音频功率放大器设计_范文大全

音频功率放大器设计

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范文一:音频功率放大器的设计 投稿:熊燳燴

第4节 电子综合设计范例3----高效音频功率放大器

一、设计任务与要求

1、设计任务

设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。功率放大器的电源 电压为+5V(电路其他部分的电源电压不限),负载为8Ω电阻。

2、设计要求

⑴ 基本要求

① 功率放大器

a.3 dB通频带为300~3400Hz,输出正弦信号无明显失真。

b.最大不失真输出功率≥1W。

c.输入阻抗>10kΩ,电压放大倍数1~20连续可调。

d.低频噪声电压(20kHz以下)≤10mV,在电压放大倍数为10、输入端对地交流短 路时测量。

e.在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50%。

② 设计并制作一个放大倍数为1的信号变换电路,将功率放大器双端输出的信号

转换为单端输出,经RC滤波供外接测试仪表用,如下图所示。图中,高效率功率放大器组 成框图可参见本题第3项“说明”。

图1 系统组成框图

③ 设计并制作一个测量放大器输出功率的装置,要求具有3位数字显示,精度优 于5%。

⑵ 发挥部分

① 3dB通频带扩展至300Hz~20kHz。

② 输出功率保持为200mW,尽量提高放大器效率。

③ 输出功率保持为200mW,尽量降低放大器电源电压。

④ 增加输出短路保护功能。

⑤ 其他。

1、 说明

⑴ 采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一,D类放

大原理框图如下图所示。本设计中如果采用D类放大方式,不允许使用D类功率放大集成 电路。

图2 D类放大原理框图

⑵ 效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5 v),不包 括“基本要求”中第(2)、(3)项涉及的电路部分功耗。制作时要注意便于效率测试。

⑶ 在整个测试过程中,要求输出波形无明显失真。

二、方案论证与比较

根据设计任务的要求,本系统的组成方框图如图1所示。下面对每个框内电路的设计方案 分别进行论证与比较。

1、高效率功率放大器

⑴ 高效率功放类型的选择

方案一:采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。

方案二:采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频 脉冲的宽度,功率输出管工作在高频开关状态,通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于 输出管工作在开关状态,故具有极高的效率。理论上为100%,实际电路也可达到80%~95%,所以我们决定采用D类功率放大器。

⑵ 高效D类功率放大器实现电路的选择 本题目的核心就是功率放大器部分,采用何 种电路形式以达到题目要求的性能指标,这是关键。

图3 脉宽调制器电路

① 脉宽调制器(PWM)

方案一:可选用专用的脉宽调制集成块,但通常有电源电压的限制,不利于本题发挥部 分的实现。

方案二:采用图3所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路,各 部分的功能清晰,实现灵活,便于调试。若合理的选择器件参数,可使其能在较低的电压下 工作,故选用此方案。

② 高速开关电路

a. 输出方式

方案一:选用推挽单端输出方式(电路如图4所示)。电路输出载波峰-峰值不可能超过 5V电源电压,最大输出功率远达不到题目的基本要求。

图4 高速开关电路

方案二:选用H桥型输出方式(电路如图5所示)。此方式可充分利用电源电压,浮动输

出载波的峰-峰值可达10 V,有效地提高了输出功率,且能达到题目所有指标要求,故选用 此输出电路形式。

图5 高速开关电路

b. 开关管的选择。为提高功率放大器的效率和输出功率,开关管的选择非常重要,对 它的要求是高速、低导通电阻、低损耗。

方案一:选用晶体三极管、IGBT管。晶体三极管需要较大的驱动电流,并存在储存时 间,开关特性不够好,使整个功放的静态损耗及开关过程中的损耗较大;IGBT管的最大缺 点是导通压降太大。

方案二:选用VMMOSFET管。VMOSFET管具有较小的驱动电流、低导通电阻及良好 的开关特性,故选用高速VMOSFET管。

③ 滤波器的选择

方案一:采用两个相同的二阶Butterworth低通滤波器。缺点是负载上的高频载波电压 得不到充分衰减。

方案二:采用两个相同的四阶Butterworth低通滤波器,在保证20kHz频带的前提下使 负载上的高频载波电压进一步得到衰减。

2、信号变换电路

由于采用浮动输出,要求信号变换电路具有双端变单端的功能,且增益为1。

方案一:采用集成数据放大器,精度高,但价格较贵。

方案二:由于功放输出具有很强的带负载能力,故对变换电路输入阻抗要求不高,所以 可选用较简单的单运放组成的差动式减法电路来实现。

3、功率测量电路

方案一:直接用A/D转换器采样音频输出的电压瞬时值,用单片机计算有效值和平均功 率,原理框图如图6所示,但算法复杂,软件工作量大。

单一频率,而是20 k

用真有效值变换电路。此方案采用真有效值转换专用芯片,先得到音频信号电压的真有效值。 再用A/D转换器采样该有效值,直接用单片机计算平均功率(原理框图如图7所示),软件工

作量小,精度高,速度快。

1、D类放大器的工作原理

一般的脉宽调制D类功

输入信号;(b)为锯齿波与输入信号进行比较的波形;(c)为调制器输出的脉冲(调宽脉冲);(d) 为功率放大器放大后的调宽脉冲;(e)为低通滤波后的放大信号。

图8 D类放大器的工作原理

图9 D类放大器的工作波形示意图

2、D类功放各部分电路分析与计算

(1)脉宽调制器

①三角波产生电路。该电路我们采用满幅运放TLC4502及高速精密电压比较器LM311 来实现(电路如图10所示)。TLC4502不仅具有较宽的频带,而且可以在较低的电压下满幅 输出,既保证能产生线性良好的三角波,而且可达到发挥部分对功放在低电压下正常工作的 要求。

载波频率的选定既要考虑抽样定理,又要考虑电路的实现,选择150 kHz的载波,使用 四阶BultterworthLC滤波器,输出端对载频的衰减大于60dB,能满足题目的要求,所以我 们选用载波频率为150 kHz。

电路参数的计算:在5V单电源供电下,我们将运放5脚和比较器3脚的电位用R8调整 为2.5 V,同时设定输出的对称三角波幅度为1 V(Vp-p=2V)。若选定R10为100 kΩ,并忽略 比较器高电平时R11上的压降,则R9的求解过程如下:

Ωk,RR405.210011005.2590===

.

取R9为39 kΩ。

图10 三角波产生电路

选定工作频率为f=150 kHz,并设定R7+R6=20kΩ,则电容C3的计算过程如下:

对电容的恒流充电或放电电流为

67675.25.25RRRRI+

=

+

.

=

则电容两端最大电压值为

()1674045.2114TRRCIdtCVTC+

=∫=

其中T1为半周期,T1=T/2=1/2。Vfc4的最大值为2V,则

()fRRC215.22674+

=

()pFfRRC3.20810150410205.245.233674≈

××××=

+

=

取C4=220 pF,R7=10kΩ,R6采用20 kΩ可调电位器。使振荡频率在150 kHz左右有 较大的调整范围。

f

图11 比较器电路

②比较器。选用LM311精密、高速比较器,电路如图11所示,因供电为5V单电源,

为给V+=V-提供2.5V的静态电位,取R12=R15,R13=R14,4个电阻均取10 kΩ。由于三 角波Vp-p=2V,所以要求音频信号的Vp-p不能大于2V,否则会使功放产生失真。

⑵ 前置放大器电路

如图12所示。设置前置放大器,可使整个功放的增益从1~20连续可调,而且也保证 了比较器的比较精度。当功放输出的最大不失真功率为1W时,其8Ω上的电压Vp-p=8V,此

时送给比较器音频信号的Vp-p值应为2V,则功放的最大增益约为4(实际上,功放的最大不

失真功率要略大于1W,其电压增益要略大于4)。因此必须对输入的音频信号进行前置放大, 其增益应大于5。

前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放TLC4502,组成增益可调的同相宽带放大器。选择同 相放大器的目的是容易实现输入电阻Ri≥10kΩ的要求。同时,采用满幅运放可在降低电源 电压时仍能正常放大,取V+=Vcc/2=2.5V,要求输入电阻Ri大于10kΩ,故取R1=R2=51kΩ, 则Ri=51/2=25.5kΩ,反馈电阻采用电位器R4,取R4=20kΩ,反相端电阻R3取2.4kΩ,则前

3.9≈

调整R4使其

考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值Vom<2.5V,取V

的音频最大幅度Vim<(Vom/Av)=2/8=250mV。超过此幅度则输出会产生削波失真。 ⑶ 驱动电路

如图13所示。

器并联运用以获得较大的电流输出,送给由晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱

动的输出管,保证了快速驱动。驱动电路晶体三极管选用2SC8050和2SA8550对管。 ⑷ H桥互补对称输出电路 对VMOSFET的要求是导通电阻小,开关速度快,开启电

小。因输出功率稍大于1W,属小功率输出,可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快 速驱动的对管,IRFD120和IRFD9120 VMOS对管的参数能够满足上述要求,故采用之。实 际电路如图14所示。互补PWM开关驱动信号交替开启Q5和Q8或Q6和Q7,分别经两个4阶

Butterworth滤波器滤波后推动喇叭工作。

路采用4阶Butterworth低通滤波器(如图

频率≥20 kHz,在通频带内特性基本平坦。

采用了电子工作台(EWB)软件进行仿真,从而

=47μH,C1=l.68μH,C2=1μH。19.95 kHz处下降2.464 dB,可保证20 kHz的上限频率,

且通带内曲线基本平坦;100 kHz、150 kHz处分别下降48 dB、62 dB,完全达到要求。

3

电路要求增益

示。由于对这部分电路的电源电压不加限制,可不必采用价格较贵的满幅运放。由于功放的 带负载能力很强,故对变换电路的输入阻抗要求不高,选Rl=R2=R3=R4=20kΩ。其增益为 Av=R3/R1=20/20=1,其上限频率远超过20 kHz的指标要求。

4

⑴ 真有效值转换器

高于0.5%。

图16 真有效值转换电路

成。

经AD637进行有效值变换后的模拟电压信号送A/D转换器AD574,由89C51控制 AD574进行模/数转换,并对转换结果进

EPM7128完成地址译码和各种控制信号的产生,62256用于存储数据的处理。

键盘显示电路用于调试过程中的参数校准输入,主要由显示接口芯片8279,4×4键盘 及8位数码管显示部分构成。

⑶ 软件设计 本系统用软件设计了特殊功能键,通过对键盘的简单操作,便可实现功 率放大器输出功率的直接显示(以十进制数显示

%。

本系统软件采用结构化程序设计方法,功能模块各自独立。软件主体流程图如图17所 示。

系统初始化:加电后完成系统硬件和系统变量的初始化。其中包括变量设置、标志位设 定、置

等待功能键输入:由键盘输入命令和校准参数。

控制测量:由单片机读取所设定的数值,进行数据的处理。

显示测量结果:AT89C51控制8279显示接口芯片

数码管显示测量的输出功率。

5

图17 软件主体流程图

电路如图18所示。0.1Ω

接,对0.1Ω电阻上

器完成,选用的运放是NE5532。R6与R7调整为11 kΩ,则该放大器的电压放大倍数为 5156070≈==RAv

,比较器的“-”端电

成,比较器接成迟滞比较方式,一旦过载,即可锁定状态。

正常工作时,通过0.1Ω上的最大电流幅度Im=5/(8+0.1)=0.62A,0.1Ω上的最大压降为 62mV。经放大后输出的电压幅值为Vim×Av=62×51≈3.2V,检波后

此时比较器输出低电平,Q1截止,继电器不吸合,处于常闭状态,5V电源通过常闭触点送 给功放。一旦8Ω负载端短路或输出过流,0.1Ω上电流、电压增大,经过电压放大、峰值检 波后,大于比较器反相端电压(5.1V),则比较器翻转为高电平并自锁,Q1导通,继电器吸合, 切断功放5V电源,使功放得到保护。要解除保护状态,需关断保护电路电源。

为了防止开机瞬间比较器自锁,增加了开机延时电路,由R11、C3、D2、D3组成。D2的 作用是保证关机后C3上的电压能快速放掉,以保证再开机时C3的起始电压为零。

6、音量显示电路

音量显示电路由专用集成块TA7666P实现,通过多个发光二极管来直观指示

小,电路如图19所

1、测试使用的仪器

E51/L仿真机 VC

WD990电源 日立V-1065A100MHz示波

SGl643型信号发生器 JH811晶体管毫伏表

PC机,PⅢ1000,128M内存

2、测试数据

⑴ 大不

⑶ 效率的测量 测试数据如下表所示:

