OTL音頻功率放大器課程設計報告

..模擬電路課程設計報告設計課題：OTL音頻功率放大器專業(yè)班級：學生姓名：學號：指導教師：設計時間：OTL音頻功率放大器一、設計任務與要求①設音頻信號為vi=10mV,頻率f＝1KHz;;②額定輸出功率Po≥2W；③負載阻抗RL=8Ω；失真度γ≤3%；用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計電路所需的正負直流電源。二、方案設計與論證此次課程設計的任務是OTL音頻功率放大器，音頻功率放大器是音響系統(tǒng)中不可缺少的重要部分，其主要任務是將音頻信號放大到足以推動外接負載，如揚聲器、音響等。功率放大器的主要要求是獲得不失真或較小失真的輸出功率，討論的主要指標是輸出功率、電源提供的功率。由于要求輸出功率大，因此電源消耗的功率也大，就存在效益指標的問題。由于功率放大器工作于大信號，使晶體管工作于非線性區(qū)，因此非線性失真、晶體管功耗、散熱、直流電源功率的轉換效率等都是功放中的特殊問題。

集成功率放大器和分立元件功率放大器相比，具有體積小、重量輕、調試簡單、效率高、失真小、使用方便等優(yōu)點，使其得到迅猛發(fā)展。在通用領域基本取代分立元件功放。1直流電源部分設計思路穩(wěn)壓部分濾波部分整流部分電源變壓器 輸出電壓穩(wěn)壓部分濾波部分整流部分電源變壓器波形轉化如下： 2功能部分根據(jù)實驗要求,最后輸出功率為大于2W，Po=U0/RL,RL=8Ω,又Po≥2W，所以得Uo≥4V，而最大不失真電壓為LM386輸出的最大不失真電壓=Vcc/2,而我們設計的直流電壓源輸出電壓為12v，所以=12/2=4.24v，4.24>4，，所以能達到要求。設計要求輸入vi=10mV，也就是要求放大倍數(shù)大于400倍，但是LM386的最大放大倍數(shù)為200倍，遠不能實現(xiàn)，所以在LM386之前要用uA741進行放大。方案一：先用電壓串聯(lián)負反饋進行放大，放大倍數(shù)為十倍，然后再進行LM386的放大，放大時在1和8號腳之間用可調電位器調節(jié)。方案二：先用共基單管放大器進行放大，放大倍數(shù)為十倍，然后再進行LM386的放大，放大時在1和8號腳之間用可調電位器調節(jié)。兩種方案的總體評價：方案一電路結構簡單，元器件較少，易于焊接價格相對便宜。方案二電路結構較復雜，元器件較多，不易焊接價格相對較高，晶體管容易受溫度影響且調節(jié)靜態(tài)工作點比較復雜。但總體來講兩種方案均可行，我選擇方案一。三、單元電路設計與參數(shù)計算1直流電源部分變壓：用變壓器（220~15的變壓器）將交流220變?yōu)楦边呺妷篣2=15v，整流部分：用橋式整流法對交流進行整流，（用N4007二極管）整流后電壓為Uo1=0.9U2=13.5V濾波部分：用大電容（3300的電解電容），因為設計中要求輸出正負12V所以要用兩個大電容，濾波之后電壓為Uo2=1.2U2=18V穩(wěn)壓：分別用LM7812和LM7912進行穩(wěn)壓，將電壓穩(wěn)定在正負12V，要注意對穩(wěn)壓塊的保護，所以安裝保護二極管，最后的輸出部分應裝發(fā)光二極管，觀察電路是否導通。為了確保電路的安全，在電路前先安裝保險管。2其電路圖如下：濾波電容容量較大，一般采用電解電容器。電容濾波電路利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。濾波電路輸出電壓波形3.本實驗的穩(wěn)壓電路，主要使用了集成塊：78系列及79系列。78××系列輸出為正電壓，輸出電流可達，如××系列和××系列的輸出電流分別為和它們的輸出電壓分別為5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V等7檔。和78××系列對應的有79××系列，它輸出為負電壓，如表示輸出電壓為–12V和輸出電流為故稱之為三端式穩(wěn)壓器。