低頻功率放大器設計與制作

實用低頻功率放大器設計與制作組員：翟吉慶章磊楊濤1方案設計與電路原理分析根據(jù)題目任務，我們設計有四個基本電路：①正弦波一方波轉換電路②弱信號前置放大級電路③功率放大電路④自制穩(wěn)壓電源電路。為提高該電路的實用功能，我們考慮在②、③兩電路間加上跨導增益調節(jié)電路控制增益，用數(shù)字顯示電路模擬顯示其增益謂節(jié)程度，其組成電路的結構框圖如圖1。為滿足題目規(guī)定的指標要求，減小非線性失真，提高電路的高頻和低頻特性，我們決定在前置放大電路和跨導增益調節(jié)電路中采用集成運放NE5534，在正弦波一方波轉換電路中采用集成雙運放NE5532。因為同眾多的運放相比，NE5532和NE5534具有高精度、低噪音高阻抗、高速、寬頻帶等優(yōu)良性能，被稱為“運放之皇”。其具體指標參數(shù)為：轉換頻率為15V／us，增益帶寬積為10MHz，直流增益為10^5倍，最高工作電壓為士22V。這種運放的高速轉換性能可大大改善電路的瞬態(tài)性能，較寬的帶寬能保證信號在低、中、高頻段均能不失真輸出，使電路的整體指標大大提高。1．1正弦波一方波轉換電路如圖2所示，利用運放在開環(huán)狀態(tài)下的飽和特性，正弦波信號經過兩級運放放大后，產生了正弦波飽和失真的方波信號，由于輸出方波幅值遠大于題目要求，于是采用開關三飯管e腳與c腳短接當成兩個二極管削波(用兩個鍺開關管也可以)，便將電壓鉗制在7OOmV左右，然后通過電阻分壓，最終得到題目要求的正負極性對稱的200mVp—p的方波信號。由于該電路利用了高精度運放NE5532的開環(huán)狀態(tài)下的飽和特性和高轉換速率，因而輸出的方波信號瞬態(tài)特性好，上升沿和下降沿都非常睫，能達到題設要求。1．2前置放大電路如圖3所示，從信號源輸出的信號非?；杖?5～700mv)，只有經過放大之后，這種信號才能激勵功率放大器，前置放大由運放NE5534擔任，為彌補前置放大部分由運放產生的微小零漂和因布線等原因造成的失真，①腳與⑧腳之間接調零電阻，⑤腳與⑧腳之間接補償電容。該電路增益可由公式計算，調節(jié)電位器可以改變電路的增益。跨導信號增益調節(jié)電路如圖4所示，由前置放大級輸出的電平信號若直接經電位器調節(jié)再送入功率放大器，當調節(jié)電位器時，由于電位器的性能和接觸碳膜的影響會使放大級的工作狀態(tài)和性能受到影響，同時電位器的調節(jié)噪聲也將放大輸出。該電路則能避免這些影響。該電路是通過改變跨導(G)來控制放大器增益的。如圖，電位器wa滑動端向右移時，輸入電流對輸出電壓的變化率變小，而當滑動端向左側移動時，情況正相反。因而改變了放大器的增益。該增益調節(jié)電路由運放NE5534組成，其調節(jié)范圍為O～20dB。1．3功率放大電路如圖5所示，電路采用了由菲利浦公司生產的一種高保真功率放大集成IC——TDA15l4A。該集成IC具有在功率范圍內失真小，效率高等特點，同時該集成電路具有較完善的保護功能，有以下幾個特點：①高輸出功率;②補償電壓低;③抗波動能力強;④靜嗓／備用裝置(靜噪時間由外部延遲元件決定);⑤過熱保護;⑥能防止靜電放電;⑦開關斷開或合上時無“嗒噠”聲;⑧熱阻板低;◎安全操作保護;@短路保護。其內部框圖如圖6所示，主要參數(shù)如表1所示。在POR條件下，測功放輸出波形：2．3數(shù)據(jù)結果分析實測數(shù)據(jù)均達到或超過題目所要求指標，如下表3所示：(RL=8Ω)3發(fā)揮與創(chuàng)新部分3．1低噪聲跨導信號增益控制裝置具體電路功能與原理分析見方案設計與電路原理分析部分。3．2增益調節(jié)程度用數(shù)字模擬顯示電路圖如圖8所示，數(shù)字顯示部分由1個三位半數(shù)字表頭組成，基準電壓由+5v電壓分壓而來，基準電壓范圍為0.000~0．999V，此電壓調整由跨導信號增益控制器的同軸電位器W3B調節(jié)，使其顯示與增益調節(jié)程度同步。3．3提高效率由于采用高效率的功放集成塊TDA1514A和低內阻大功率的電源及太電容濾波電路(兩組IOOOOuF／5OV)，使整個電路效率較高。在額定功率下，該功放效率達到了62%，超過了基本要求指標。3．4減小非線性失真采用優(yōu)質高速運放NE5534作前置放大及增益控制，使前級信號最大限度地不失真輸出，經實測，該功放輸出波形非線性失真僅為0．56%，遠小于題設基本要求3．5擴展帶寬BW前置NE5534的退耦電容由47uF增至1000uF時，輸出波形低頻特性太大改善，而在功放電路中取消自舉電路，又使瞬態(tài)性能太大提高，從而提高了低頻、高頻特性，擴展了帶寬。4焊接與整機裝配調試信號輸入前置放大部分，最容易感受到噪聲干擾．因此，我們把正弦波一方波轉換電路安裝在面板上，采用一點接地焊接，信號輸入輸出線均采用盡量短的屏蔽線。這樣我們就有效士的提高了放大器的抗干擾能力，使其達到系統(tǒng)指標要求。后級功放電路所需電源功率較大，為使太信號也能不失真輸出，必須使電流暢通無阻地供給功放級。因而在電源焊接工藝上，我們采用粗銅線將正、負電源及地分別連上焊牢，以減少其接觸電阻。整機調試時，用示波器逐級檢查在輸入方波信號情況下的輸出波形若有波形失真，則通過判斷其是否為高頻失真(表現(xiàn)為有過沖量)，還是低頻失真(表現(xiàn)為上升沿和下降沿變斜或出現(xiàn)四角)來改變電路中相應的阻、容元件參數(shù)，使之最終達到指標要求．電路中各部分耦合電容均采用鉭電容，電阻則采用金屬膜電阻，使整機性能增加。制作功放的整體效果與焊接、布線關系密切，為防止噪聲干擾，減少失真，機內各電路板裝配非常講究，本功率放大器電源部分和前置部分分別置于機箱相對的角上，以免前置級引入變壓器干擾，同時，強弱信號也盡量分開，以免產生反饋自激。信號輸入線采用屏蔽線，以減少外部干擾。整機內部裝配圖如圖9所示，同時，為使面板不致呆板，設計時，在面板上布置大接線桂數(shù)字顯示，引出測試點。整個面板美觀大方，布局工整，便于測試．面板圖如圖10所示參考資料：1來楓堵等編譯·世界集成電路特性大全(菲利普、三