⑵ 通频带的测量 测试数据如下表所示

由表看出通频带BW0.7≈fH≈20 kHz,满足发挥部分的指标要求。

⑷ 测量输出功率200mW时的最低电源电

⑹ 低频噪声电压的测量 噪声电压=8.1mV,满足≤10mV的指标要求。

⑺ 功率测量显示电路性能测试 用公式Po=瑶/8计算

电路及

态总电流约为3050

H桥的互补激励脉冲达不到理想同步,也会产生功率损耗。

c.4个电感的直

五、进一

1、尽量设法

2、尽量减小

并对误差进行计算.计算结果测量误差小于4.5%。

、测量结果分析

①功放的效率和最大不失真输出功率与理论值还有一定差别,其原因有以下几个方面: a.功放部分电路存在的静态损耗,包括PWM调制器、音频前置放大电路、输出驱动

六、结束语

对于本系统设计,有些指标还有待于进一步提高。例如,在功放效率、最

功率等方面还有较大的潜力可挖,这些都有待于我们

择来进一步完善。

范文二:音频功率放大器的设计 投稿:阎幰幱

虚拟仪器课程设计

题目:基于LabVIEW的音频功率放大器的设计

院(系、部):班 级:姓 名:学 号:指 导 教 师: 电控学院 测控07-1班 孙雪峰 0705070120 李雅梅

辽宁工程技术大学

课 程 设 计 成 绩 评 定 表

摘 要

虚拟仪器是80年代末出现的新的仪器概念,它是计算机技术、测量仪器技术和软件技术的高速发展共同孕育出的一项革命性新技术。虚拟仪器的出现,彻底改变了传统的仪器观,开辟了测量测试技术的新纪元。本文介绍了将虚拟仪器技术引入到音频分析仪器的设计,采用LabVIEW编写程序。通过测试典型的音频放大器,检测虚拟式音频放大器测试的实用效果,测量音频信号的电压与频率、时域幅值分析、频域分析、失真分析和信噪比等。

关键词:LabVIEW 音频放大器 时域分析 信噪比

文 献 综 述

数码音频系统是通过将声波波形转换成一连串的二进制数据来再现原始声音的,实现这个步骤使用的设备是模/数转换器(A/D)它以每秒上万次的速率对声波进行功率放大,每一次都记录下了原始模拟声波在某一时刻的状态,称之为样本。将一串的样本连接起来,就可以描述一段声波了,把每一秒钟所采样的数目称为采样频率或采率,单位为HZ(赫兹)。采样频率越高所能描述的声波频率就越高。采样率决定数码相机的音频进而对此信号进行功率放大。控制电压的频率在音频的范围内(20Hz~20kHz),可以采用常用的音频功率放大器。为了准确的进行数码相机的声放大,要对所选用的音频放大器的输入/输出关系、饱和电压、信噪比、失真度等参数进行测试。

进行比较完整的音频测试分析需要购置各种价格昂贵的专用仪器,如低失真音频信号源、频谱分析仪、示波器、失真度测量仪等,而且需要整合成整套的音频测试系统,这对于一般的实验室而言存在较大的困难。此外,传统仪器不具备频率响应特性分析等图形界面的分析功能,数据的存储和打印功能比较弱。

随着现代电子技术、微处理器以及个人计算机的不断发展,虚拟仪器的兴起给功率放大器性能的研究分析提供了新的途径。本文在研究音频分析基本原理和主要内容的基础上,提出了将虚拟仪器技术引入功率放大器测试与分析系统的设计开发的思想。

1 音频分析原理

音频功率放大器工作原理图

1.1 连续信号的采样

在以计算机为中心的测试系统中,模拟信号x(t)进入数字计算机前先经过数据采集卡(DAQ)中的采样器将连续时间信号变为离散时间信号,成为采样信号x(n)而后再经A/D转换器在幅值上量化变为离散的数字信号。若连续时间信号x(t)被数据采集卡中的采样器以等时间间隔T采样,则采样时刻0,T,2T…所取得信号 x(t)的瞬时值,构成了连续信号 x(t)的离散时间序x(n)。

1.2 采样信号的FFT变换(傅立叶变换)[3]

周期信号可以利用周期函数 x(t)表示 任何一个周期为T 的周期函数 x(t)如果在[-T /2,T /2]上满足Dirichlet条件则可以展开为如下傅利叶级数,如式(1),

(1)

其中,a0为直流分量, an为余弦分量的幅值,bn为正弦分量的幅值,An为各频率分量的幅值,φn为各频率分量的相位,ω为角频率。

1.3 正弦信号检测

正弦信号是最简单的周期信号,其最大的特点是只有单一频率的频谱分量。在音频分析中,正弦信号又称为单音信号。将特定的单音信号输入待测得音频设备,通过检测设备的输出信号就可以了解在该频率的失真情况。将频率在20-20kHz之间的若干个单音信号依次输入音频放大器,分别测量各输出信号的情况,可以做出相对应的谐波失真曲线,频率响应等。

2 基本参数的测量

本次测试的项目包括:

(1)不同频率下放大器的放大系数A及饱和电压Vd。测试的方法为在频率一定的情况下,逐渐增大输入正弦信号的峰-峰值,记录相对应的输出信号峰-峰值并观察波形,一直增大输入电压直至输出信号波形出现失真,记录此时的输入、输出峰-峰值并计算放大系数。

(2)放大器的通频带。测试的方法为在输入信号幅值一定的情况下,改变其频率,观察输出信号的幅值,在其下降至半功率点时,记录上、下限频率fhigh和flow,则放大器的通频带为:F=fhigh-flow。

(3)谐波失真分析。由于输入信号为正弦波,则式(1)中an=0;输入的正弦波其直流分量设定为0,即a0=0。且正弦波在理想状态下只包含基频分量,则输入信号和输出信号的表达式分别如式(2),(3):

(2)

其中A为放大系数。

(3)

但是,由于放大器的非线性失真、噪声等因素,输出信号会叠加上其他频率的信号。则谐波失真可用失真度来表示[1],如式(4)

(4)

其中,b1是信号基频分量的幅值;

bi(2≤i≤N)是信号各次谐波分量的幅值; bn是噪声幅值;DISTN为失真度。 (4)信噪比计算。

本系统采用电压进行信噪比的计算,如式(5)所示:

(5)

其中,Vs表示输出的信号电压幅值,Vn表示输出的噪声电压幅值。由于在输出的信号中,分离出有用信号和噪声信号不易实现,所以在现实的测量中,用输出的总电压值代替有用信号电压值。

3 框图和原理

3.1 测试系统简介

图1 系统结构框图

如图1所示,本测试采用美国国家仪器公司生产的多功能数据采集卡PCI-6024E,该数据采集卡的功能包括:16路模拟输入通道,采样率为100kSa/s,精度为12位;2路模拟输出通道,每通道更新率为100kSa/s,精度为12位;8个数字I/O口;2个24位定时/计数器。

图2 信号发生模块前面板

软件设计采用NI公司的图形化编程语言LabVIEW 7.0。设计中,将系统分为5个模块:信号发生模块,信号采集模块,计算模块,分析与显示模块,数据存储模块。

3.2 各功能模块简介

3.2.1 信号发生模块

信号发生模块的作用是产生频率、相位、幅值、直流偏置及信号类型均可调的信号。产生的波形由PCI-6024E的模拟通道输出,作为音频放大器的输入信号。其前面板如图2所示。

3.2.2 信号采集模块

信号采集的过程为:

(1)定义通道:由于共需采集两路信号,所以使用了数据采集卡中的模拟输入通道0和通道1;

(2)采集参数设定:需要设定的参数包括缓存区的大小以及采样率。为简化设计并最大限度地利用数据采集卡的功能,采样率的设定为100kSa/s。缓存区的作用是在高频信号测量时,计算机并不将所有的信号都进行计算、显示等一系列的操作,而是将一部份信号放入缓存区内,用以满足计算的需要但不用来显示,这样可以提高计算机处理的效率。

(3)信号采样:在虚拟仪器软件中有专门的子VI完成其功能。

(4)读入信号:将采样后的离散信号存入计算机内存中,可以对该波形进行显示、计算等操作。

3.2.3 计算模块

计算模块中分别包括FFT Spectrum、Extract Single Tone Information 及Harm Analyze三个子VI。此外,由于LabVIEW中没有信噪比测量的子VI,还需使用公式节点计算信噪比。计算模块的源代码如图3 所示。

3.2.4 分析与显示模块

该模块的功能是将测试项目的结果以及数据采集卡所采集到的波形、经过傅立叶变换后的频谱图直观地在计算机屏幕上进行显示,如图4、图5所示。

图3 计算机模块源代码

图4 测量参数的显示的前面板

图5 测量参数的显示的后面板

4 测试数据

系统所测试的放大电路是一个由集成运放与晶体管组成的OCL功率放大器。

4.1 输入/输出关系测试

保持正弦波1kHz和10kHz的输入频率不变,改变输入幅值,测量输入与输出,得到的数据如表1所示:

表1输入信号与输出信号的关系

根据表1中的数据,绘制输入输出关系曲线,如图6、图7所示:

输入信号幅值/mv图7 10KHZ时输入与输出曲线

对图6中曲线进行回归分析,得到放大器输入/输出关系式为:Vo=5.716Vi+84.333 (mV)

对图7中曲线进行回归分析,得到放大器输入/输出关系式为:Vo=5.7497Vi+83.331 (mV)

由以上两式可以得出放大器在线性工作区的放大系数A约为5.7×2=11.4;两式中均体现输出信号中包含了84mV左右的直流偏移。

4. 2 失真度测试数据

保持输入信号频率为1kHz,改变输入信号的幅值,测量的失真度如表2所示:

表2 失真度测试数据

由表2可以看出,该音频信号放大器的失真度当输入信号为50mv以上时,基本上保持在1%以内,满足对失真度的要求。20mV和30mV时失真度比较大的原因是输入信号的幅度比较小,噪声的影响比较大。

4. 3 信噪比测试数据

保持输入信号频率为1kHz,改变输入信号的幅值,测量的信噪比数据如表3所示:

表3 信噪比测试数据

由表3可以看出,待测放大器的信噪比在输入信号频率为1kHz时为63dB左右,由于该放大器为手工焊制,对于信号间相互干扰的屏蔽措施不足是造成信噪比低的一个主要原因。

4. 4 通频带测试

当输出电平在某个低频点下降了3dB,则该点为下限频率,同样在某个高频点处下降了3dB,则定为上限频率。由于PCI-6024E的采样率最大值为100kSa/s,无法实现上限频率的测量。在此使用了英国PICO公司生产的虚拟示波器,其采样频率最大值为5MHz,可以

实现音频放大器上限频率的测量。分别在200 mv、400mv、800mv、1200mv输入幅值一定的情况下,测试放大器的3dB带宽数据如表4所示:

表4 截止频率测试数据

输入幅下限频上限频率值/mV 率/Hz /kHz 200 19.24 348.1 400 18.58 408.7 800 17.05 407.2 1200

15.47

334.4

结论

(1)实验中测试软件采用LabVIEW编写,利用其丰富的测试函数配合数据采集卡缩短了开发时间,实现了对功率放大器信号频率、振幅、放大系数、谐波失真、截止频率、信噪比等参数的测试与分析。

(2)音频放大器的上限频率在本次测量中受数据采集卡的采样频率限制,使用了其他仪器完成测量。新式的数据采集卡其采样频率完全可以胜任音频放大器上限频率测量的要求,且价格更加低

体会与展望

通过本次设计我更加加深了对虚拟仪器知识的学习和编程的方法,在设计中我认真的翻阅了虚拟仪器课本,并在图书馆查阅各种书刊。掌握了一些虚拟仪器系统软件(Labview等)的设计方法,在一定程度上提高计算机技术综合应用的能力。同时理解了利用虚拟仪器知识编写音频功率放大器的原理,在一定程度上提高了我对各种知识的认识和掌握!

在本设计中,我非常的感谢初老师的认真指导,同时我也学到了很多课堂上学不到的知识。增强了自己的动手实践能力!为以后的学习和设计奠定了基础!

