基于LM386的簡單功放系統(tǒng)設(shè)計可行性報告

1、電子線路課程設(shè)計課題1：基于LM386的簡單功放系統(tǒng)設(shè)計一、 系統(tǒng)概述、設(shè)計思路功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載（揚聲器）提供一定的輸出概率。當(dāng)負(fù)載一定時，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能小，效率盡可能高。功放常見的電路形式有OTL（Output Transformer less）和OCL(Output Capacitor less)電路。有用集成運算放大器和晶體管組成的功放，也有專用集成電路功放。LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻或電容，便可將電壓增益調(diào)

2、為任意值，直至200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，工作電壓范圍寬,4-12V or 5-18V，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW, 且外圍元件少。設(shè)計功放電路由輸入級、中間級和輸出級三部分組成的。輸入級是由100的耦合電容及100的電位器組成的，它具有隔直、調(diào)節(jié)音量及增益的作用。 中間級是由集成運放LM386以及由R2、R7、C2等組成的可調(diào)增益放大電路。輸出級是由低通濾波器及揚聲器組成的，其中L1為高頻扼流圈。由于該電路為雙聲道功率放大器，所以下部分電路與上部分電路完全對稱，故電路原理同上。二、系統(tǒng)組成與工作原理1、 LM386的工作原理LM386是一個

3、單電源供電的音頻功放，為美國國家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品，采用8引線雙列直插封裝和貼片式*其集成電路的引腳、功能及數(shù)據(jù)引腳2：反相輸入端；引腳3：同相輸入端；引腳4：接地端；引腳5：輸出端；引腳6：工作電源引入端；引腳1與8：電壓增益設(shè)定端；引腳7與地之間串接旁路電容，  旁路電容容值一般取10F。*其內(nèi)部電路如下由圖可知，該集成OTL型功放電路的常見類型，與通用型集成運放的特性相似，是一個三級放大電路：第一級為差分放大電路；第二級為共射放大電路；第三級為準(zhǔn)互補輸出級功放電路。第一級為差分放大電路，T1和T3、T2和T4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T1

4、和T2的有源負(fù)載；T3和T4信號從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。第二級為共射放大電路，T7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。第三級中的T8和T9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管T10構(gòu)成準(zhǔn)互補輸出級。二極管D1和D2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了

5、深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。當(dāng)1腳和8腳之間開路時，電壓增益為26db；若在1腳和8腳之間接阻容串聯(lián)元件，則增益可達46DB，改變阻容值則增益可在26db-46db之間任意選取。電阻值越小增益越大。、*其主要性能參數(shù)如下參數(shù)名稱符號單位測試條件參考值電源電壓VccV4-12靜態(tài)電流IccmAVcc=6V,vi=04-8輸出功率PomWVcc=6V,Rl=8歐，THD=10%325帯寬BWkHZVcc=6v,1腳、8腳斷開300 總波行失真THD%VCC=6V，RL=8歐，Po=125mWf=1kHz,1腳、8腳斷開0.2輸入阻抗Ri千歐50由于LM386具有外接元件少、電

6、源電壓VCC使用范圍寬（VCC=4-12V）、靜態(tài)電流小(4mA)、失真度低、靜態(tài)功耗低（VCC=  6V時為24mW）等優(yōu)點，因而在便攜式無線電設(shè)備、收音機、錄音機、小型放大設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。2功放電路圖如下：如圖，該電路是由輸入級、中間級和輸出級三部分組成的。輸入級是由100的耦合電容及100的電位器組成的，它具有隔直、調(diào)節(jié)音量及增益的作用。 中間級是由集成運放LM386以及由R2、R7、C2等組成的放大電路。其工作原理如下：輸入信號通過C1耦合，由反相輸入端輸入運放，需要大增益時，將開關(guān)J2閉合，集成運放5輸出端經(jīng)過R2反饋到反相端，形成電壓并聯(lián)反饋。根據(jù)反相比例運算關(guān)系可知

7、，當(dāng)R1滑點在中點時，放大倍數(shù)約為-50。當(dāng)R1滑點在底端，運算放大器的輸入端被短路，對低頻信號來說負(fù)反饋增強，增益下降，反之亦然。同時滑動R1時還可調(diào)節(jié)輸入電壓，當(dāng)R1滑點在底端時，輸入電壓為零，此時增益也最?。划?dāng)R1滑點在頂端時，輸入電壓為輸入音頻交流電壓，且此時增益也最大。（此時應(yīng)調(diào)節(jié)R7使運放固有增益最大，約為200）當(dāng)僅需要小增益時，將開關(guān)J2斷開，靠運放固有放大增益放大，在LM386的1腳和8腳之間有一只外接可變電阻和電容，可調(diào)節(jié)可變電阻將電壓增益調(diào)為任意值，直至200（反向放大）。同時滑動R1還可調(diào)節(jié)輸入電壓，當(dāng)R1滑點在底端時，輸入電壓為零，音量也為零；當(dāng)R1滑點在頂端時，輸入

