模電功率放大器電路課設(shè)

1、吉林工程技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文功率放大器電路設(shè)計(jì)院系： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 緒論2第一章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)31.1 功率放大電路31.1.1 功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象31.1.2 參數(shù)公式及計(jì)算41.1.3 功率放大電路的工作原理4第 二 章 集成功率放大器52.1 功率放大器特點(diǎn)62.2 功率放大器的工作狀態(tài)62.3 功率放大器的散熱7第三章 電路板選擇、焊接和調(diào)試83.1萬用電路板選擇和焊接8第四章 在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施104.1 在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施10第五章 心得體會(huì)11參考文獻(xiàn)12附

2、錄13緒論這次的模擬電路課程設(shè)計(jì)題目為音頻功率放大器，簡(jiǎn)稱音頻功放，音頻功率放大器主要用于推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，凡發(fā)聲的電子產(chǎn)品中都要用到音頻功放，比如手機(jī)、MP4播放器、筆記本電腦、電視機(jī)、音響設(shè)備等給我們的生活和學(xué)習(xí)工作帶來了不可替代的方便享受利用BJT構(gòu)成放大電路，根據(jù)所給的三極管及電阻，電容計(jì)算放大電路的增益利用集成放大器件LM386構(gòu)成功率放大，使揚(yáng)聲器發(fā)。集成功放塊的種類很多。由三級(jí)電壓放大，一級(jí)功率放大以及偏置、恒流、反饋、退耦電路組成。最主要的組件為集成功放塊，它的內(nèi)部電路與一般分立元件功率放大器不同，通常包括前置級(jí)、推動(dòng)級(jí)和功率級(jí)等幾部分。有些還具有一些特殊功能（消除噪聲、短路保護(hù)

3、等）的電路。其電壓增益較高（不加負(fù)反饋時(shí)，電壓增益達(dá)7080db，加典型負(fù)反饋時(shí)電壓增益在40db以上）第一章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.1 功率放大電路1.1.1 功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。研究對(duì)象：（1） 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。（2） 效率更高由于輸出功率大，因此直流電源消耗的哦那個(gè)綠也大，這就存在一個(gè)效率問題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電

4、源供給的直流功率的比值。這個(gè)比值越大，意味著效率越高。（3） 非線性失真要小功率放大電路是在大信號(hào)下工作，所以不可避免地會(huì)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(duì)主要矛盾。但是，在不同場(chǎng)合下，對(duì)非線性失真的要求不同，例如，在測(cè)量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個(gè)問題顯得很重要，而在工業(yè)控制系統(tǒng)等場(chǎng)合中，則以輸出功率為主要目的，對(duì)非線性失真的要求就將為次要問題了。（4） 功率器件的散熱問題在功率放大電路中，有相當(dāng)大的功率消耗在管子的集電結(jié)上，使結(jié)溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為一個(gè)重要問題。此外

5、，在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)功率，器件承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性就比較大，所以功率管的損壞與保護(hù)問題也不容忽視。1.1.2 參數(shù)公式及計(jì)算 圖2-1 參數(shù)計(jì)算公式圖1.1.3 功率放大電路的工作原理功放的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是將音源播放的各種聲音信號(hào)進(jìn)行放大，以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，從技術(shù)角度看，功放好比一臺(tái)電流的調(diào)制器，它將交流電轉(zhuǎn)變對(duì)直流電，然后受音源播放聲音信號(hào)控制，將不同大小的電流，按照不同的頻率傳輸給揚(yáng)聲器，這樣揚(yáng)聲器就發(fā)出相應(yīng)大小、相應(yīng)頻率的聲音了。其中電路中的電流大小可以通過電位器，實(shí)現(xiàn)在電路中線路的電流方向和大小的改變。本電路屬于共射極放大電路

6、，其中三極管和集成塊實(shí)現(xiàn)放大作用。在放大電路中設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)事必不可少的。因?yàn)榉糯箅娐返淖饔檬菍⑽⑷醯妮斎胄盘?hào)驚醒不失真地放大，為此，電路中的BJT必須始終工作在放大區(qū)，如果沒有直流電壓和電流，則在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)BJT始終是截止的，因而輸出電壓沒有變化量，即使輸入電壓幅值足夠大，BJT也只能在輸入信號(hào)正半周大于Vth的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，這必然使得輸出電壓出現(xiàn)嚴(yán)重失真。所以必須要給放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)于動(dòng)態(tài)工作情況，此時(shí)，BJT各極電流及電壓都將在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上隨輸入信號(hào)作相應(yīng)的變化?；鶚O發(fā)射極間的電壓Vbe=Vbeq+Vbe,Vbe是Vs在發(fā)射結(jié)上產(chǎn)生的交流電壓。當(dāng)Vbe的幅值小于