参考文献

[1]王晓峰. 基于虚拟仪器结构的虚拟式音频分析仪设计[D].重庆大学,2002

[2]姚天任,江太辉. 数字信号处理(第二版)[M].武汉:华中理工大学出版社,2000,29-32

[3]汪小平,杨维翰,王绍兰.LabVIEW 虚拟仪器实现的频率跟踪技术[J].自动化与仪表,2000,15(2):65-67

[4]朱余清,吴伟斌,洪添胜等.基于虚拟仪器技术的发动机测功系统[J].广西大学学报(自然科学版),2004,19(4):310-314

范文三:音频功率放大器的设计 投稿:石籶籷

题目: 音频放大器的设计

摘要 :本文主要介绍音频放大电路的设计与调试。音频放大电路主要包括三部分:稳定的直流电压源,信号发生器以及带有滤波器的功率放大电路。完成将输入为(5-10)mV的小信号、在负载为8欧的情况下得到功率为(1-3)W。同时该系统还实现了滤波特性,自制直流电源等实用功能。通过软件Multisim完成基本的电路原理图并进行防真和调试,使其满足基本设计要求。在构建好电路的每一个环节后要对音频放大电路的每一部份进行仿真分析。

关键词:功率放大电路,稳压直流电源 音频放大电路

目 录

第一章绪论…………………………………………………………………4

1.1 本次设计的主要的…………………………………………………………………4

1.2 功率放大器的发展程………………………………………………………………4

1.3 音频功率放大电路的类……………………………………………………………6

第二章 系统设计…………………………………………………………………7

2.1 设计要求 …………………………………………………………………………7

2.1.1基本要求 ……………………………………………………………………7

2.1.2发挥部分……………………………………………………………………7

2.2 设计思想…………………………………………………………………………8

2.3系统设计组成 …………………………………………………………………9

第三章 单元电路设计与仿真 ……………………………………10

3.1功率放大电路的选择设计 …………………………………………………10

3.2滤波器设计 ……………………………………………………………………11

3.3带有滤波器的功率放大电路设计与仿真 ……………………………………13

3.4直流稳压电源的选择设计与仿真 ……………………………………………16

3.5 信号发生器的选择设计与仿真 ……………………………………………18

结论 ………………………………………………………………………21 主要参考文献 ……………………………………………………………21 附录………………………………………………………………………………21

第一章 绪论

1.1 本次设计的主要目的

随着科学技术的飞速发展,人类进入高速发达的商品社会,市场里各种电子商品琳琅满目,给生活带来极大的方便。但是不少非常实用的电子制品成果,或者受到多方面因素的制约,或者时机尚未成熟,往往很难转化为商品。然而,如果我们能够亲自动手制作,不仅可以使自己的创意得以实现,还能丰富生活,体味乐趣,更重要的是通过制作,有利于我们掌握电子制作技术的技能,激发创造性。

音频功率放大器是音响系统中的关键部分,其作用是将传声元器件获得的微弱信号放大到足够的强度去推动放声系统中的扬声器或其他电声元器件,使原声响重现。

1.2 功率放大器的发展过程

1.2.1早期的晶体管功放

半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管,人们就开始用它制造功率放大器。

早期的放大器几乎全用锗管来制作,但由于锗管工艺上的一些原因,使得放大器中所用的晶体管,尤其是功放管性能指标不易做得很高,例如,共发射极截止频率fh的典型值为4kHz,大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样,放大器的频率响应也就很狭窄,其3dB截止频率通常在10kHz左右,大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约,制作较大功率的 OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管于,所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难,谐波失真得不到充分的抑制,因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。

随着半导体工艺的逐渐成熟,大电流、高耐压的晶体管品种日益增加,越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的 OCL电路或 OTL电路。 最初的大功率PNP管是锗管,而 NPN管是硅管,两者的特性差别非常显著,电路的对称性很差,人们更多采用的是图二所示的准互补电路,通过小功率硅管 Q1与一只大功率的 NPN硅管 Q2复合,得到一只极性与PNP管类似的大功率管,降低了电路因对称性差而招至的失真。

到了六十年代末,大功率的 PNP硅管商品化的时候,互补对称电路才得到广泛的应用。元器件的进步使晶体管功率放大器的技术指标产生了质的飞跃,在主观音质评价方面,

也改变了过去人们对晶体管功放的看法,无论是在厅堂扩音、电台节目制作还是家庭重放,晶体管功放都被大量地采用,首次在数量上以压倒性的优势超过了电子管功放。在商品化的晶体管扩音机中,相继出现了一些摧琛夺目的名机,如 JBL的 SA600, Marantz互补对称电路MOdel15等等。

尽管电子管的拥护者仍大量存在,人们毕竟能够比较公正地看待晶体管放大器了,认为晶体管机频响宽阔,层次细腻,与电子管机比较起来有一种独特的舱力,而不是简单的谁取代谁的问题。

瞬态互调失真的提出是认识上的一次飞跃七十年代,功率放大器的发展史中出现了一件最引人注目的事情,这就是瞬态互调失真 (Transient lntermodulation)及其测量方法的提出。1963年,芬兰 Helvar工厂的一名工程师在制作一台晶体管扩音机时,由于接线失误,使电路的负反馈量减少了,后来却意外地发现负反馈量减少后的音质非常好,客观技术指标较差,而更正错误以后的线路尽管技术指标提高了,音质反而比误接时明显下降。

这一现象引起了当时同一工厂的Mr.Otala的重视,之后,他对此进行了悉心研究,于1970年首先发表丁关于晶体管功率放大器瞬态互调失真(TIM)的论文。至 197年,Otala博士及其研究小组就 TIM失真理论发表的论文已经超过20篇,引起了电声界准互补电路人士的广泛反响。

1.2.2 功放的发展方向—数字放大器、无线功率放大器

(1)数字放大器

功率放大器通常根据其工作状态分为五类。即A类、AB类、B类、C类、D类。在音频功放领域中,前四类均可直接采用模拟音频信号直接输入,放大后将此信号用以推动扬声器发声。D类放大器比较特殊,它只有两种状态,不是通就是断。因此,它不能直接输入模拟音频信号,而是需要某种变换后再放大。人们把此种具有"开关"方式的放大,称为"数字放大器"。

1998年10月天奥公司首次将拥有自主知识产权的数字音频功放在《第四届国产音响器材大展》亮相,引起了国外和舆论界强烈的凡响,也向国人展示了我们的高薪技术产品。

同年,美国TACT audio公司也发表了数字功放。2000年4月14日第八届上海国际音响影视展览会上,天奥公司和美国TACT audio二公司展出的全数字音频功放成为本次大展技术创新的二个亮点。国外这几家公司研制的数字功放价格均在一万美元以上,远远超过了普通大众的承受能力,因此,从世界水平来看,现有功放仍停留在模拟放大的水平上,而数

字功放技术尚未大规模商业应用。

国内市场也开始出现AV数码功放,但所谓的数字功放实质上仅仅是指音频处理,分别采用了数字处理,其功率放大器 则仍然采用模拟放大,这与真正意义的数字功放相差甚远。音响产品的数字化是必然趋势。由于数字功放有很多优点,如体积小、功率大、 高、与数字音源的无缝结合、能有效降低信号间传递干扰、实现高保真等。在数字音源已经大量普及的时代,数字功放将会取代现有的模拟功放。

(2)无线功率放大器

市场研究公司In-Stat/MDR最近发表的报告指出,无线功率放大器(cellular power amplifier)市场将在未来几年里保持相对平稳,但出货量显著低于前几年的水平

In-Stat/MDR预测,2003年无线功率放大器出货量估计为200多万个,而2007年则将降至190万个。“无线功率放大器的短期前景看来并不太好,但长期来看,则可能出现一些令人振奋的迹象。”In-Stat/MDR的首席分析师Allen Nogee表示。“总体来看,显然,W-CDMA功率放大器的增长前景最好,但是,有些障碍必须克服。”2007年W-CDMA功率放大器销售额将超过6.4亿美元,而几年前还是一片空白。 In-Stat/MDR还在其报告中指出,GSM功率放大器仍将最受欢迎,在预测期内占总体无线功率放大器销售额的比例将超过60%。 2003年功率放大器销售额预计仅略高于30亿美元,到2007年将降至不足28亿美元。由于全球各地的运营商继续由PDC和TDMA技术转向其它技术,明年PDC和TDMA功率放大器将会消失。尽管这两种技术仍将使用许多年,但现有网络的扩张速度将放慢。

总的看来,功率放大器的发展前景有着不可估量的潜力。它的发展将使人类的生活水平得到更高的提高,数字放大器和无线功率放大器快速发展使得全世间的科学技术迈向另一个新的台阶。

1.3音频功率放大电路的分类

现在的音频功率放大器主要有电子管式功率放大器、晶体管式功率放大器和集成电路功率放大器等三种。目前,以晶体管或集成电路式功率放大器为主。电子管式功率放大器的生产工艺相当成熟,产品的稳定性很高,离散度极小。它的动态范围比较大,过负载能力强,不容易发生饱和削波失真;电路的负反馈深度较浅,也不容易发生瞬态互调失真。这些使电子管功放音色纯美动听。集成电路功放随着集成电路技术的发展而大量涌现出来,它的突出优点是体积小、电路简单、性能优越和保护功能齐

全等。晶体管功放是应用最广泛的形式,它的谐波失真已经减少到0.5‰以下。场效应管是一种很有潜力的功率放大器件,它是一种噪音小、动态范围大的电压控制器件。另外它还具有负温度特性,音色和电子管机相似,保护电路简单。

第二章 系统设计

2.1 设计要求

2.1.1基本要求

(1)在放大通道的正弦信号输入电压幅度为(5~10)mV,等效负载电阻RL为8Ω下,放大通道应满足:

① 额定输出功率POR≥2W;

② 带宽BW≥(50~10000)Hz;

③ 在POR下和BW内的非线性失真系数≤3%;

④ 在POR下的效率≥55%;

⑤ 在前置放大级输入端交流短接到地时,RL=8Ω上的交流声功率≤10mW。

(2)自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。

2.1.2 发挥部分

(1)稳压电源 在输入电压220V、50HZ、电压变化范围+15%-20%条件下: a.输出电压可调范围为0±5V; b.最大输出电流为0.1A;

c.电压调整率≤0.2%;

d.负载调整率≤1%;

e.纹波电压≤5mV; f.效率≥40%;

g.有过流及短路保护功能.

(2)波形发生器

a. 具有产生正弦波的功能

b. 输出波形的频率范围为10Hz-20Hz

c. 输出波形幅度范围0-5V

(3)滤波器设计

a. 10Hz-20Hz的带通滤波,增益为一

b. 50Hz干扰抑制

2.2 设计思想

输入为(5-10)mV,额定输出功率POR=2W时,在RL=8Ω上的正弦输出电压幅值为

Vom=√2×POR×RL=√2×2×8=5.65V

假设输入正弦波幅值为最小值5mA时,则整个放大器的电压增益为

Av=20lg Vom/Vi=20 lg 5.65/5×0.001=24dB

指标中要求放大器的带宽BW≥50Hz-10k Hz,对50Hz的低频响应就要求各级的输入耦合电容和输出电容足够大,特别是耦合到负载Rl=8Ω的电容Cl要求很大。Cl可以按如下关系估算

1/ωCl<

所以,Cl>>1/ωRl=1/2×п×50×8=397.89μF。为满足耦合要求,Cl应大于 1/ωRl值的50倍,即Cl=19894.5μF。这样大的电容是无法选用的,只能采用没有输出电容Cl的OCL电路。着就要求稳压电源为双输出电源。指标中的非线性失真系数γ≤30‰和效率η≥550‰是有联系的。非线性失真小,末级功放就要工作在甲乙类,这时就必然使效率降低,故两者必须兼顾。

因此该功率放大电路主要由两部分组成,即前置放大器和OCL功率放大。用下图表示为:

信号源→前置放大器→功率放大器→负载

目前有大量高性能的集成运放和专用前置低频放大器的集成电路,因此前置放大级采用集成运放来设计。采用集成运放设计时,必须选用满足指标要求的集成运放芯片。其要求主要是带宽、增益、转换速率、噪声、电流等指标,而电压增益指标通常总是可以实现的。集成运放构成前置放大电路时,为提高其输入电阻和共摸抑制性能,减少输出噪声,必须采用相同放大电路结构。

OCL放大器的基本原理就是利用两只处于乙类工作状态的异型三级管的互补对称性,使其轮番工作。设计乙类功率放大器时,一般的技术要求为最大输出功率PLM、负载电阻RL、工作温度范围、频带等。

(1)计算两管应输出的最大信号功率POM

要求送到负载的输出功率为PLM,考虑到功率放大输出电路的损耗并留有适当的余量,则

POM=(1+25%)PLM

(2)计算每支三级管最大集电极功耗

理想情况下,PCM1=0.25POM,但实际设计上必须考虑留有一定安全因数,取 PCM1=0.25POM (每管)

