模電課程設(shè)計(jì)-音頻功率放大器

1、 摘要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。我主要采用了兩種方法對(duì)其進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，一種利用了A386集成芯片對(duì)其進(jìn)行放大輸出，另一種是利用二極管進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱電路，即分立元件進(jìn)行設(shè)計(jì)放大。期間遇到了不少問題，不過好在在老師的指導(dǎo)，同學(xué)的幫助下終于成功調(diào)試成功，聽到了悅耳的嗡嗡聲，設(shè)計(jì)題目也算比較圓滿的完成了。在設(shè)計(jì)的過程中，首先對(duì)自己的設(shè)計(jì)思路有個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，即對(duì)音頻功率放大器的原理了解，在查

2、閱了很多資料，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)器材有了初步了解以后，利用課本及一些資料上所描述的同相放大電路和甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的基本知識(shí)，通過對(duì)兩種方法的對(duì)比評(píng)析確定了下面的課程設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)步驟開始研究探討設(shè)計(jì)任務(wù)及要求音頻功率放大器原理分析1設(shè)計(jì)概述1、1音頻功率放大器的設(shè)計(jì)作為模擬電子課程設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)，本課題提出的音頻功率放大器性能指標(biāo)比較低，主要采用理論課程里介紹的運(yùn)算放大集成電路和功率放大集成電路來構(gòu)成音頻功率放大器。1、1、1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求采用運(yùn)算放大集成電路和功率放大集成電路設(shè)計(jì)音頻功率放大器，其要求如下：輸入信號(hào)為vi=10mV,頻率f=lKHz;額定輸出功率Po2W；負(fù)載阻抗RL=8Q。

3、1、1、2功率放大器的基本原理音頻功率放大器實(shí)際上就是對(duì)比較小的音頻信號(hào)進(jìn)行放大，使其功率增加，然后輸出。其原理如圖（一）所示，前置放大主要完成對(duì)小信號(hào)的放大，使用一個(gè)同向放大電路對(duì)輸入的音頻小信號(hào)的電壓進(jìn)行放大，得到后一級(jí)所需要的輸入。后一級(jí)的主要對(duì)音頻進(jìn)行功率放大，使其能夠驅(qū)動(dòng)電阻而得到需要的音頻。設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)整機(jī)電路做出適當(dāng)安排，確定各級(jí)的增益分配,然后對(duì)各級(jí)電路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。Pomax=8W輸出電壓U=、,PomaxR=8V，要使輸入為10mv的信號(hào)放大L到輸出的8V，所需的總放大倍數(shù)為800?？傮w設(shè)計(jì)思路框圖:音頻功率放大器各級(jí)增益的分配，前級(jí)電路電壓放大倍數(shù)為4

4、音頻功放的電壓放大倍數(shù)為200。（二）設(shè)計(jì)過程2、1第一種設(shè)計(jì)方案：2、1、1前端放大器的設(shè)計(jì)由于話筒提供的信號(hào)非常弱，要在音調(diào)控制級(jí)前加一個(gè)前置放大器?？紤]到設(shè)計(jì)電路對(duì)頻率響應(yīng)及零輸入時(shí)的噪聲、電流、電壓的要求，前置放大器選用集成運(yùn)算放大器LF353。前置放大電路是由LF353放大器組成的一級(jí)放大電路，放大倍數(shù)為4，艮卩1+R2/R1=4，取R2=30KO,R1=10KO，所用電源Vcc=+12V，Vee=-12V。經(jīng)過前級(jí)運(yùn)放的放大，由Av=4，可以得到Ui=40mv。于是我們得Ui010mv到了下一級(jí)功率放大電路的輸入電壓，即為Ui=40mv。2、1、2功率放大器的設(shè)計(jì)由于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)儀器

