低頻功率放大器設(shè)計報告

1、.襖裊肄蒄螀襖膆芇蚆袃羋蒂薂袂肈芅薈袁膀薁袆袁芃莄螂袀蒞蕿蚈衿肅莂薄羈膇薇蒀羇艿莀蝿羆罿薆螅羅膁莈蟻羅芄蚄薇羄莆蕆裊羃肆芀螁羂膈蒅蚇肁芀羋薃肀羀蒃葿聿肂芆袈聿芄蒂螄肈莇莄蝕肇肆薀薆肆腿莃裊肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肅薇薃螀膅荿葿蝿莈薅袇螈肇蒈螃螇膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖裊肄蒄螀襖膆芇蚆袃羋蒂薂袂肈芅薈袁膀薁袆袁芃莄螂袀蒞蕿蚈衿肅莂薄羈膇薇蒀羇艿莀蝿羆罿薆螅羅膁莈蟻羅芄蚄薇羄莆蕆裊羃肆芀螁羂膈蒅蚇肁芀羋薃肀羀蒃葿聿肂芆袈聿芄蒂螄肈莇莄蝕肇肆薀薆肆腿莃裊肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肅薇薃螀膅荿葿蝿莈薅袇螈肇蒈螃螇膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖裊肄蒄螀襖膆芇蚆袃羋蒂薂袂肈芅薈袁膀薁袆袁芃莄螂袀蒞蕿蚈衿肅莂薄羈膇薇蒀羇艿莀蝿羆罿

2、薆螅羅膁莈蟻羅芄蚄薇羄莆蕆裊羃肆芀螁羂膈蒅蚇肁芀羋薃肀羀蒃葿聿肂芆袈聿芄蒂螄肈莇莄蝕肇肆薀薆肆腿莃裊肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肅薇薃螀膅荿葿蝿莈薅袇螈肇蒈螃螇膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖裊肄蒄螀襖膆芇蚆袃羋蒂薂袂肈芅薈袁膀薁袆袁芃莄螂袀蒞蕿蚈衿肅莂薄羈膇薇蒀羇艿莀蝿羆罿薆螅羅膁莈蟻羅芄蚄薇羄莆蕆裊羃肆芀螁羂膈蒅蚇肁芀羋薃肀羀蒃葿聿肂芆袈聿芄蒂螄肈莇莄蝕肇肆薀薆肆腿莃裊肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肅薇薃螀膅荿葿蝿莈薅袇螈肇 低頻功率放大器（G題）摘要：本設(shè)計利用OP37芯片組成前置放大電路將輸入正弦信號放大，通過由分立MOS管組成的推挽互補(bǔ)放大電路，增大其驅(qū)動能力，接入8負(fù)載。功率放大器輸出功率、電源供給功率通過AT8

3、9S52單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換器取樣計算，從而得出整機(jī)效率，并顯示在數(shù)碼管上。本系統(tǒng)多項指標(biāo)達(dá)到題目要求，并部分達(dá)到題目發(fā)揮部分功能要求。本系統(tǒng)具有輸出功率大，計算精度高，散熱效果良好等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：信號放大，推挽互補(bǔ)，功率計算一 總體方案設(shè)計 本系統(tǒng)通過前置放大電路和推挽互補(bǔ)放大電路將輸入信號的功率進(jìn)行放大，并設(shè)計電源供給功率測量電路和輸出功率測量電路，測量的結(jié)果通過AT89S52單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，從而得出整機(jī)功率，將測量結(jié)果在數(shù)碼管上顯示出來。因此本系統(tǒng)包括了前置放大電路、功率放大電路、測量電路和單片機(jī)最小系統(tǒng)，并且根據(jù)題目要求設(shè)計了帶阻濾波器，其通過開關(guān)接入系統(tǒng)?？傮w框圖如圖1所示。圖1 設(shè)

4、計總體框架圖 前置放大電路可以放大輸入信號的電壓值，并且使用電位器調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，控制最終實際輸出功率的大小。功率放大級將前級的電壓值放大2倍，主要實現(xiàn)加大前端的輸出信號的驅(qū)動能力電流值。測量電路主要實現(xiàn)對輸出功率和電源功率的精確測量。功率放大電路共有兩套方案可以選擇，具體如下：方案一A類功率放大器，這種功放的工作原理是輸出器件始終工作在傳輸特性曲線的線性部分，在輸入信號的整個周期內(nèi)輸出器件始終有電流連續(xù)流動，這種放大器失真小，但效率非常低，功率損耗大。 方案二B類功率放大器，兩只晶體管交替工作，每只晶體管在信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，另半個周期內(nèi)截止。該電路效率較高，但缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生交越失真。為了提