(3)选择三级管

如果电源电压VCC已经给定,则按以下要求来选择三极管。 PCM ≥PCM1=0.25POM

VCEO ≥2VCC

VCEO≥ VCC

0.7ICM≥ Icm=2POM/VCC

2.3 系统设计组成

本次设计共由滤波器、功率放大器、自制直流电源和波形发生器四部分组成。这四个部分相互影响,相互制约,因此设计时要兼顾考虑,才设计出最佳方案。以下是低频功率放大器设计方案的组成框图。

第三章 单元电路设计

3.1功率放大电路的设计

功放设计主要指功放的前置级设计和输出级设计两部分。

前置级设计它可以有两种途径:

1 我们要求的电压放大倍数大约是500到1000,用直接耦合电路很难实现,我们可以通过阻容耦合放大电路来实现。因为使用阻容耦合放大倍数各级不相互影响,所以很容易得到很大放大倍数。

2 采用集成运算放大器来实现高增益。因为集成运放的放大倍数一般在100000以上,所以满足放大倍数很简单。而且集成运放的的低频特性很好,所以我们可以通过查有关参数来满足低频特性。但是本实验中对于带宽和增益都有严格的要求,而带宽

和增益是成反比的,也就是说带宽越大增益越小。二者是矛盾的。但可以通过以下的方案解决。

⑴ 我们可以选择增益带宽积很大的管子。这样便可以满足增益和带宽两者的要求。 ⑵ 我们可以通过选用两个运放来是实现要求。一个运放是用来满足增益的要求,另外一个是满足带宽的要求。

功率放大电路:

上图即为典型的功率放大电路。通过集成运算放大器OP07和OCL来实现功率的放大。采用集成运放电路,前置级为一级可以大大降低设计的难度,并且可以较好的满足实验要求。但性价比较差。

放大电路输出级

本实验采用了OCL电路因为它具有以下的优点,失真系数小,相同条见下能承受的功率大,能量转化率高等一系列的优点。音频放大电路要求保证电路工作稳定,具有抑制零漂和能够向负载提供大功率的能力。因此本设计选用OCL电路。要保证电路的稳定,一者要选择好合适的静态工作点,二者要求直流电压源稳定。要要抑制零漂,需要在选择晶体管时特别注意,我们要求输出级两晶体管,要参数上对

3.2滤波器的设计

1. 采用低通-高通级联实现带通滤波器;

将带通滤波器的技术指标分成低通滤波器和高通滤波器两个独立的技术指标,分别设计出低通滤波器和高通滤波器,再级联即得带通滤波器。

图4

上图左边是一低通电路,右图是一高通电路低通

低通滤波器的技术指标为: fpH=10HZ,G=1;

高通滤波器的技术指标为: fsH=20KHZ,Q=1;

C110/fPH

二阶低通的元件参数计算:R

F

式(1)

2QC1o

2

C21/R2C1o

C10/fLH

二阶高通的元件参数计算:R2

F

式(2)

2

2QCo

2

R11/R2Co

二阶低通滤波器: C1=1 nF,C2=0.33nF,R1=6.2 KΩ+910Ω,R2=27 KΩ。 二阶高通滤波器:C1=C2=C=1Μf,R1=11KΩ+240Ω,R2=22.5 1KΩ

带通滤波器电路:

带通滤波频带分析:

滤除50HZ的带阻滤波器

以上就是有名的双T型滤波网络,它是带阻滤波器,图中I02点是输入信号处,

1o1是信号的输出处。通过它可以将50HZ噪声滤除。

范文四:音频功率放大器-高频课程设计 投稿:秦髹髺

音频功率放大器的设计任务书

1 设计指标

(1)直接耦合的功率放大器,额定输出功率10W,负载阻抗8Ω; (2)具有频响宽、保真度度、动态特性好及易于集成化; (3)采用分立元件设计;

(4)所设计的电路具有一定的抗干扰能力。

2 设计要求

(1)画出电路原理图; (2)确定元器件及元件参数; (3)进行电路模拟仿真;

(4) SCH文件生成与打印输出。

3 编写设计报告

写出设计的全过程,附上有关资料和图纸,4 答辩

在规定时间内,完成叙述并回答问题。

有心得体会。

音频功率放大器设计

摘要:这款功放采用了典型的OCL功放电路,为全互补对称式纯甲类DC结构,功放的每一级放大均工作于甲类状态。输入级和电压放大级采用线性较好的沃尔漫电路,差分管及电流推动管分别为很出名的K170、J74(可用K389、J109孪生对管对换)对管和K214、J77中功率MOS管,功率输出级为2SC5200和2SA1943大功率东芝管并联输出,功率强劲,驱动阻抗2Ω的喇叭也轻松自如,毫不费力。综合运用了我们前面所学的知识。设计完全符合要求。 关键字:沃尔漫电路 TIM 共源-共基电路 共射-共基电路

1 引言

在现代音响普及中,人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同,令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以,就高保真度功放而言,应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。

2 设计思路

甲类放大器作为一种最古老,效率最低,最耗电,最笨重,最耗资,失真最小的放大器它有吸引人的音质。甲类放大器输出电路

图1 前置放大电路框图

本身具有抵消奇次谐波失真,且甲类放大器管子始终工作在线性曲线内,晶体管自始自终处于导通状态。因此,不存在开关失真和交越失真等问题。甲类放大器始终保持大电流的工作状态。所以对猝发性声音瞬间升降能迅速反映。因而输出功率发生急剧变化时,电

源电流变化微乎其微。由这种强大的驱动者来推动扬声器就能轻而易举的获得高保真的重放效果。为了能得到好的音质,在设计时,我采用了前后级分离。前置低放和末级功放完全分离,甚至分开供电。电路的方框图如图1所示。

3 电路组态与频响的关系

经过一期的学习,我们学了各种放大电路及其组合形式。由于所选器件和组合形式的不同,不可避免地要造成诸如输入阻抗、频响、失真、信噪比等方面性能的指标差异,并且最终以音质方面的差异体现出来。 3.1 组态与频响的关系

选择电路时,我们希望其频响应尽量平坦宽阔,在整个音频范围内平衡度好。电路的转换速率和失真也相对低。通过第五章的学习,我们了解到晶体管Cbe、Ccb和Co的反馈或分流效应,造成输入、输出信号中的高频分量减少,其中以Ccb的影响最大。高频信号经该电容反馈主生的“密勒效应”,相当于在放大器输出端并接了一个容量等于Cm(密勒电容)的电容。Cm和Ccb的关系是:

Cm=(1+Kv)Ccb (1) 可以认为Cm是影响放大器高频响应的主要因素。而耦合电容的容抗主要影响放大器低频频响。这些因素与电路组态有关。 3.2 共射-共基差分的频响 3.2.1 共射-共基电路

通过学习我们知道共基放大器由于基极交流接地,集电极电容Ccb的反馈条件被破坏,Ccb转化为CO(共基接地时晶体管的输出电容)。其影响比Cm自然小得多,而集电极与发射极之间的寄生电容基电路有很好的高频响应。在音频放大电路中,共一般极小,管子内部反馈的影响也小得多。所以共基电路不单独作用,而是与共射或场效应管共源放大器直接耦合组成共射-共基或共源-共基放大器。共射-共基差分电路如图2所示。

这种放大器取两种放大器之长而避其短,不仅有很好的高频响应和较高的增益,而且使共射管有恒定的UCE。因T1有很高的输出阻抗,T3有很低的输入阻抗,所以T3可将T1的电流变化转化成电压的变化。如图2示,这就为T1提供了恒定的UCE。UCE恒定,可明显改善

C2240

T1的β值线性度,避免了上下半周放大量不一致而导致的失真。所以共射-共基电路

是一款性能优良的放大器。

3.2.2 共源-共基电路

众所周知,场效应管具有输入阻抗高,动态范围大,噪声系数小且与工作电流基本无关的特点。所以由场效应管和三极管组成的共源-共基差放电路在现代高保真

放大器中应用更为广泛。共源-共基差放电路3所示。 3.3 互补对称放大器的失真

互补对称放大器是用不同极性的放大器件(N型或P型)构成的高保真放大器中最常用的放大器。其结构有互补对称双管放大器和互补

对称差分放大器两种。信号由不同极性的器件分别放大后在其输出端合成。由于它们工作在对称放大状态,具有类似差分的特性抵消失真中的偶次谐波,获得较低的失真度。鉴于此,我在这里用了沃尔漫电路。形式如图4所示。

共射-共基电路有诸多优点,在信噪比方面的表现也不逊色。

1

4 功放

优化设计

4.1 DC化无大环路负反馈功放电路

为消除非线性失真和抑制零飘,一般晶体管功放的输出端与输入级之间加有大环路负反馈。

研究表明,由于功放输出端信号会因为晶体管极间电容的充电

过程而被延迟,使输出信号相位滞后于输入信号。加环路负反馈后产生TIM失真。虽然晶体管的极间电容很小,相移的影响主要表现在高频段。但对波形前沿很陡的音频信号仍然产生明显的影响。要避免TIM失真,减少电路相移量的方法为治本之策。

在功放电路中,输出级晶体管的极间电容最大,可达几百皮法上千皮法。若使反馈环路避开输出级,反馈信号的相移将会明显减少。TIM失真也可明显改善。于是设计时可将反馈信号的提取点移至电压驱动级的输出端,使输出级不介入环路负反馈(即所谓无大环路负反馈)。这样就缩短了反馈路经。使反馈信号的相移量尽可能小,同时又保留了负反馈给电路带来的好处。输出级介入反馈,还可以防止感性负载(即扬声器)反向感应电动势带入输入级,引起交叉调制失真。

5 综合分析

主电路部分如图5所示,音频信号经R1缓冲进入Q1和Q2组成的双差分输入电路。C1和R2对输入信号中的高频干扰起到旁路

图5 前置低放电路图

的作用。 R2作为输入电阻.Q1、T1,Q2、T2,Q3、T3和Q4、T4构成共射-共基电路(也称沃尔漫电路)这种电路最显著的特点是具有失真低、频响宽、增益高、线性好。R4、R6、RP1、R7、R9构成分压电路给T1、T2、T3、T4的基极提供 12V基极偏压。这

样,Q1~Q4四只结型场效应管的漏极工作电压只有11.3V(12-0.7)

左右,保证了结型场效应管安全可靠地工作,这是因为结型 场效应管的工作电压较低,不能直接工作在较高的电压下。RP1(兼作输出级输出中点电位的调节)为输入电路静态电流的调节电阻,设计时输入级静态电流设定在1.4mA左右。这样,R3、R8上产生2.1V压降作为下一级电路的偏置电压。

电压放大级同样是由T5、T6、T7、T8构成共射—共基电路。D1、R16、D2为T6、T8的基极供基准工作电压。调节RP3将该级的电流设定在4.8mA左右,R36上电压降为1.45V。正负半周的信号经T9 T13共射放大电路后由其集电极进入T10、 T12组成的共基电路,并从两 管的集电极输出,经R37、R38缓冲送入Q5、Q6组成的末级电路。T7、 R17、 D3 、RP3 构成恒压电路,调节RP3可以改变Q5, Q6两管栅极电位差,从而改变末级静态工作电流。C6、C7及输入级的C2、C3为高频退耦电容,减少了电源的调频内阻过大引起自激的可能。关于末级管Q5、Q6电流到底设计在多大,以前有人作过探讨,结论是静态电流大于80mA后,胆味才更浓郁。为了获得10W左右的功率,本设计中将Q5、Q6的静态电流设计在80mA左右。如果想得到更大一点的功率,我们可以改变末级功放的电源电压,把场效应管的漏极电流调到100mA左右。这样,不仅有大的功率,而且有胆机的味道。场效应管属电压控制器件,栅极输入阻抗高,静态电流调大时,会产生寄生振荡,解决的办法是在Q5、Q6的栅—漏之间并联C10、C9来消除。R18、R21为末级管的源级电阻,当该级电流为100mA时,其上的压降为2V左右。

R11、R12、R13、C4、C5组成电压反馈网络,这种反馈的特点是:通频带、转换速率等指标最优(在该电路中)。R11、R13将整机的闭环电压放大倍数定在10倍左右,这也是前级电路常规的放大倍数设定方法。至于相位补偿电容C5的使用,有一个原则是能小则小,能不用则不用。C5的使用影响整机的转换速率,使整机的动态变软(C5在这里可以不用,不会产生自激)。电路特点:静态下没有噪音,噪声系数低,背景干净,动态范围大,电路简单

且易于集成,稳定性高。音频放大电路中均采用了高音频专用管,使整机提高了信噪比。提高了转换速率且减少开关失真。推动管采用了2SK214和2SJ77并将推动管的工作点调至最佳工作状态。