7、Vbeq,且使發(fā)射結(jié)上所加正向電壓仍然大于Vth時(shí)，Vbe隨Vs的變化必然導(dǎo)致受其控制的基本電流ib、集電極電流ic產(chǎn)生相應(yīng)變化，即ib=Ibq+ib,ic=Icq+ic,其中ic=ib是交流電流。集電極發(fā)射極間的電壓vce也將發(fā)生變化。因此，電壓在靜態(tài)Vceq的基礎(chǔ)上將減小。在vs的負(fù)半周，情況則相反，于是vce與vs是反向的。將vcs用適當(dāng)方式取出來，作為該放大電路的輸出電壓。只要選擇合適的電路參數(shù)，就可以使輸出電壓的幅度比輸入電壓的幅度大得多，實(shí)現(xiàn)電壓放大的作用。阻尼系數(shù)是功放額定輸出阻抗，它是取揚(yáng)聲器輸入阻抗和放大器輸出內(nèi)阻之間的比例，并表示對(duì)某一個(gè)過程中進(jìn)行變化的物理量加以抑制的狀態(tài)

8、。在揚(yáng)聲器中，要抑制振膜在沒有信號(hào)輸入的情況下所作的慣性振動(dòng)。揚(yáng)聲器的振膜是不能用機(jī)械阻尼方式來制動(dòng)的，它只能使用電磁方式的阻尼，而這種方式要求系統(tǒng)必須盡量處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。 前面曾說到揚(yáng)聲器會(huì)很容易進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，當(dāng)輸入信號(hào)消失后的一瞬間，揚(yáng)聲器振膜在慣性作用下還在振動(dòng)。此時(shí)會(huì)在音圈中產(chǎn)生出一個(gè)感應(yīng)電壓，這時(shí)如果放大器輸出內(nèi)阻不大時(shí)，就相當(dāng)于在揚(yáng)聲器端子上并接一個(gè)小電阻，音圈上的感應(yīng)電壓就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大值的電流流經(jīng)放大器的內(nèi)部線路，就是說揚(yáng)聲器這時(shí)已成為電源，而放大器的功率輸出級(jí)線路卻變成負(fù)載。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這個(gè)電流是音圈在永久磁鐵的磁場(chǎng)中振動(dòng)所產(chǎn)生的，所以這個(gè)音圈電流肯定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和振動(dòng)

9、方向相反的力去抵消振動(dòng)。放大器的內(nèi)阻越小，電流就越大，抵消慣性振動(dòng)的作用也就越強(qiáng)。揚(yáng)聲器在重播低頻時(shí)的振幅最大，所造成的慣性振動(dòng)也最嚴(yán)重，如果此時(shí)不加以抑制會(huì)使低頻控制力變差，缺乏力度、彈性和層次感，但過份抑制則會(huì)使聲音變得干瘦。第 二 章 集成功率放大器2.1 功率放大器特點(diǎn) （1）輸出功率大 為此要求放大電路的輸出電壓和輸出電流都要有足夠大的變化量。所謂最大輸出功率指在正弦波輸入信號(hào)下，輸出波形不超過規(guī)定的非線性失真時(shí)，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積 （2）具有較高的效率 放大電路輸出給負(fù)載的功率是由直流電源提供的。在輸出功率比較大的情況下，效率問題尤為突出。如果功率放大電

10、路的效率不高，不僅將造成能量的浪費(fèi)，而且消耗在電路內(nèi)部的電能將轉(zhuǎn)換成為熱量，使管子、元件等溫度升高，因而要求選用較大容量的放大管和其他設(shè)備，很不經(jīng)濟(jì)。 （3）盡量減小非線性失真 由于在功率放大電路中，三極管的工作點(diǎn)在大范圍內(nèi)變化，使管子特性曲線的非線性問題充分暴露出來，因此輸出波形的非線性失真比之小信號(hào)放大電路要嚴(yán)重得多。在實(shí)際的功率放大電路中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求來規(guī)定允許的失真度范圍。 （4）性能指標(biāo)分析以功率為主 著重計(jì)算輸出功率，管子消耗功率、電源供給功率和效率。由于功率管處于大信號(hào)工作狀態(tài)，分析計(jì)算時(shí)只能采用圖解法估算，不能用微變等效電路法分析。2.2 功率放大器的工作狀態(tài)在分析電路工作