這類集成穩(wěn)壓器的外形圖如圖所示:2功能部分電壓串聯(lián)負反饋電路原理分析：根據(jù)虛短，==；虛斷，=；基本共基極電路：原理分析：用LM386實現(xiàn)的第二級放大電路LM386的內部結構原理分析：根據(jù)深度負反饋和差分放大電路知識知：所以又因為方案一電路圖：基于以上分析：設計要求額定輸出功率Po≥2W，負載阻抗RL=8Ω；又Po≥2W，所以得Uo≥4V；設音頻信號為vi=10mV所以參數(shù)設計：令；所以又因為所以其中所以；；一般取方案二電路圖：參數(shù)設計：查閱資料;;令;;則直流電源設計圖：該直流源采用單相橋式整流法進行整流，用電容濾波電路進行濾波，采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓。原理分析：直流電源的輸入電壓為220v的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值與電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，在對交流電壓進行處理。變壓器副邊電壓有效值決定后面電路的需要。變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉換為直流電壓，即將正弦波電壓轉換為單一方向的脈動電壓。為了減小電壓的脈動，需通過低通濾波電路的濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出機僅為直流電壓。四．總原理圖及元器件清單1總原理圖直流電源功能部分2原件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注R1，單聯(lián)電位器10K10.8元/個R2單聯(lián)電位器100K10.8元/個R3定值電阻10Ω10.1元/個R4定值電阻10.8元/個R6定值電阻10.1/元個C1耐壓值50V0.05uf10.1元/個C2耐壓值50V220uF30.4元/個C3耐壓值50V3300uf21.5元/個C4耐壓值50V10uf20.2元/個C5耐壓值50V0.1uf30.2元/個集成運放uA74111元/個集成功率放大LM386電壓增益為26~46dB11.1元/個二極管D11N4007耐壓1000V,電流1A60.1元/個變壓器T3220~15V19元/個穩(wěn)壓器件LM7812輸出電壓12V，輸出電流100mA11.2元/個穩(wěn)壓器件LM7912輸出電壓-12V,輸出電流100mA11.2元/個發(fā)光二極管1.5~2V,10mA~20mA20.1元/個揚聲器DH8Ω5W12元/個五．安裝與調試（1）OTL音頻功率放大電路的安裝1.按照原理圖正確焊接電路，焊接時各器件布局合理，導線之間無交叉現(xiàn)象，焊點要實，不能虛焊，否則電路處于開路狀態(tài)，將導致實驗不成功2.注意集成塊uA741的管腳接法7號和4號要接直流電源，其中7號接+12V，4號腳接-12v，集成塊LM386的4號接地，6號接+12V，5號輸出，其他不要接的腳均要焊上而不能懸空。（2）OTL音頻功率放大電路的調試1.靜態(tài)調試時，將輸出端對地短路，用萬用表測該級輸出端對地的直流電壓。2.動態(tài)調試時，輸入端接入信號為vi=10mV,頻率f＝1KHz;用示波器觀測該級輸出波形，并測量各項性能指標是否滿足題目要求，如果相差很大，應檢查電路是否接錯，相應的地是否接上，元器件數(shù)值是否合乎要求，否則是不會出現(xiàn)很大誤差的。（3）直流電源的安裝1.各元器件按理論電路圖正確焊接，注意布局緊密，不出現(xiàn)虛焊或漏焊。2.注意7812和7912管腳的接法（4）直流電源的調試接通電源后，靜置一會待電路穩(wěn)定后沒出現(xiàn)任何故障（如芯片被燒等）再進行測量，若出現(xiàn)類似狀況應立即斷開直流電源，檢查問題所在再進行測量。