有了优秀的功放电路,还得选择优质的元件来组装。功放的音质帮能有保证。正所谓“宝马配金鞍”吧!胡乱地东拼西凑,忽略了对元件品质的要求,再优秀的线路相信也不一定能出靓声。本功放对各部分元件的品质要求较高。

总的来说,本机播放的音乐定位准确、平稳、乐器质感逼真、自然、动态范围宽,瞬态响应讯速灵敏,干净利落。 5.1 音源切换电路

音源切换电路如图6所示。采用小型继电器,最大限度地缩短了小信号的传输路线,这也是中高当功放电路常用的形式。通过固定在面板上的五挡切换开关,控制五路继电器。所用继电器为直流通道12V,直流电阻

700欧左右。继电器的+12V电压由稳压电源正端取出经集成稳压

IC1(LM7812)稳压,供五路继电器和其它附属电路使用。

图7是一个音源选择开关,它可以固定在面板上。

电源电路

图8是该电路的电源电路。集成稳压电源7812为音源选择电路

提供12V电源。主电源部分为前置放大电路提供±31.5V的电压。 5.3 末级功放电路

下面介绍末级功放的设计要求。在设计末级功放时,我们可以

根据以下条件来选择。电源电压与晶体管的选择应根据:

VCC

=

(2)

来确定。为了留有裕量,实际电压值应比计算值高出3~5V。对输出管的要求:

β为40~80, fT≥20M, BRCEO>2VCC

ICM>VCC/RL (4)

PCM=2(0.05VCC2/RL)+VCCIC (5)

(3)

我们可以根据以上的公式来确定三极管的型号。如图9所示,这是二级推挽射极接地功放。 这个末级功放工作在甲类状态。三极管的型号已在图9中标明。表1所示是它的一些主要参数。当前面的低放管Q5、Q6的漏极电流≤±80mA时, 图9所示功放输出功率PO:

out

PO=2*0.7*8≈10W (6)

表1 末级功放管的主要参数表

甲类放大器作为一种最古老,效率最低,最耗电,最笨重,最耗资,失真最小的放大器,在当今众多性能优良的放大器中,它仍有吸引人的音质。

甲类放大器输出电路本身具有抵消奇次谐波失真,且甲类放大器管子始终工作在线性曲线内,晶体管自始自终处于导通状态。因此,不存在开关失真和交越失真等问题。甲类放大器始终保持大电流的工作状态。所以对猝发性声音瞬间升降能讯速反映。因而输出功率发生急剧变化时,电源电流变化微乎其微。由这种强大的驱动者来推动扬声器就能轻而易举的获得高保真的重放效果。 5.4 扬声器保护电路

扬声器保护电路如图10所示是一个三极管式正、负向直流电压检测电路。对其原理作简要说明。

T3为正向直流电压检测器,T1、T4为负向直流电压检测器。正常时,T3基极电位为0V,T1~T4均截止,K1的常闭触

点不动。当T3基极电位≥±0.7V时,T1的集电极电位约0.2V。T2饱和导通,K1吸合,断开扬声器起到保护作用。

IN

12V

1CP

图10 扬声器保护电路

参考文献

[1] 童诗白,华成英. 模拟电子技术基础.北京: 高等教育出版社, 1989 [2] 庾东兴.石机胆味的甲类功放. 无线电与电视, 2004,4. 37—42 [3] 金忠阳.降低放大器的瞬态互调失真. 无线电与电视,2001,11. 45 46 [4] 新编中国半导体器件数据手册.北京: 机械工业出版社出版,1992.8

716--816

[5] 吴文波. 高保真音响设计制作.北京: 电子工业出版社,2000,3

[6] 范志庆,45--47

操建华.高品质前级放大器的设计与制作. 无线电,

2002,5:

而成,顺绕、反绕均可。

out

图11 总电路图

L1为自制电感,由φ为1mm漆包线在铅笔上绕10匝左右脱胎

10

1

心得体会

通过为期两周的实习,我深刻体会到了自己知识的匮乏。我深深的感觉到自己知识的不足,自己原来所学的东西只是一个表面性的,理论性的,而且是理想化的。根本不知道在现实中还存在有很多问题。设计一个很简单的电路,所要考虑的问题,要比考试的时候考虑的多的多。所以,一开始,我遇到了很多麻烦。通过老师和同学们的帮助,我渐渐的有了眉目。这样,在很大程度上提高了我考虑问题的全面性。

设计电路,还要考虑到它的前因后果。什么功能需要什么电路来实现。另外,还要考虑它的可行性,实用性等等。这样,也提高了我的分析问题的能力。

原来,我们学习的电路只是一个理论知识,通过这次实习。使我的理论知识上升到了一个实践的过程。同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解。

另外,这次实习不仅使我的电学知识有一个很大的提高,而且还使我学到了许多其他方面的知识。比如,在计算机上制图,提高了我的动手能力。

总之,通过这次实习,不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而且提高了我考虑问题,分析问题的全面性以及动手操作能力。使我的综合能力有了一个很大的提高。

所以,在这里,我非常感谢各位老师的耐心辅导以及同学们的热心帮助。我忠心的感谢各位老师,你们辛苦了!

11

范文五:带前置放大的音频功率放大器设计报告 投稿:韩璄璅

※※※※※※※※

※2013级 ※ 模拟电子技术课程设计 ※ ※※※※ ※ ※

※※※※

带前置放大的音频功率放大器设计

姓 名

学 号

院、系、部 班 号 完成时间

摘 要

前置放大电路须由低噪声,高保真,高增益,快响应,宽带音响集成电路,所以

采用NE5534实现,NE5534是单路高效低噪音运算放大器相比于其他放大器来说拥有

更好的噪声性能,更高的外部驱动能力以及更加高的小信号输入和更高的功率带宽。

这使得它们特别适合应用于高质量和专业的音频设备以及仪器仪表,控制电路和电话

信道。集成功率放大电路成熟,低频性能好,内部设计具有复合保护电路,可以增加

其工作的可靠性,尤其集成厚膜器件参数稳定,无须调整,信噪比较小,而且电路布

局合理,外围电路简单,保护功能齐全,还可外加散热片解决散热问题。功率放大器

在家电和数码产品中使用越来越广泛,与我们日常生活有着密切的联系,功率放大器

随着科技的不断进步也经历了几个不同的阶段, 从最初的电子管功率放大器到现在

的集成功率放大器,按所用放大器的分类可分为电子管式放大器,晶体管式功率放大

器(包括场效应管)和集成功率放大器,目前以晶体管和和集成电路式功率放大器为

主,晶体管的功率放大器是被使用最广泛的,人们研制出许多优质的新型电路使功放

的谐波失真很容易减少到0.05%以下,场效应管是很有潜力的功率放大器,它具有噪

音小、动态范围大、负温度特性等特点,音色和电子管相似,保护电路简单。场效应

管的生产技术还在不断发展,集成功率放大器也大量的涌现出来,其工艺和指标都达

到了很高的水平,它的突出特点是体积小、电路简单和性能优越、保护功能齐全。

关键词:功率放大器 场效应管 NE5534

目 录

第1章 设计任务与要求 ································································· 错误!未定义书签。

第2章 方案与论证 ······································································· 错误!未定义书签。

2.1 设计方案 ······································································································ 1

2.2 方案论证 ······································································································ 2

第3章 单元电路设计与参数计算 ··············································································· 2

3.1 前置放大电路 ································································································ 2

3.2 功率放大电路 ······································································ 错误!未定义书签。

3.3 直流稳压源 ··································································································· 5

第4章 仿真与调试 ································································································· 5

第5章 结论与心得 ······································································· 错误!未定义书签。

参考文献 ················································································································ 7

第1章 课程任务与要求

通过本次实验熟悉小信号电压放大器、放大器运算电路和音频功率放大器的工作

原理和设计,巩固和加深对电子电路基本知识的理解。

前置放大器的放大倍数为50倍,使用单电源低噪声集成运放TL070C、TL4558、

NE5534、NE5532、OP-27A,功率放大采用LA4100、AD380、LM386或其他型号。

音量可调,杂音小,有电源退耦。无自激。

第2章 方案及论证

2.1 设计方案

原理图如图2-1所示。根据题意,有三个基本电路,需要我们设计其中两个:前

置信号放大放大电路、功率放大电路。

图2-1 流程图

其中:前置信号放大电路是将小信号源的电压放大,功率放大电路对电压和电流

进行放大。这两个也是我们任务中主要要完成的电路。直流稳压源则是为整个运放提

供能量。

2.2 方案论证

由于输入信号不定,或放大,或衰减,或进行阻抗变换,为防止其出现严重过载

失真现象,并使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配,所以必须设置前置放大器。为

防止产生明显的交越失真,就必须在其后设置功率放大器来克服这一问题。

第3章 参数单元电路设计与参数计算

3.1 前置放大电路

此电路我选择NE5534进行设计,NE5534具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽

频带的优良性能,是前置信号放大电路设计的常用元件。用次元件可大大改善电路瞬

态性能,使得信号不失真输出,使电路的整体指标大大提高。而如果使用分立元件使

用的话,比较复杂,成本较高,各项指标也不理想。故使用NE5534,下面进行分析。

电路图如图3-1所示。

图3-1 前置放大电路

由题,要求放大器的放大倍数为50倍,而根据模电所学知识。易求得次电路的放

大倍数A=1+R3/R1=50。可以推出R3/R1=49。所以,可取R1=10KΩ,R3=490KΩ,而根据

所学的知识,我们知道R2的阻值应该等于R1和R3并联的阻值,所以R2取9.8 KΩ。

下面,我们用Multisim11软件对其进行仿真。根据实际情况,我们取Ui=100mv、

Ui50Hz。VEE=-15V、Vcc=15V。输出接万用表,测的的结果图3-2所示。

图3-2 前置放大电路仿真图

可以得出:U0/Ui=50,所以根据仿真结果,证明理论正确。

3.2 功率放大电路

功率放大电路采用分立元件实现此电路,为OTL甲乙类互补对称电路来实现功率的

放大。OTL甲乙类互补对称电路静态功耗较小,而且还能减小交跃失真,改善输出波

形,同时又能获得较高的效率,所以在实际过程中得到了广泛的应用。下面进行分析,

电路图如图3-3所示。

图3-3 功率放大电路

本题用RL=16Ω。而使VT1与VT2的特性曲线对称,所以三极管集电极最大电压Uces

为Ucem=Vcc/2-Uces。

所以三级换的集电极最大电流为 Icm=Ucem/RL=(Vcc/2-Uces)/RL

所以最大输出功率为Pom=Ucem·Icem/2=U2cem=(Vcc/2-Uces)²/2RL

当Uces远远小于Vcc/2的时候,可以认为Pom约等于V2CC/8RL。

而实际情况再精度要求不高的情况下,可以忽视Uces。所以,下面忽略Uces进行

讨论。

取Vcc=24。

pi而电源的功率Pv=Vcc/2·(1/∏Icm·sinwtd(wt)=VccIcm/∏=V2CC/2∏RL 0

由上述公式得,改变RL值可得到不同功率,即可实现音量调节。

根据电路图,用Multisim11进行仿真。根据实践中的摸索和课本知识的结合。我

取Ui=4V、60Hz,C1=10uF、C2=200uF,R1=1.5KΩ、R2=100Ω、R3=1.5KΩ。输出接示

波器,分别接在输出、输入两端。可以得到仿真的结果为图3-4所示。

图3-4 功率放大电路仿真图

由仿真结果,证明次功率放大电路可以稳定的对输入进行放大,并且输出波形稳

定。所以用OTL甲乙类互补对称电路来实现功率的放大是可行的。

3.3 直流稳压源

直流稳压电源的作用是为整个电路提供能量。顾依题意,结合电路图分我们析。

选用直流稳压电源的输出电压为+15V,-15V即可。

第4章 仿真与调试

综上所述,将本次课题的主要电路连接起来。得出总电路原理图如图4-1所示。

图4-1 带前置放大的音频功率放大电路

对此图进行仿真,得到输出结果为下图4-2所示。

图4-2 带前置放大的音频放大的电路仿真图

因为上述分单元模块电路已分别调试好,所以我们将各模块连接起来,进行系统

整体的调试。运用仿真软件调试,电路安装完毕后,首先检查电路各个元件是否选择

正确,部分的接线是否正确,检查电源地线,元器件的引脚之间有无短路,正反有无

接错,器件有无接错,再接入电路所要求的信号发生器,观察电路中各部分有无异常

现象,如果出现异常,应立即关闭信号发生器,认真检查电路,排除故障后重试。

第5章 结论与心得

在这仅有的几天小学期里,虽然一开始感觉比较晦涩难懂,但是经过几天的课程

设计的学习,我已经自己能制作一个带前置放大的音频功率放大器,这其中的兴奋是

无法用言语表达的。由于刚始我对软件的不熟悉,所以我犯了许多小错误是我的电路

不能模拟出来,后来我又在网上查找了软件的用法,同时花了很长的一段时间学习了

软件的用法。后来我多次调试了电路最终达到了比较好的效果,在设计电路的时候我

我遇到很多的问题,我请教了老师,没有老师的帮助,我是不会这么顺利的完成小学

期的任务。在这里我非常感谢老师对我的帮助。

同时,这次课程设计使我深刻的体会到,要将实际和理论联系起来需要不断的努

力与改进,实际操作和课本上的知识有很大联系,但又高于课本,一个看似很简单的

电路,要动手把它设计出来就比较困难了。在调试参数的过程中,使我认识到对待科

学技术一定要有严谨的科学态度,任何的小差错,都会造成重大事故,所以我们学习

知识一定要认真,态度一定要端正。通过本次电路的设计,不但巩固了所学知识,也

使我们把理论与实践从真正意义上结合起来,增强了学习的兴趣,考验了我们借助互

联网络搜集、查阅相关文献资料,和组织材料的综合能力。

参考文献

[1]杨素行. 模拟电子技术基础简明教程[M]. 高等教育出版社,2006.