8、電壓為輸入音頻交流電壓。輸出級是由低通濾波器及揚聲器組成的，其中L1為高頻扼流圈。當(dāng)高頻噪聲被L1扼制，通過R3及C5流入地線。低音頻信號通過L1、C6后，流經(jīng)揚聲器放出音樂。由于該電路為雙聲道功率放大器，所以下部分電路與上部分電路完全對稱，故電路原理同上。三、單元電路的設(shè)計與分析1、 輸入級如圖，100的耦合電容及100的電位器起隔直、調(diào)節(jié)音量及增益的作用。 對于音頻信號3003.4KHz，100的耦合電容阻抗為0.475.2，之所以選擇10的可變電阻，是防止電流太大燒毀R1.2、 中間級集成運放LM386以及由R2、R7、C2等組成的放大電路。輸入信號通過C1耦合，由反相輸入端輸入運放，當(dāng)

9、開關(guān)J2閉合時，集成運放5輸出端經(jīng)過R2反饋到反相端，形成電壓并聯(lián)反饋。根據(jù)反相比例運算關(guān)系可知，當(dāng)R1滑臂在中點時，如果放大倍數(shù)約為-50，則，可知R2約為250，根據(jù)市場上電阻阻值有240和270，同時為保證50的增益，故選擇270。當(dāng)開關(guān)J2斷開時，在LM386的1腳和8腳之間有一只外接可變電阻和電容，可調(diào)節(jié)可變電阻將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。根據(jù)LM386的資料，當(dāng)1腳和8腳之間什么都不接，放大增益為-20，當(dāng)1腳和8腳之間接10的電容，放大增益為-200，當(dāng)1腳和8腳之間有一只外接可變電阻和電容，可調(diào)節(jié)可變電阻將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。3、 輸出級由低通濾波器及揚聲器組

10、成。其中L1為高頻扼流圈。對于音頻信號3003.4KHz，1.0mH的線圈阻抗為1.921.3，對于100KHz高頻噪聲，1.0mH的線圈阻抗約為630，故可選1.0mH的線圈作為高頻扼流圈。當(dāng)高頻噪聲被L1扼制，通過R3后及C5流入地線。3003.4KHz的低音頻信號通過L1、R3后，C5的阻抗約為0.9911，故只能流經(jīng)C6，后經(jīng)過揚聲器放出音樂。另外C6起隔直和耦合的作用：隔斷直流電壓，因為直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈，同時耦合音頻的交流信號。4、 電源電源由9V的直流電源供電，此直流電源由220V交流電源經(jīng)變壓器輸出9V的直流電壓。開關(guān)可控制電源連接和斷開。另外電源并接220和10

11、nF的電容，兩個電容器可濾去變壓器提供的直流電源中的紋波，使供給運放的9V電壓保持恒定。四、元器件明細表元器件名稱參數(shù)備注C1100電解電容2C2220電解電容3C310電解電容4C410nF1C547nF2R12702R2102R310可變電阻器4L11mH2電源適配器220V交流到9v直流1LM3862開關(guān)3五、調(diào)試所需的儀器設(shè)備儀表工具：萬用表、MP3、示波器、電烙鐵。六、設(shè)計的難點和可能出現(xiàn)的問題設(shè)計的難點在于使用兩種增益對音頻信號就行放大，當(dāng)需要小增益時，可斷開反饋電阻上的開關(guān)J2、J3，用LM386本身的放大增益進行放大，若需要大增益放大時，將LM386增益調(diào)至最大，同時將J2、J

12、3閉合，滑動音量調(diào)節(jié)鈕即可大范圍調(diào)節(jié)輸入電壓及增益。第二個難點在于輸出級，用高頻扼流圈阻止高頻信號通過，流入地線?？赡艹霈F(xiàn)噪聲問題：盡管LM386的應(yīng)用非常簡單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產(chǎn)生非常討厭的噪聲。因此需要注意以下幾點：1、 在PCB設(shè)計時，所有外圍元件盡可能靠近LM386。2、 同時地線盡可能粗一些；輸入音頻信號通路盡可能平行走線，輸出亦如此。3、 另外選好調(diào)節(jié)音量的電位器也可以降噪，質(zhì)量要稍微好點的，阻值10K最合適，太大也會影響音質(zhì)。4、 需要加裝第7腳（BYPASS）的旁路電

13、容。實際應(yīng)用時，BYPASS端必須外接一個電解電容到地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。在器件上電、掉電時的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳變所致，因此增大這個電容的容值，可減緩直流基準(zhǔn)電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。另外在焊接該電路時，防止出現(xiàn)燒壞電路板等問題，應(yīng)注意以下幾點：1、首先要收集齊所需的元件，并對元器件的質(zhì)量（參數(shù)等）進行判定。（注意：預(yù)留的集成塊管腳的空間要準(zhǔn)確，不能有太大的誤差；同時二極管、電解電容的極性一定不能接反。）2、進行元器件的焊接時，必須在集成塊焊好的情況下才能接著對二極管、RC元件及導(dǎo)線等進行焊接，且動作一定要干凈利落。3、在確認(rèn)電路焊接無誤后，開始進行電路的調(diào)試。先把電源接上，用萬用表對集成運放LM386的各引出管腳測出它們之間的電壓與電流，并與其參考值進行對比，看看是否有明顯的差距，判斷集成電路工作是否正常。七、預(yù)期達到的性能指標(biāo) 輸出功率:在8負(fù)載上輸出每路不少于0.5W的不失真功率，其相對應(yīng)的音樂功率為1W。頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)反映功率放大器對音頻信號各頻率分量的放大能力，功率放大器的頻響范圍應(yīng)不底于人耳的聽覺頻率范圍，因而在理想情