fā)光，但是光佷弱，后來接電源又發(fā)現(xiàn)另外一個發(fā)光二極管發(fā)光，而之前亮的不亮了，而且電路焊的也沒有問題，只能繼續(xù)檢查錯誤，用萬用表測電壓，發(fā)現(xiàn)LM7812和LM7912的電壓不正常，原來，這兩個穩(wěn)壓器位置焊反了，重新焊好后，發(fā)光二極管發(fā)光正常。4.3.２功率放大部分的調(diào)試這部分的調(diào)試是比較麻煩的，但幸運(yùn)的話，如果電路都焊接正常的話，還是比較簡單的，這就要求調(diào)試者把電路檢查清楚再通電源，筆者這邊有三個樣板，調(diào)試者對這個方面注意程度不夠，所以走了很多彎路，注意三極管的引腳排列，但這些正常時，先調(diào)消除交越失真的那個電阻，使TIP41的be間電壓約為0.5，再調(diào)節(jié)RW4，使中點(diǎn)電壓為0，RW4可自行更改，更改前要理論分析，在調(diào)試過程中，要時常測量各個三極管BE間的電壓，確保都正常工作。4.3.３NE5532的調(diào)試在調(diào)試NE5532的時候?qū)⑺?，5腳輸入和1，7腳輸出以及4，8腳電源斷開，直接給4，8腳-12V和+12V的直流供電，給3，5輸入一個小信號，發(fā)現(xiàn)有放大的聲音出來，初步確定沒問題。