[2]葛剑青. 基础电工控制应用电路[M]. 电子工业出版社,2007.

[3]童诗白. 模拟电子技术基础[M]. 高等教育出版社,2001.

[4]王冠华. Multisim11电路设计及应用[M]. 国防工业出版社,2010.

范文六:高效率音频功率放大器的设计 投稿:黎埑埒

摘 要:本文是基于高效率的音频功率放大器出发,从功放类型的选择,D类功放的构成、PWM调制原理及具体电路的设计等多方面进行了具体的设计分析,并具体制作,设计调试效果理想,是一款很理想的音频功率放大器。   关键词:高效率;音频;功率放大器;PWM调制   中图分类号:TN722.75 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2013) 14-0000-01   一、引言   音频功率放大器是指用于向扬声器提供功率的放大电路,是多级放大电路的最后一级。要求具有较高的输出功率和较大的输出动态范围,衡量其性能好坏的主要指标有频率特性、时间特性、信号噪声比、最大输出动态范围、最大功率和效率,其中最大输出功率和效率主要由功率放大器实现。传统的功率放大器主要有A(甲)类、B(乙)类、AB(甲乙)类和C(丙)类,一般的小信号放大都是甲类功放,其能量转换效率很低,理论效率最高才25%;乙类功放理想效率高达78.5%,但实际电路都要略加一点偏置,构成甲乙类,实际效率仅为50%左右;C类功放一般用在高频发射电路中,虽然效率可以更高,但电路复杂、音质更差,音频放大中一般都不采用。在汽车功放、笔记本电脑、手机等小型便携式音响设备的音频系统和专业超大功率功放场合,以上类型的功放因效率偏低不能令人满意。D(丁)类音频功率放大器是受高频脉宽调制(PWM)脉冲信号的控制,使其工作在开关状态,其理论效率为100%,实际可达80%~95%;其不足之处是易产生高频干扰及噪声,本文通过精心设计低通滤波器及合理选择元件参数,其音质效果完全能与A类线性功率放大器相比拟。   二、D类功放的构成   本文设计的D类功放由放大与增益控制电路、三角波发生器、比较器、开关放大电路和低通滤波器构成。输入的音频信号先经增益可变的放大器放大,并变换成大小相同、相位相反的差分信号。这两路信号分别与三角波发生器产生的三角波进行比较,比较器输出频率与三角波相同,但占空比与音频幅度对应的脉冲信号、音频信号的幅度与脉冲波的占空比成比例。两路信号驱动桥式互补高速开关电路,并用LC低通滤波器将高频成分滤除,最后在负载上实现功率合成,恢复音频信号。原理框图如图1所示。   三、基于三角波调制法的PWM调制原理   三角波调制法是建立在每个特定时间间隔能量等效于正弦波所包含能量的概念上发展起来的一种脉宽调制法。   为了得到接近于正弦波的脉宽调制波形,将正弦波的一个周期在时间上划成偶数N等份,每一等份的脉宽都是2π/N。这样就可以分别计算出在各个时间间隔中正弦波所包含的面积。在每一个时间间隔中,都可以用一个脉宽与之对应的正弦波所包含的面积相等或成比例,但其脉冲幅度都等于U△m的矩形波电压脉冲来代替相应的正弦波部分。这样的N个宽度不等的脉冲就组成了一个与正弦波等效的脉宽调制波形。假定正弦波的幅值为Um,等效矩形波的幅度为U△m,则各矩形脉冲波的宽度δi为:δi= = =   式中 ,i=1,2,3,…   βi是各时间间隔分段的中心角,也就是各等效脉冲的位置中心角。从中表明,由能量等效法得出的等效脉冲宽度δi与分段中心角βi的正弦值成正比。   用三角波调制,设三角波的频率f与正弦波的频率f之比为N(载波比),为使输出波形为奇函数,N应为偶函数。假定在正弦波大于三角波部分产生的脉冲中心位置在每一段脉冲的中心位置在每一段脉冲的中心位置,并以βi表示,则βi为:   上式说明,当在波比N固定,且N≥20时,在比较器输出端产生矩形脉冲,其宽度正比于正弦波和三角波幅度之比,也正比于段中心角βi的正弦值。如图2所示。   四、各功能模块的设计   传统的PWM方案是采取两路输出脉冲相位相反的方式,无信号输入时,输出负载为扬声器。不加滤波器时,零输入时的负载电流较大,导致负载上的损耗大,降低了放大器效率。而本文设计的D类功放则是使每路输出电压仍从0V至VDD,无信号输入时,两路的输出电压同相,通过负载的电压近似为0V,此时负载电流极小,从而静态功耗很小。   (一)三角波发生器电路   音频信号范围是20Hz~20KHz,如果三角波频率选择较低,对无源LC低通滤波器的元件要求就高,结构复杂。频率较高,输出波形的锯齿小,更加接近原波形,而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来制成滤波器,造价相应降低。但此时晶体管的开关损耗会随频率上升而上升,无源器件中的高频损耗、射频的聚肤效应都会使整机效率下降。过高的调制频率还会出现射频干扰,所以调制频率也不能高于1MHz。同时,三角波形的形状、频率的准确性和时钟信号的抖晃都会影响到以后复原的信号与原信号不同而产生失真,故取三角波的频率为150KHz。选用了双运放NE5532构成三角波发生电路,如图3所示。   U2A与R5组成施密特触发器,U2B与C组成积分电路。施密特触发器实际上由一电压比较器组成,其产生的方波高电平电压为+,低电平电压为0,积分电路的输入为方波时,输出是一上升速率与下降速率相等的三角波。对于图所示电路参数,有:   三角波输出幅度为:VOUT=VCCR2/R5=0.45V   三角波输出频率为:f=R5/(4R1R2C)=159KHz   (二)放大与增益控制电路   该电路将输入的单端音频信号转换为相位相反的双端信号,使用高精度低漂移的运放TL062来实现,如图4所示。   (三)PWM控制器   PWM控制器对音频信号的调制,是以音频信号为基准信号,与频率为150KHz左右的三角波进行比较,得到占空比随音频幅度变化的脉冲信号。为了使电路能在低电压功耗下工作,选用了LM393作为比较器,其正常工作电压可以低到2V,且功耗小,驱动能力强。LM393的3、5脚为音频信号输入端,分别输入放大与增益控制电路输出的相位相反的音频信号。输入音频信号电压为0时,输出占空比小于50%的脉冲波。输入信号电压为正时,一路输出为占空比大于50%的脉冲波,另一路输出占空比小于50%的脉冲波;输入信号电压为负时,则相反。PWM控制器在IN1输入为正时的输出脉冲波形如图5所示。   (四)高速开关H桥电路   由于工作在开关状态,输出管的功率损耗极低,效率可以达到很高。对功放管的选择主要考虑开关响应和饱和压降,饱和管压降小不但效率高,功放管的散热结构也能得到简化。电路如图6所示,经调制后的信号从IN1和IN2输入,T5~T8为前级驱动电路,选择9012、9013对管,其驱动电压较大,完全可以驱动VMOS管IRF9540及IRF540。VMOS管的开关速率极高,开启电压高,抗干扰能力强。该电路为桥式推挽输出,RL为8Ω的假负载。当音频电压为正时,OUT1、OUT2对地输出波形和负载两端电压波形如图所示。当音频信号为一正弦波时,其脉冲宽度随音频电压的增大而变宽。当音频电压为负时,VOUT1占空比小于50%,VOUT2占空比大于50%,所以为一负脉冲波,其脉冲看度随负载音频电压绝对值的增大而变宽。当音频电压为0时,VOUT1和VOUT2占空比均为50%,所以VRL=0,无电流通过。   (五)信号变换电路   电路要求增益为1,将双端变为单端输出,运放选用宽带运放NE5532,电路如图7所示,由于功放的带负载能力很强,故对变换电路的输入阻抗要求不高,选R1 = R2 = R3 = R4 = 20KΩ。其增益为Au = R3/R4 =1,其上限频率超过20KHz的指标要求。   还有一个与音质有很大关系的因数就是位于驱动输出与负载之间的无源滤波器。该低通滤波器工作在大电流下,负载就是音箱。实际证明,当失真要求在0.5%以下时,用二阶Butterworth最平坦响应低通滤波器就能达到要求。如要求更高则需用四阶滤波器,这时成本和匹配等问题都必须加以考虑。   参考文献:   [1]蔡明生.电子设计[M].北京:高等教育出版社,2004.   [2]黄继昌.数字集成电路应用300例[M].北京:人民邮电出版社,2001.   [3]陈国呈.PWM逆变技术及应用[M].北京:中国电力出版社,2007.   [4]全国大学生电子设计竞赛组委会编.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京:北京理工大学出版社,2001.   [作者简介]谭本军(1974.12-),男,湖南人,张家界航空工业职业技术学院,学招团直属党支部书记兼学工部副部长,讲师,学士,研究方向:电子技术、高教管理。