5、的限制及要求，我們的第一種方案選用了A386型單片集成功率放大電路，其主要特點(diǎn)是：上升隨率咼、瞬態(tài)互調(diào)失真?。惠敵龉β时容^大；外圍電路簡(jiǎn)單，使用方便；體積小；內(nèi)含各種保護(hù)電路，工作安全可靠。我們選擇功率運(yùn)放電路的增益為200,即把A386的運(yùn)放調(diào)節(jié)電路兩端短路。由Av=U0=200;Ui所以U0=8V;進(jìn)而得出P0=UO2=64V=8WRL8Q然后連接上負(fù)載，可以聽到響亮的蜂鳴聲，實(shí)驗(yàn)成功。其中Cl=220uf,C2=0.1uf,C3=10uf,C4=0.1uf,R3=4.7K,RL=8.AU0Av=實(shí)驗(yàn)用電路圖Ui其中Cl=220uf,C2=0.1uf,C3=10uf,C4=0.1uf,Rl

6、=30KO,R2=10K,R3=4.7K,RL=8.2、2第二種設(shè)計(jì)方案：2、2、1前端放大器的設(shè)置在前端放大器設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)一相同，即由LF353放大器組成的一級(jí)放大電路，不過將放大倍數(shù)設(shè)置為40,即1+R2/R1=40,取R2=390KQ,R1=10KQ,所用電源Vcc=+12V,Vee=-12V。一級(jí)功率放大電路的輸入電壓。=40，可以得到一級(jí)功率放大電路的輸入電壓。=40，可以得到Ui=400mv。于是我們得到了下2、2、2功率放大器的設(shè)計(jì)這一部分的功率放大電路選用了分立元器件組成的功率放大器，其結(jié)構(gòu)就是集成功率放大器的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)就是對(duì)于電路結(jié)構(gòu)了解的清晰明了，更好的掌握

7、電路。缺點(diǎn)就是復(fù)雜，難理解，使用起來非常不方便，而且容易損壞器件。由前級(jí)放大得到的電路得到了輸入電壓Ui=400mv,然后輸入功率放大器，其中的T1又對(duì)信號(hào)的電壓進(jìn)行放大，T1選擇3DG6三極管，它的放大倍數(shù)1030，可以得到電壓U0：4v12v，由P0=得到P0;2w18w符合P02w的要求。RL用得到的功率連接負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，聽到響亮的蜂鳴聲，設(shè)計(jì)成功。2、2、3實(shí)驗(yàn)用電路圖其中參數(shù)：R1=1OK,R2=390KR3=1K,R4=10K,R5=10K,R6=47K,RL=8,C1=14.7uf,C2=100uf,T1選擇3DG6,T2選擇3DG6,T3選擇3DG21,D1選擇2CP10,D2

8、選擇2CP10o3、1設(shè)計(jì)方案的選擇3、1、1第一種方案的評(píng)述通過對(duì)兩種方案的比較我們可以看出，第一種方案無疑是比較好的方案，我們可以從這幾個(gè)方面來作為依據(jù)選擇第一種方案。按照第一種方案我們可以達(dá)到課程設(shè)計(jì)所要達(dá)到的要求，結(jié)果比較準(zhǔn)確，受外界干擾較小，而且第一種方案的實(shí)現(xiàn)非常的簡(jiǎn)單，電路容易理解，實(shí)驗(yàn)容易進(jìn)行，能夠盡少的減小實(shí)驗(yàn)的成本，而且這種方案的主要器件有自我保護(hù)的措施，能夠更好的保護(hù)實(shí)驗(yàn)器件，減少不必要的損失。3、1、2第二種方案的評(píng)述第二種方案在某些情況下也可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，但是有其不可避免的缺點(diǎn)以及不合理性，下面對(duì)其作出評(píng)析：q對(duì)于三極管T1來說，它的放大倍數(shù)是不確定的，這就導(dǎo)致了輸