5、高整機(jī)效率，所以我們選用方案二，同時利用電阻匹配可以克服交越失真。二 電路的設(shè)計實現(xiàn)1、輸出功率的測量電路 利用A/D轉(zhuǎn)換器直接采集輸出信號，由于輸出電壓太高，無法采集，因此，本設(shè)計使用AD637真值轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行處理，將交流信號轉(zhuǎn)變成直流信號，再利用電阻分壓后，由單片機(jī)進(jìn)行計算。具體原理圖如圖2所示。圖2輸出功率的測量 由此可以得到經(jīng)過電位器衰減一半的負(fù)載端電壓U，單片機(jī)利用公式輸出得到輸出功率，并且可以求得流過負(fù)載的電流，則電源電流，可用于電源功率的測量。2、電源供給功率的測量電路 本設(shè)計使用AT89S52進(jìn)行輸出功率和電源供給功率以及整機(jī)效率的計算，由于單片不能夠直接采集具有較大電流值和較

6、大的電壓值信號，對此我們利用電阻加在電源兩端進(jìn)行信號采集。具體原理圖如圖3所示。圖3電源供給功率的測量 利用電阻對電源電壓進(jìn)行分壓，我們選用兩個10K和一個1K的電阻，如圖連接。為了精確計算電源電壓，我們精確測量了所選的電阻阻值，其分壓比為。通過AD620構(gòu)成差分放大電路將采得的電壓U1放大兩倍得到U2，接入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，利用測量輸出功率中的到的U值，建立公式電源功率。3、前置放大電路的設(shè)計題目要求，當(dāng)輸入有效值5mV時，輸出功率5w。其負(fù)載電阻為8，則輸出有效值=6.33V,17.89V。輸入有效值=5mV，則14.14mV。所以總放大倍數(shù)。由于推挽放大電路前設(shè)計有一個放大倍數(shù)為2的同相放

7、大器，因此前置放大電路的放大倍數(shù)為A=632.45。采用兩級反相放大器，將第一級電阻配置成為相對放大倍數(shù)較大的電路，為60倍，則第二級電路放大倍數(shù)約為10.5倍。原理圖如圖4所示。圖4前置放大電路由于放大倍數(shù)較大，如果不采用低噪聲的運(yùn)放，輸出噪聲將會較大，所以我們使用OP37低噪聲、寬頻帶運(yùn)放芯片，可以滿足本題目的要求。4、功率放大電路的設(shè)計功率放大電路實現(xiàn)原理如圖5所示。通過計算我們可以得到電阻匹配的阻值，IRF9530和IRF530的典型值為2V，則=18V-2V=16V，R1我們選用6.8K的電阻，則，所以,但接入該阻值電阻時，MOS管工作狀態(tài)并不理想，因此我們需要調(diào)配出一個合理的工作點(diǎn)

8、。經(jīng)過實驗我們最終選用R1=R4=6.8K，R2=R3=1.8K。此時功率放大器回路中電流值較佳，因此此時工作效率較高。經(jīng)過電阻匹配后，功率放大器的輸出波形沒有出現(xiàn)交越失真的現(xiàn)象，但波形發(fā)生振蕩，出現(xiàn)疑似高頻寄生波形的干擾信號。經(jīng)過觀察，干擾信號約為1MHZ，則在反饋電阻R6上并聯(lián)一個300pF的電容之后，輸出信號沒有明顯失真。由于MOS管工作時，它會散發(fā)出熱，因此本設(shè)計在MOS管上加裝中等大小的散熱片，從而保障了它們的正常工作。圖5 B類功率放大器5、帶阻濾波器的設(shè)計根據(jù)題目要求，阻帶寬度為40HZ60HZ，通過計算得到R=31.8K,C=0.1uF,為此，我們選用R=50K電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，

9、Rf=15K,RF選用20K電位器對放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了使其輸出信號的幅度與輸入信號的相等，我們使用10K電位器對輸出信號電壓進(jìn)行衰減，并加入跟隨器。其實現(xiàn)原理圖如圖6。圖6有源帶阻濾波器 6、顯示電路的設(shè)計 本設(shè)計使用單片機(jī)最小系統(tǒng)，計算處理的結(jié)果通過數(shù)碼顯示管表示出來。實現(xiàn)框圖如圖7所示。圖7顯示電路三 單片機(jī)的程序設(shè)計本系統(tǒng)利用單片機(jī)進(jìn)行輸出功率的計算和電源的供給功率的計算，并得出整機(jī)效率，通過數(shù)碼顯示電路顯示計算結(jié)果。AT89S52單片機(jī)使用測量電路所得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，其計算精度優(yōu)于5，并且開機(jī)界面友好，按下按鍵1數(shù)碼管會交替顯示輸出功率和電源功率，通過顯示管明暗變化提示顯示數(shù)據(jù)