范文七:高效率音频功率放大器设计 投稿:戴鄫鄬

【摘 要】效率是功率放大器重要指标,在理想情况下,D类功放的效率为100%,B类功放的效率为78.5%,A类功放的效率才50%,在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合,仍感效率偏低不能令人满意。所以,效率极高的D类功放,因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。本文叙述了高效率音频功率放大器设计要求及方法。FPGA是实现高效率音频功率放大器功率测量的方法,设计方法新颖,具有实用性。   【关键词】高效率音频功率放大器 FPGA 设计   1设计要求   设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。功率放大器的电源电压为+5V(电路其他部分的电源电压不限),负载为8Ω电阻。   1.1功率放大器   (1) 3dB通频带为300Hz~3400Hz,输出正弦信号无明显失真。(2)最大不失真输出功率≥1W。(3)输入阻抗>10kΩ,电压放大倍数1~20连续可调。(4)低频噪声电压(20kHz以下)≤10mv,在电压放大倍数为10,输入端对地交流短路时测量。(5)在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50%。   (2)设计并制作一个放大倍数为1的信号变换电路,将功率放大器双端输出的信号转换为单端输出,经RC滤波供外接测试仪表用,高效率音频功率放大器框图如图1.1所示。 图1.1中,高效率功率放大器组成框图可参见本题第4项“说明”。   图1.1 高效率音频功率放大器框图   (3)设计并制作一个测量放大器输出功率的装置,要求具有3位数字显示,精度优于5%。   (4)说明:采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一, D类放大器即高效率功率放大器组成框图如图1.2。本设计中要求采用D类放大方式,不允许使用D类功率放大集成电路;效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5V),不包括第2、3项涉及的电路部分功耗。制作时要注意便于效率测试;在整个测试过程中,要求输出波形无明显失真。   图1.2 高效率功率放大器组成框图   1.2 D类放大器的工作原理   一般的脉宽调制D类功率放大的原理框图如图1.3所示。D类功率放大的波形图如图1.4所示。   图1.3 D类功率放大的原理框图   图1.4 D类功率放大的波形图   1.3高效率音频功率放大器硬件电路   1.3.1脉宽调制器   (1)三角波发生器。三角波发生器采用宽频带、低漂移、满幅运放TLV2464及高速精密电压比较器LM311来实现,电路如图1.5所示。运放TLV2464的满幅放大既保证能产生线性良好的三角波,而且可以保证低电压供电下输出较大幅度。   载波频率的选定既考虑抽样定理,又考虑电路实现。选择载波频率为150kHz,使用四阶LC滤波器,输出端对载波频率衰减大于60dB。   三角波发生器频率为150kHz,C为750pF。100kΩ电位器用于调节三角波发生器频率。(2)前置放大器。前置放大器如图1.6所示。用于音频信号放大,使功放电压放大倍数1~20倍可调,也保证比较器的比较精度。   (3)比较器。比较器如图1.7所示。输入音频信号和三角波输出PWM波形。   图1.5 三角波发生器   1.6 前置放大器   1.7 比较器   1.3.2驱动电路   驱动电路如图1.8所示。将PWM信号整形变换成互补对称的输出驱动信号。40106施密特触发器并联以获得较大的电流,送给由晶体三极管组成的互补对称射极跟随输出的电路。三极管选用8050和8550。40106供电电压VDD是3~15V,输入电压0~VDD。8050和8550是NPN、PNP对管,VCEO=25V,IC=1.5A。管脚图如图1.9所示。   图1.8 驱动电路   图1.9 40106、8050和8550管脚图   1.3.3 H桥互补对称输出电路   H桥互补对称输出电路如图1.10所示。IRFD9120、IRFD120是P沟道、N沟道MOS对管,VD=100V,ID=1.3A,导通电阻小、开关速度快、满足1W输出功率要求。管脚图如图1.11所示。两个四阶低通滤波器。   图1.10 H桥互补对称输出电路   图1.11 IRFD9120、IRFD120管脚图   1.3.4 信号变换电路   信号变换电路如图1.12所示。信号变换电路放大倍数为1,将功放的双端输出变为单端输出,经RC滤波供外接测试仪表用。   图1.12 信号变换电路   1.3.5 TLC0820模数转换电路   TLC0820模数转换电路如图1.13所示。图1.12信号变换电路的输出OUT接到图1.13经二极管检波电路TLC0820将模拟量变为数字量,TLC0820的数字量对应输出OUT的幅值。将TLC0820的数字量给高效率音频功率放大器的FPGA控制的总模块图1.15。数码显示电路如图1.14所示。图1.14用于显示高效率音频功率放大器的输出功率。   图1.13 TLC0820模数转换电路   图1.14 数码显示电路   1.4高效率音频功率放大器软件电路设计   高效率音频功率放大器的FPGA控制的总模块如图1.15所示。输入CLK接24MHz时钟,D_IN[7..0]、INT接TLC0820。输出WR接TLC0820,DISP_DATA[7..0]、DISP_SEL[2..0]接数码显示电路。   图1.15 高效率音频功率放大器的FPGA控制的总模块   分频器FEN模块,将CLK24MHZ时钟分频为600Hz、40kHz、1kHz、60Hz经O1、O2、O3、O4输出。   TIME3模块,用于控制图1.13 TLC0820模数转换电路数据的写读。   VCT模块,测试输入信号的最大值。   DDDF模块,将VCT模块输出的二进制数转换四位二―十进制数结果输出。   DISPLAY_H模块,使数据传送速度变慢,数码管显示稳定。CLK是60Hz时钟,经分频变为CLK2=3Hz,用此时钟传送数据。   DISPLAY模块,用于数码管显示。   2结语   高效率音频功率放大器硬件电路设计和软件电路设计可以实现高效率音频功率放大器的设计要求。   基金项目:2015大创项目资助。指导教师,王振红。

范文八:高效率音频功率放大器设计 投稿:郑常帹

高效音频功率放大器

摘要:本电路主要由开关电源、功率放大电路、信号变换电路、输出功率显示

电路和保护电路。为确保高效率,功率放大部分采用D类功率放大电路。利用开关电源转换,在单5V供电的情况下输出功率大于1W,输出波形无明显失真,平均效率在65%左右。在借助由单片机控制的数显电路显示输出幅度,电路简单合理。

关键字:D类功放;PWM调制电路;高效率

1

方案论证:

PWM调制电路

方案一:利用高速比较器将高频三角基波与外接输入正弦波信号进行比较产生与

输入模拟信号幅度想对应脉宽的高频PWM脉冲信号。电路包含三角波发生器和比较电路两个部分。缺点:器件太多,电路复杂。

方案二:利用NE555定时器的PWM调制电路直接输入模拟信号并在电路内部产

生PWM调制信号。优点:所含器件少,电路简单。

综合考虑,选择方案二。 滤波电路

方案一:二阶巴特沃式无源

低通滤波器。巴特沃式滤波器结构

简单,消耗功率较小,且在通频带内波动很小。

方案二:二阶切比雪夫无源

低通滤波器。切比雪夫边沿很陡峭,对20K以

上信号抑制较好,通频带内有波动。。

综合考虑,选取结构更简单,通频带更平坦的方案一。 检波电路

方案一:由二极管和电压跟随器组成二极管峰值检波电路。当输入电压正半周

时,检波管导通,对电容充放电,适当的选择电容值,使电容的充电 速度大于放电的速度,这样电容两端的电压可以保持在最大电压处, 从而实现峰值检波。

方案二:采用AD637真有效值检波电路。AD637不需很多外围电路。值需要的

是一个电容器来规定平均时间值,这个电容决定有效值检波的低频精度,纹波水平和解决时间。该AD637是一个完整的高精度单片均方根到直流转换器,计算真效值价值的任何复杂的波形,不到1 %

2

额外的错误带宽600KHz的200mv信号和8MHz的高于1V的信号。0 V至第2 V输入有效值

综合考虑采用精度更高,电路更简单的方案二。

总体方案设计:

本电路总体设计方案为:前级输入缓冲放大;PWM调制信号产生电路;脉冲推动驱动电路; MOSFET开关放大电路;滤波电路;真有效值转换电路;电压显示电路。

前置缓冲放大:

采用OP07先放大33倍再接衰减电路,

实现电压放大1—20连续可调。

PWM调制电路:

利用NE555定时器的PWM调制电路直接输入模拟信号并在电路内部产生PWM调制信号。

3

MOSFET开关放大电路

采用MOS管乙类功率互补推挽放大电路。乙类推挽功率放大电路由功率对管搭建而成。在输入信号的一个周期内,两管半周期轮流导通,减小了单个管子的静态损耗,具有较高的输出功率与效率。同时由于电路的对称性,可以在输出负载端得到完整的双极性波形。我

们利用前级AD817稳定输出电压推动后级电路,采用推挽放大电路放大功率。 滤波电路:

采用二阶无源巴特沃式低通滤波器(LPF)。 电压有效值测量及显示电路

音频电压有效值测量及显示电路由真有效值转换电路和单片机系统组成。 (1) 真有效值转

换器选用高精

AD637芯片(如图),起外围器件少,频带宽,精度高于0.5%。

(2) 单片机系统主

要由STC89C52

4

单片机、12位A/D转换器MAX197、1602液晶显示和接口电路组成。 音频信号经AD637进行真有效值转换后的模拟电压信号送至A/D转换器MAX197,由单片机控制MAX197进行A/D转换,并对转换结果进行运算处理,最后送至显示电路完成电压有效值显示。

(3) 软件设计采用结构化程序设计方法,功能模块各自独立,系统能判断输出

电压有效值并根据电压大小范围进行显示,能实现3位有效数字显示,精度优于5%。系统初始化:其中包括变量设置、控制口的状态等。

控制测量:最后送至1602

测量方案与结果

前置放大电路

用信号源给出有效值50mV的正弦扫频信号,经准确的分压电路后得到有效值5mV。用示波器观察信号幅度在整个扫频范围内电压,结果见表5-1。 表5-1 放大电路性能测试数据表

5

从表中看出,3dB通频带为300HZ~30K。通带范围内,输出电压有效值高于2V,达到400倍。通频带不能完全在300HZ和20kHz的频点上,是由于模拟器件对这样参数的精确实现本身就有难度,调整比较费时。 功率放大

对直流电源对功放电路单独供电,以便测试效率。供电电压+5V。用与测前级放大相同的方法给出有效值5mV的扫频信号vi,负载接8Ω、50W的功率电阻,用示波器观察输出信号波形,没有明显失真。记录电压幅度,结果见表5-3。 表5-3 功率放大电路性能测试数据表

总结分析与论证

本电路基本实现了对音频信号进行功率放大,输入阻抗>10K,未接负载时静态电流为0.42A,接负载时输出电流为0.86A,功放效率为51.2%。高于题目要求50%。在输出功率为500mW时,将输入短接,测得低频噪声在20mV左右,高于题目要求10mV。自制开关电源实现整个电路单5V供电,满足题目要求。

但也不是所有指标都令人满意,有的是本身实现就很难,有的则受到时间的限制。如果时间允许,指标应该可达到更高。

参考文献

[1] 谢自美(主编).电子线路设计·实验·测试(第二版).武汉:华中理工大学出版社,2007.7

[2] 董尚斌主(编).电子线路(Ⅰ).北京:清华大学出版社,2006.10

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范文九:高效率音频功率放大器设计 投稿:苏卟占

高效音频功率放大器

摘要:本电路主要由开关电源、功率放大电路、信号变换电路、输出功率显示

电路和保护电路。为确保高效率,功率放大部分采用D类功率放大电路。利用开关电源转换,在单5V供电的情况下输出功率大于1W,输出波形无明显失真,平均效率在65%左右。在借助由单片机控制的数显电路显示输出幅度,电路简单合理。

关键字:D类功放;PWM调制电路;高效率

1

方案论证:

PWM调制电路

方案一:利用高速比较器将高频三角基波与外接输入正弦波信号进行比较产生与

输入模拟信号幅度想对应脉宽的高频PWM脉冲信号。电路包含三角波发生器和比较电路两个部分。缺点:器件太多,电路复杂。

方案二:利用NE555定时器的PWM调制电路直接输入模拟信号并在电路内部产

生PWM调制信号。优点:所含器件少,电路简单。

综合考虑,选择方案二。 滤波电路

方案一:二阶巴特沃式无源

低通滤波器。巴特沃式滤波器结构

简单,消耗功率较小,且在通频带内波动很小。

方案二:二阶切比雪夫无源

低通滤波器。切比雪夫边沿很陡峭,对20K以

上信号抑制较好,通频带内有波动。。

综合考虑,选取结构更简单,通频带更平坦的方案一。 检波电路

方案一:由二极管和电压跟随器组成二极管峰值检波电路。当输入电压正半周

时,检波管导通,对电容充放电,适当的选择电容值,使电容的充电 速度大于放电的速度,这样电容两端的电压可以保持在最大电压处, 从而实现峰值检波。

方案二:采用AD637真有效值检波电路。AD637不需很多外围电路。值需要的

是一个电容器来规定平均时间值,这个电容决定有效值检波的低频精度,纹波水平和解决时间。该AD637是一个完整的高精度单片均方根到直流转换器,计算真效值价值的任何复杂的波形,不到1 %

2

额外的错误带宽600KHz的200mv信号和8MHz的高于1V的信号。0 V至第2 V输入有效值

综合考虑采用精度更高,电路更简单的方案二。

总体方案设计:

本电路总体设计方案为:前级输入缓冲放大;PWM调制信号产生电路;脉冲推动驱动电路; MOSFET开关放大电路;滤波电路;真有效值转换电路;电压

前置缓冲放大:

采用OP07先放大33倍再接衰减电路,

实现电压放大1—20连续可调。

PWM调制电路:

利用NE555定时器的PWM调制电路直接输入模拟信号并在电路内部产生PWM调制信号。 MOSFET开关放大电路 采用MOS管乙类功率互补推挽放大电

3

路。乙类推挽功率放大电路由功率对管搭建而成。在输入信号的一个周期内,两管半周期轮流导通,减小了单个管子的静态损耗,具有较高的输出功率与效率。同时由于电路的对称性,可以在输出负载端得到完整的双极性波形。我们利用前级AD817稳定输出电压推动后级电路,采用推挽放大电路放大功率。 滤波电路:

采用二阶无源巴特沃式低通滤波器(LPF)。 电压有效值测量及显示电路

音频电压有效值测量及显示电路由真有效值转换电路和单片机系统组成。 (1) 真有效值转

换器选用高精

AD637芯片(如图),起外围器件少,频带宽,精度高于0.5%。

(2) 单片机系统主要由STC89C52单片机、12位A/D转换器MAX197、1602液

晶显示和接口电路组成。 音频信号经AD637进行真有效值转换后的模拟电压信号送至A/D转换器MAX197,由单片机控制MAX197进行A/D转换,并对转换结果进行运算处理,最后送至显示电路完成电