用示波器觀察輸出波形。用萬用表分別測量變壓器原、副邊線圈的輸出電壓，濾波后的輸出電壓，7812，7912的輸入和輸出電壓。六．性能測試與誤差分析一．直流電壓源部分1.原邊電壓U0=220V,副邊電壓U2=12.5v，U2=-15.4v2.濾波后電壓U3=16.25,U4=-16.25。3.輸出電壓Uo1=11.75v,Uo2=-11.75v。4.穩(wěn)壓電勢差⊿U1=。⊿U2=16.25-11.75=4.5v。理論值為：U1=15v,U2=-15vU3=18v,U4=-18vUo1=12V,-12V誤差計算：副邊電壓誤差w1％=×100%=20%w2％=×100％=20％濾波電壓誤差w3％=×100%=9.7%w4％=×100％=9.7％輸出電壓誤差w5％=×100％=2.1％W6％=×100％=2.1％二．功能部分靜態(tài)：1.LM386靜態(tài)輸出U5Q=5.7V動態(tài)：1.輸入電壓為=10.0mv2.741放大輸出電壓：Uo1=100.1mv3.LM386輸出電壓Uo2:4.01v理論值靜態(tài)：LM386靜態(tài)輸出U5Q=5.875v動態(tài)：1.741放大輸出電壓：Uo1=100mv2.LM386輸出電壓:4.0v誤差計算：第一級放大倍數(shù)Au1===10.1第二級放大倍數(shù)Au2===40.06所以總的放大倍數(shù)為Au=Au1×Au2=10.1×40.06=404.6靜態(tài)輸出誤差：W(u5q)％=×100％=3％動態(tài)輸出誤差：1.放大倍數(shù)誤差%=×100%=1.2%2.輸出電壓誤差W％=×100％=0.25％三．誤差分析1.實驗儀器本身存在缺陷2.集成運放不是理想運放3.電阻參數(shù)不是標準的4．電源不標準，很難做到對稱5．焊接不緊會使得輸出數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或者說萬用表的指針不易穩(wěn)定，偏轉較明顯。6靜態(tài)工作點不是很理想七．結論與心得實驗使我對OTL放大器的知識更進一步的加深了，而且通過實踐升華了理論，提高了自己的動手能力。在過程中遇到的困難讓我們學會了如何更好更快的去解決實際問題。在試驗的初期沒有考慮到放大倍數(shù)，結果得達不到所設計的要求，后來經過分析要達到要求必須要用兩級放大電路。該電路必須用電容消除自激振蕩、濾去電源的高頻部分。通過實驗使我明白，在進行設計時，首先不要急于動手，要通過大量的理論計算和論證，論證合理后在進行實物的焊接；再者在進行實物的焊接時要考慮到安全因素，防止自己的心血白費了；然后我明白理論和實踐存在很大的差距，掌握理論知識知識我們學習的一部分，我們應該通過更多的實踐去豐富自己的能力，更好的掌握理論。八．參考文獻1、《電工電子實踐指導》（第二版），王港元主編，江西科學技術出版社（2005）2、《電子線路設計、實驗、測試》（第二版），謝自美主編，華中理工大學出版社（2000）3、《電子技術課程設計指導》，彭介華主編，高等教育出版社（2000）4、童詩白華成英編《模擬電子技術基礎》高等教育出版社物理與電子信息學院模擬電路課程設計成績評定表專業(yè)：電子信息工程班級：學號：姓名：課題名稱OTL音頻功率放大器設計任務與要求1.設音頻信號為vi=10mV,頻率f＝1KHz;2.額定輸出功率Po≥2W；3.負載阻抗RL=8Ω；4.失真度γ≤3%；5.用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計電路所需的正負直流電源設計報告成績評分標準：=1\*GB3①有合理的方案設計和論證、電路參數(shù)的計算、總原理圖和清單。（0-20分）=2\*GB3②電路板制作、調試規(guī)范，有詳細制作和調試過程。（0-10分）=3\*GB3③電路板測試合理，對性能指標測試數(shù)據(jù)完整，正確；進行數(shù)據(jù)處理規(guī)范，進行了誤差計算和誤差分析。（0-15分）