11、情況時(shí)，常用三極管在信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的角度作為工作狀態(tài)分類的標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)，管子都有電流流通，即導(dǎo)通角=2，稱為甲類工作狀態(tài)，如下圖(a)所示，此時(shí)三極管的靜態(tài)工作電流比較大；在整個(gè)輸入信號(hào)周 內(nèi)，管子只有半周期有電流流通的，即導(dǎo)通角=的稱為乙類工作狀態(tài)，如圖（b）所示；在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)，管子有半個(gè)多周期有電流流通，即導(dǎo)通角<<2，則稱為甲乙類工作狀態(tài)，如圖（c）所示圖 功率放大器的工作狀態(tài)甲類放大的優(yōu)點(diǎn)是波形失真小，但由于靜態(tài)工作電流大，故管耗大，放大電路效率低，所以主要應(yīng)用于小功率放大電路中。乙類與甲乙類放大由于管耗小，放大電路效率高，在功率放大器中已獲得廣

12、泛的應(yīng)用。2.3 功率放大器的散熱在功率放大器中，功率管中流過的信號(hào)電流大，管子又存在一定壓降，因此功率管功率消耗較大，其中大多被處于較高反偏電壓的集電結(jié)承受轉(zhuǎn)化為熱量，使集電結(jié)溫度升高。 當(dāng)溫度超過手冊(cè)中規(guī)定的最高允許結(jié)溫TjM時(shí)，將使管子損壞。這就限制了功率管的管耗。如果采用散熱措施，在相同結(jié)溫下，可提高管子所承受允許最大管耗，使功率放大電路有較大功率輸出而不損壞管子。一般功率管極限功耗的大小與管子環(huán)境溫度、散熱途徑和散熱狀況有關(guān)。為了描述管子的散熱情況，在管芯溫度與環(huán)境溫度存在的溫差下，將熱量傳輸時(shí)所受的阻力用熱阻RT表示，類似于電流流過導(dǎo)體時(shí)，存在電阻對(duì)電流阻力的概念，與U1-U2=I

13、R關(guān)系相類似，則有 TjM-Ta=PCMaRT （1）式中Ta為環(huán)境溫度，PCMa表示在Ta=25 時(shí)而結(jié)溫上升到TjM時(shí)管子允許所能承受最大功耗。RT則表示傳輸單位功率時(shí)溫差變化度數(shù)，其單位為/W。PCMa和TjM均為大功率管手冊(cè)上可查閱給定的極限參數(shù)。在相同熱阻RT的條件下，若環(huán)境溫度變?yōu)門2，此時(shí)管子結(jié)溫達(dá)到TjM允許最大功耗PCM2與熱阻有下列關(guān)系 TjMT2PCM2RT 由式（1）和（2）可得 第三章 電路板選擇、焊接和調(diào)試3.1萬用電路板選擇和焊接萬用電路板俗稱“洞洞板”。相比專業(yè)的PCB制版，洞洞板(萬用電路板)具有以下優(yōu)勢(shì)：使用門檻低，成本低廉，使用方便，擴(kuò)展靈活。比如在大學(xué)生

14、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，作品通常需要在幾天時(shí)間內(nèi)爭(zhēng)分奪秒地完成，所以大多使用洞洞板。洞洞板的選擇目前市場(chǎng)上出售的洞洞板主要有兩種，一種焊盤各自獨(dú)立(圖1，以下簡(jiǎn)稱單孔板)，另一種是多個(gè)焊盤連在一起(圖2，以下簡(jiǎn)稱連孔板)，單孔板又分為單面板和雙面板兩種。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，單孔板較適合數(shù)字電路和單片機(jī)電路，連孔板則更適合模擬電路和分立電路。因?yàn)閿?shù)字電路和單片機(jī)電路以芯片為主，電路較規(guī)則;而模擬電路和分立電路往往較不規(guī)則。分立元件的引腳常常需要連接多根線，這時(shí)如果有多個(gè)焊盤連在一起就要方便一些。當(dāng)然這并不絕對(duì)，每個(gè)人的喜好不一樣，選擇自己用起來比較順手的就OK了。另外，需要區(qū)分兩種不同材質(zhì)的洞洞板：銅板和錫