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压有效值显示。

(3) 软件设计采用结构化程序设计方法,功能模块各自独立,系统能判断输出

电压有效值并根据电压大小范围进行显示,能实现3位有效数字显示,精度优于5%。系统初始化:其中包括变量设置、控制口的状态等。

控制测量:最后送至1602

测量方案与结果

前置放大电路

用信号源给出有效值50mV的正弦扫频信号,经准确的分压电路后得到有效值5mV。用示波器观察信号幅度在整个扫频范围内电压,结果见表5-1。 表5-1 放大电路性能测试数据表

5

从表中看出,3dB通频带为300HZ~30K。通带范围内,输出电压有效值高于2V,达到400倍。通频带不能完全在300HZ和20kHz的频点上,是由于模拟器件对这样参数的精确实现本身就有难度,调整比较费时。 功率放大

对直流电源对功放电路单独供电,以便测试效率。供电电压+5V。用与测前级放大相同的方法给出有效值5mV的扫频信号vi,负载接8Ω、50W的功率电阻,用示波器观察输出信号波形,没有明显失真。记录电压幅度,结果见表5-3。 表5-3 功率放大电路性能测试数据表

总结分析与论证

本电路基本实现了对音频信号进行功率放大,输入阻抗>10K,未接负载时静态电流为0.42A,接负载时输出电流为0.86A,功放效率为51.2%。高于题目要求50%。在输出功率为500mW时,将输入短接,测得低频噪声在20mV左右,高于题目要求10mV。自制开关电源实现整个电路单5V供电,满足题目要求。

但也不是所有指标都令人满意,有的是本身实现就很难,有的则受到时间的限制。如果时间允许,指标应该可达到更高。

参考文献

[1] 谢自美(主编).电子线路设计·实验·测试(第二版).武汉:华中理工大学出版社,2007.7

[2] 董尚斌主(编).电子线路(Ⅰ).北京:清华大学出版社,2006.10

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范文十:小功率音频放大器课设 投稿:孟霐霑

一.设计任务

1.1设计要求

(1)采用运算放大集成电路和功率放大集成电路完成小功率音频放大

器的设计。要求输入信号幅度:Vp-p=10~50mV,放大器增益0~40dB可调,

放大器带宽100Hz~10kHz,有效输出功率1~2W,输出阻抗8~16Ω。

(2)巩固和加深对电路CAD课程的理解,培养我们运用电路CAD技术

去独立完成一个实际课题的能力。培养针对课题需要,查阅文献资料的能力,学会独立思考、深入钻研和分析解决问题的方法。

(3)使我们熟练掌握电路仿真软件EWB的使用方法,对一般的模拟电

路和数字电路进行分析和仿真;熟练掌握电路设计软件Protel的使用方法,能正确绘制电原理图和电路板图。

1.2 功率放大器的基本原理

音频功率放大器就是对较小音频信号进行放大,使其功率增加,然后输

出前置放大主要完成对小信号的电压放大,使得到后一级所需要的输入。后一级主要对音频进行功率放大,使其能够驱动电阻得到需要的音频。根据技术指标需要设计时确定合适的分配。Pomax=2W,输出电压U= U = PomaxRL=4V,要使输入为10mV的号放大到输出的4V,需要的总放大倍数为400。总体设计框图如图2—1所示:

图1—1

音频功率放大器各级增益的分配,前级电路电压放大倍数为4;音频功放的电压放大倍数为100。

二.音频功率放大器简介

在现代音响普及中,人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不

同,令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以,就高保真度功放而言,应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。

音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域,几十年来,人们为之付出了不懈的努力,无论从线路技术还是元器件方面,乃至于思想认识上都取得了长足的进步。

2.1 早期的晶体管功放

半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管,人们就开始用它制造功率放大器。

早期的放大器几乎全用锗管来制作,但由于锗管工艺上的一些原因,使得放大器中所用的晶体管,尤其是功放管性能指标不易做得很高,例如,共发射极截止频率fh的典型值为4kHz,大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样,放大器的频率响应也就很狭窄,其3dB截止频率通常在10kHz左右,大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约,制作较大功率的 OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子,所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难,谐波失真得不到充分的抑制,因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。“还是胆机规声”,这种看法的确事出有因。

三. 方案选择

3.1 前端放大器的设计

由于话筒提供的信号非常弱,要在音调控制级前加一个前置放大器。考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求,前置放大器选用集成运算放大器LF353。

前置放大电路是由LF353放大器组成的一级放大电路,放大倍数为4,即1+R2/R1=4,取R2=30KΩ,R1=10KΩ,所用电源Vcc=+12V,Vee=-12V。如图3—1所示:

图3—1

UiUi==4,可以得到Ui=40mv。于是我Ui010mv

们得到了下一级功率放大电路的输入电压,即为Ui=40mv 经过前级运放的放大,由Av’=

3.2 功率放大器的设计

该方案选用了LM386型单片集成功率放大电路,其主要特点是:上升随率高、瞬态互调失真小;输出功率比较大;外围电路简单,使用方便;体积小;内含各种保护电路,工作安全可靠。

我们选择功率运放电路的增益为100,即把A386的运放调节电路两端短路。如图3—2所示:

由 Av=U0=100 ; 所以 U0=4V; Ui

U0216V 进而得出 P0===2W RL8

图3—2

其中C1=220uf,C2=0.1uf,C3=10uf,C4=0.1uf,R3=4.7K,RL=8.

3.3 第二种设计方案:

(1)前端放大器的设置

在前端放大器设计中设计方案与设计一相同,即由LF353放大器组成的一级放大电路,不过将放大倍数设置为40,即1+R2/R1=40,取R2=390KΩ,R1=10KΩ,所用电源Vcc=+12V,Vee=-12V。

UiUi经过前级运放的放大,由Av’===40,可以得到Ui=400mv。于是Ui010mv

我们得到了下一级功率放大电路的输入电压。

(2)功率放大器的设计

这一部分的功率放大电路选用了分立元器件组成的功率放大器,其结构就是集成功率放大器的的内部结构,其特点就是对于电路结构了解的清晰明了,更好的掌握电路。缺点就是复杂,难理解,使用起来非常不方便,而且容易损坏器件。 由前级放大得到的电路得到了输入电压Ui=400mv,然后输入功率放大器,其中的T1又对信号的电压进行放大,T1选择3DG6三极管,它的放大倍数10~30,

U02

可以得到电压U0:4v~12v,由P0=得到P0;1w~2w符合P0>2w的要求。如图RL

3—3所示

图3—3

3.4 最终方案选择

通过对两种方案的比较可以看出,第一种方案是比较好的方案,按照第一种方案不仅可以达到课程设计所要达到的要求,结果比较准确,受外界干扰较小,而且第一种方案的实现非常的简单,电路容易理解,实验容易进行,能够尽少的减小实验的成本,而且这种方案的主要器件有自我保护的措施,能够更好的保护实验器件,减少不必要的损失。然而第二种方案的电路图比较复杂,连接比较困难,理解也是比较困难的,所以这种方案在最终确定的时候是被舍弃了。

四.电路原理图设计

利用protel 99绘制电原理图,注意合理摆放,不能出现漏线,错线情况,也不能重叠现象。绘制完后要创建网络表保存下来。

电原理图如图4—1所示:

图4—1

音频功率放大器就是对较小音频信号进行放大,使其功率增加,然后输出前置放大主要完成对小信号的电压放大,使得到后一级所需要的输入。后一级主要对音频进行功率放大,使其能够驱动电阻得到需要的音频。

五. 电路板图设计

原件的排列方位尽可能和原理图一致,布线方向最好和电路图走线方向一致,这样便于生产中各种参数的检查,调试和检修。各元件排列分不要合理、均匀,整齐、美观。

PCB电路版图如图5—1所示:

图5—1

按照设计好的电路板图进行板制,将所有元件依次焊接到PCB电路板上,焊接过程要尽量避免虚焊,整个电路焊接完成后要进行测试,各项指标参数要符合设计要求。

六.设计心得

通过这次课程设计,不但进一步掌握了模电的知识及一门专业仿真软件的基本操作,还提高了自己的设计能力及动手能力。更多的是看清了自己,明白了凡事需要耐心,实践是检验真理的唯一标准。理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。这将有助于我今后的学习,端正自己的学习态度,从而更加努力的学习。只有这样我们才能真正的去掌握它,而不是只懂得一点皮毛。同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。对我而言,知

识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。首先,在专业知识的理解与掌握上更进了一步,通过对所不理解的专业知识的查找,并最终将其理解掌握,而且融入到设计理念中,这是一个不断成长和成熟的过程。其次,我明白了基本的理论知识和实践设计的差别,这时候就要去自己寻找错误,有时候是电路连接,有时候是实验原件的问题。而且把理论知识运用到实践中时也是一个很大的挑战,需要不断的探索才可以。最后,这次课程设计让我得到了很多在课堂上无法获得的知识,以及解决问题的方法,对我来说,这是一次成功的课程设计,实践,永远是熟练自己知识的最根本的方法。更加明白以后的学习不仅要学好书本理论知识,更要多加软件练习运用实践。

七.参考文献

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9] 夏路易:《电子电路EDA》,兵器工业出版。 萧宝瑾:《电路CAD讲义》,太原理工大学。 曾广兴:《现代音响技术应用》,广东科技出版社,1997年3月。 张 平:《关于音频功率放大器的应用》,《安阳大学学报》,2002年02期。 吴振平:《实用声电技术》,中国铁道出版社,1984年11月。 龚 伟:《音频放大器控制方式综述》,重庆大学报,2003年02期。 黎 明:《电子质量》,2002年02期。 华成英:《模拟电子技术基础》[M],北京高等教育出版社,2001。 姚福安:《音频功率放大器设计》,山东大学学报,2003年06期。

[10] 牟小令:《高效率音频功率放大器》,西南师范大学学报,2003年01期。

[11] 马建国:《电子系统设计》,高等教育出版社。

[12] 曲 荣:《收音机电平指示电路锦集》

[13] 方佩敏:《音频功率放大器》,《电子世界》,2003年08期。

[14] 何希才:《实用电子电路400例》,电子工业出版社

[15] 陈伟鑫:《新型实用电路精选指南》, 电子工业出版社

八.附录

元件列表见表一:

表1 音频功率放大器电路原理图中的元件清单

目录

一.设计任务............................................................................................. 1 1.1设计要求 ....................................................................................... 1 1.2 功率放大器的基本原理 .............................................................. 1 二.音频功率放大器简介 ........................................................................ 1 2.1 早期的晶体管功放 ...................................................................... 3 三. 方案选择........................................................................................... 3 3.1 前端放大器的设计 .................................................................... 3 3.2 功率放大器的设计 .................................................................... 4 3.3 第二种设计方案: .................................................................... 5 3.4 最终方案选择 .............................................................................. 6 四.电路原理图设计 ................................................................................ 6 五. 电路板图设计 .................................................................................. 7 六.设计心得............................................................................................. 8 七.参考文献........................................................................................... 10 八.附录 ................................................................................................... 11

太原理工大学现代科技学院

课程设计任务书

注:1.课程设计完成后,学生提交的归档文件应按照:封面—任务书—说明书—图纸的顺

序进行装订上交(大张图纸不必装订)

2.可根据实际内容需要续表,但应保持原格式不变。

指导教师签名: 日期:

小功率音频放大器

摘 要

这次的课程设计题目为音频功率放大器,简称音频功放,音频功率放大器主要用于推动扬声器发声,凡发声的电子产品中都要用到音频功放,比如手机、MP4播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享,音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域,几十年来,人们为之付出了不懈的努力,无论从线路技术还是元器件方面,乃至于思想认识上都取得了长足的进步。此文就将探讨、设计一种小功率音频放大器。

在设计的过程中,首先对自己的设计思路有个整体的认识,即对音频功率放大器的原理了解,在查阅了很多资料,初步了解后利用课本及一些资料上所描述的同相放大电路和甲乙类互补对称功率放大电路的基本知识,通过对两种方法的对比评析确定了下面的课程设计。本设计主要运用LM386的一些优良特性来完成功放的设计。

关键词:音频功率放大器,LM386,电路

太原理工大学现代科技学院

课程设计

设计名称 小功率音频放大器

专业班级 学 号 姓 名 同 组 人 指导教师

字典词典逊尼派与什叶派的区别逊尼派与什叶派的区别【范文精选】逊尼派与什叶派的区别【专家解析】忆江南古诗词忆江南古诗词【范文精选】忆江南古诗词【专家解析】以战争为主题的作文以战争为主题的作文【范文精选】以战争为主题的作文【专家解析】