9、出功率的不確定，直接導(dǎo)致了第二種方案有可能不能夠滿足課程設(shè)計(jì)的要求。從第二種方案的設(shè)計(jì)我們可以得到：由前級(jí)放大得到的電路得到了輸入電壓Ui=40Omv,然后輸入功率放大器，其中的T1又對(duì)信號(hào)的電壓進(jìn)行放大，T1是3DG6三極管，它的放大倍數(shù)為1030倍，可以得到電壓UO：4v12v，由P0=U得到P0：RL2w18w符合P02w的要求。功率P0的范圍是2W18W最大不失真輸出的功率：pamax=2*=2=9w通過第二種方案得到的功率的范圍是不符合最大不失真輸出功率的要求的，而且通過對(duì)第二種方案的電路圖的分析我們可以看出，第二種方案的電路圖比較復(fù)雜，連接比較困難，理解也是比較困難的，所以這種方案

10、在最終確定的時(shí)候是要被舍棄的。3、1、3方案的最終確定最大不失真輸出的功率：pmax=2*F=2*8=9w；每支晶體管的最大允許管耗Pcm0.2Pom=1.8W;最大集電極電流5罟=5反向擊穿電壓IUecol2Ucc=24v。通過對(duì)第一種方案的分析可以看出它的設(shè)計(jì)是符合以上功率放大電路的各種要求的。再結(jié)合以上的各種評(píng)論，我們有充足的理由選擇第一種方案。4、1、1元器件清單前級(jí)功放的元器件：集成運(yùn)算放大器LF353,R2=30KQ,R1=10KQ;功率運(yùn)算放大器的元器件：集成功放A386,C1=220uf,C2=0.1uf,C3=10uf,C4=0.1uf,R3=4.7KQ,RL=8Q。函數(shù)型號(hào)

11、發(fā)生器，萬用表，雙蹤示波器5、1設(shè)計(jì)心得體會(huì)歷時(shí)一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，這給我們帶來了不可磨滅的深刻印象，尤其是對(duì)于未知的探索，對(duì)錯(cuò)誤的尋找，這個(gè)過程是充滿樂趣和成就感的，在連接電路的過程中，遇到了不少問題，包括原理的理解，實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)，以及在電路連接過程中不可避免的與設(shè)計(jì)思想相違背，不能出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況，經(jīng)過對(duì)問題的分析及對(duì)線路，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的進(jìn)一步調(diào)試，才一步步的解決問題，并最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這一周的課程設(shè)計(jì)中，我的收獲是巨大的，首先，在專業(yè)知識(shí)的理解與掌握上更進(jìn)了一步，通過對(duì)所不理解的專業(yè)知識(shí)的查找，并最終將其理解掌握，而且融入到設(shè)計(jì)理念中，這是一個(gè)不斷成長(zhǎng)和成熟的過程。第二，我學(xué)會(huì)了

12、怎么去做一個(gè)設(shè)計(jì)者，再設(shè)計(jì)的過程中，我們必須不斷提高，必須通過不間斷的學(xué)習(xí)來解決一個(gè)又一個(gè)難題，更重要的是遇到難題時(shí)我們應(yīng)該抱有一個(gè)平淡的心態(tài)，以一個(gè)尋求答案的，渴望的思想去找到解決問題的方法，最終將問題解決。第三，我明白了怎么去做一個(gè)合作者。在一個(gè)設(shè)計(jì)中，一個(gè)人的力量是渺小的，只有在小組成員的共同努力下，才能更好的完成任務(wù)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)待不懂的問題要及時(shí)詢問，竭盡全力得到自己想要的知識(shí)。第四，我明白了基本的理論知識(shí)和實(shí)踐設(shè)計(jì)的差別，好多理論上可以執(zhí)行的東西有時(shí)候是調(diào)試不出來的，這時(shí)候就要去自己尋找錯(cuò)誤，有時(shí)候是電路連接，有時(shí)候是實(shí)驗(yàn)設(shè)備的問題。而且把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中時(shí)也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，需要不斷的探尋和調(diào)試才可以達(dá)到目的。最后，這次課程設(shè)計(jì)讓我得到了很多在課堂上無法獲得的知識(shí)，以及解決問題的方法，對(duì)我來說，這是一次成功的課