15、板。銅板的焊盤是裸露的銅，呈現(xiàn)金黃色，平時(shí)應(yīng)該用紙包好保存，以防止焊盤氧化，萬一焊盤氧化了(焊盤失去光澤、不好上錫)，可以用棉棒蘸酒精清洗或用橡皮擦拭。焊盤表面鍍了一層錫的是錫板，焊盤呈現(xiàn)銀白色，錫板的基板材質(zhì)要比銅板堅(jiān)硬，不易變形。他們的價(jià)格也有區(qū)別，以大小為100 cm2(10cm×10cm)的單面板為例：銅板價(jià)格34元，錫板78元，一般每平方厘米不超過8分錢。焊接前的準(zhǔn)備在焊接洞洞板之前需要準(zhǔn)備足夠的細(xì)導(dǎo)線(圖3)用于走線。細(xì)導(dǎo)線分為單股的和多股的(圖4)：?jiǎn)喂捎矊?dǎo)線可將其彎折成固定形狀，剝皮之后還可以當(dāng)作跳線使用;多股細(xì)導(dǎo)線質(zhì)地柔軟，焊接后顯得較為雜亂洞洞板具有焊盤緊密等特點(diǎn)

16、，這就要求我們的烙鐵頭有較高的精度，建議使用功率30W左右的尖頭電烙鐵。同樣，焊錫絲也不能太粗，建議選擇線徑為0.50.6mm的。3.2洞洞板的焊接方法對(duì)于元器件在洞洞板上的布局，大多數(shù)人習(xí)慣“順藤摸瓜”，就是以芯片等關(guān)鍵器件為中心，其他元器件見縫插針的方法。這種方法是邊焊接邊規(guī)劃，無序中體現(xiàn)著有序，效率較高。但由于初學(xué)者缺乏經(jīng)驗(yàn)，所以不太適合用這種方法，初學(xué)者可以先在紙上做好初步的布局，然后用鉛筆畫在洞洞板正面(元件面)上，繼而也可以將走線規(guī)劃出來，方便自己焊接。洞洞板的焊接方法，一般是利用前面提到的細(xì)導(dǎo)線進(jìn)行飛線連接，飛線連接沒有太多的技巧，但應(yīng)盡量做到水平和豎直走線，整潔清晰(圖5)?，F(xiàn)

17、在網(wǎng)上流行一種方法叫錫接走線法，如圖6所示，工藝不錯(cuò)，性能也穩(wěn)定，但比較浪費(fèi)錫。純粹的錫接走線難度較高，受到錫絲、個(gè)人焊接工藝等各方面的影響。如果先拉一根細(xì)銅絲，再隨著細(xì)銅絲進(jìn)行拖焊，則簡(jiǎn)單許多。洞洞板的焊接方法是很靈活的，因人而異，找到適合自己的方法即可第四章 在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施4.1 在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施（1)電源電壓不允許超過極限值，不允許極性接反，否則集成塊將遭損(2)電路工作時(shí)絕對(duì)避免負(fù)載短路，否則將燒毀集成塊。(3)接通電源后，時(shí)刻注意集成塊的溫度，有時(shí)，未加輸入信號(hào)集成塊就發(fā)熱過甚，同時(shí)直流毫安表指示出較大電流及示波器顯示出幅度較大，頻率較高

18、的波形，說明電路有自激現(xiàn)象，應(yīng)即關(guān)機(jī)，然后進(jìn)行故障分析，處理。待自激振蕩消除后，才能重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第五章 心得體會(huì)心得體會(huì) 本學(xué)期我們開設(shè)了電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）課，這門學(xué)科屬于電子電路范疇，與我們的專業(yè)有著密切的聯(lián)系，且是理論方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行?！睂W(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期暨電路剛學(xué)完之際，緊接著來一次模擬電子線路課程設(shè)計(jì)是很及時(shí)、很必要的。這樣不僅能加深我們對(duì)電子電路的認(rèn)識(shí)，而且還及時(shí)、真正的做到了學(xué)以致用。 生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，才真正意識(shí)到我們只有通過勤奮的努力，才能夠真正體會(huì)到科技帶給人類的幸福。 在整個(gè)電路課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷地在遇到問題和解決問題之中盤旋。例如在硬件制作，電路板的焊接上慢慢元件連接起來的時(shí)候，手里握著電焊鐵，直冒青煙