10、類型的變化。按下按鍵2，則會交替顯示當(dāng)前整機(jī)效率和輸出功率，同樣會明暗變化提示數(shù)據(jù)類型的變化。程序流程圖如圖8所示。由亮到暗顯示電源供給功率，再由暗到亮顯示輸出功率7219顯示的初始化顯示HELLO調(diào)用AD1輸出功率函數(shù)顯示函數(shù)按鍵2是否按下由亮到暗顯示整機(jī)效率，再由暗到亮顯示輸出功率調(diào)用AD2電源功率函數(shù)按鍵1是否按下開始圖8程序流程圖四 設(shè)計測試結(jié)果系統(tǒng)測試使用儀器如表1所示表1 試驗所用儀器儀器型號指標(biāo)數(shù)量信號發(fā)生器XJ16410.1HZ3MHZ1直流穩(wěn)壓電源XJ-173L3A0V30V2數(shù)字萬用表MS8040 四位半1雙通道示波器XJ432320MHZ1星研仿真系統(tǒng)STAR51PH片內(nèi)

11、RAM256字節(jié)1計算機(jī)DELL512M內(nèi)存1毫伏表DA-162MHZ1失真度測試儀GAD-201G20HZ20KHZ1通帶頻率測試，輸入電壓有效值5mV,=14.1mV。記錄如表2所示。表2 通帶寬度測試輸入頻率(HZ)10201001K10K20K30K50K輸出電壓（V）198198198198200200200200輸出功率（W）616616616616616616616616失真度（）016011023017018注：失真度儀無法測量20HZ20KHZ范圍以外頻率的失真度情況通過圖表可以看到，通頻帶達(dá)到10HZ50KHZ，并且輸出功率大于5W,失真度<1%,滿足了題目的要求。本

12、系統(tǒng)設(shè)計的帶阻濾波器，其實際阻帶頻率為39HZ59HZ，在50HZ時，衰減為10dB，達(dá)到了題目的要求。當(dāng)輸入信號峰峰值為12.2mV（有效值為4.31mV）輸出功率可以達(dá)到5.12W，在通頻帶為20HZ20KHZ內(nèi)，波形沒有明顯失真，滿足題目發(fā)揮部分要求。 測試結(jié)果分析1、 功率的損耗，功率的損耗主要是由MOS管產(chǎn)生的，我們可以選用的MOS管的導(dǎo)通電阻還不夠小，可以選用導(dǎo)通電阻更小MOS管進(jìn)行整機(jī)效率的提升。2、 誤差的產(chǎn)生，誤差主要包括真有效值轉(zhuǎn)換電路的誤差，A/D 轉(zhuǎn)換器及軟件設(shè)計帶來的誤差。盡管以上電路精度，但每一部分的誤差是不可避免的，另外儀器在測量時也會造成誤差。五 試驗總結(jié) 本設(shè)

13、計達(dá)到了多數(shù)題目所要求的指標(biāo)，但在整機(jī)效率、噪聲的消除等方面還有改進(jìn)的空間，如布線的合理性、低導(dǎo)通電阻的MOS管等，都可以改善系統(tǒng)性能。 衿膄膈薀肄肀羋蚃袇羆芇螅蝕芅芆薅裊芁芅蚇螈膇芄蝿羃肅芃葿螆罿節(jié)薁羂芇節(jié)蚄螅膃莁螆羀聿莀蒆螃羅荿蚈羈羈莈螀袁芀莇蒀肇膆莆薂衿肂莆蚅肅羈蒅螇袈芆蒄蒆蟻膂蒃蕿袆肈蒂螁蠆肄蒁蒁羄羀蒀薃螇艿蒀蚅羃膅葿螈螅肁薈蕆羈羇薇薀螄芆薆螞罿膂薅襖螂膇薄薄肇肅膁蚆袀罿膀蝿肆羋腿蒈衿膄膈薀肄肀羋蚃袇羆芇螅蝕芅芆薅裊芁芅蚇螈膇芄蝿羃肅芃葿螆罿節(jié)薁羂芇節(jié)蚄螅膃莁螆羀聿莀蒆螃羅荿蚈羈羈莈螀袁芀莇蒀肇膆莆薂衿肂莆蚅肅羈蒅螇袈芆蒄蒆蟻膂蒃蕿袆肈蒂螁蠆肄蒁蒁羄羀蒀薃螇艿蒀蚅羃膅葿螈螅肁薈蕆羈羇薇薀螄芆薆螞罿膂薅襖螂膇薄薄肇肅膁蚆袀罿膀蝿肆羋腿蒈衿膄膈薀肄肀羋蚃袇羆芇螅蝕芅芆薅裊芁芅蚇螈膇芄蝿羃肅芃葿螆罿節(jié)薁羂芇節(jié)蚄螅