帶前置的音頻功率放大電路設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào):模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)帶前置放大的音頻功率放大器系部名稱： 電 氣 工 程 系 專業(yè)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)老師： 趙 玉 菊班級(jí)名稱： 學(xué)生姓名： 完成日期 ：2014年12月26日 課 程 設(shè) 計(jì) 評(píng) 定 表姓名楊燦學(xué)號(hào)20134122存檔號(hào)系別電氣工程系專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)工1303班課程設(shè)計(jì)題目帶前置放大的音頻功率放大器指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：簽名： 年 月 日 1課程設(shè)計(jì)成績(jī)：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日2答辯成績(jī)：答辯小組組長(zhǎng)簽名：年 月 日3綜合成績(jī)：備注：1.“課程設(shè)計(jì)成績(jī)”一項(xiàng)由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程的表現(xiàn)及課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)評(píng)定，滿分100分。2.“答辯成績(jī)”一項(xiàng)由指導(dǎo)

2、老師根據(jù)答辯情況評(píng)定，滿分100分。3.“綜合成績(jī)”=“課程設(shè)計(jì)成績(jī)”*80%+“答辯成績(jī)”*20%。2工1303模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目名稱帶前置放大的音頻功率放大器課題來(lái)源自擬指導(dǎo)教師趙玉菊起止日期2014年 12 月 22 日 至 2014年12 月 26 日設(shè)計(jì)內(nèi)容及主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)要求：1前置放大器的放大倍數(shù)為10倍，使用單電源低噪聲集成運(yùn)放NE5534、OP-27A。2功率放大采用LA4100、或LM386、或其他型號(hào)。3音量可調(diào)，雜音小。4有電源退耦，無(wú)自激震蕩。設(shè)計(jì)要求及目標(biāo)1 結(jié)合帶前置放大的音頻功率放大器電路設(shè)計(jì)獨(dú)立地開(kāi)展電子電路的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。2 掌握Multisim

3、繪制電路圖的方法。3 掌握Multisim軟件仿真的方法。4 掌握查閱手冊(cè)或其它資料的方法，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。使用的工具軟件Multisim仿真軟件提交的設(shè)計(jì)資料1系統(tǒng)框圖2單元電路圖3電路原理圖4仿真電路圖5元器件明細(xì)表6設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)進(jìn) 度 計(jì) 劃階段日期計(jì)劃完成工作量指導(dǎo)教師檢查意見(jiàn)備注1天布置任務(wù)及調(diào)研0.5天方案確定及原理框圖的繪制1天單元電路設(shè)計(jì)及元器件的選擇0.5天電路圖繪制及仿真1天撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告1天驗(yàn)收電路基礎(chǔ) 教研室2014年5月10日摘要本電路設(shè)計(jì)采用前置放大電路和音頻功率放大電路相結(jié)合的放大模式，前者采用有NE5534對(duì)電壓進(jìn)行放大，后者采用性能優(yōu)良的LM18

4、75對(duì)電壓和電流放大，給音響放大器的負(fù)載（揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，希望輸出的功率盡可能大，輸出的信號(hào)的非線形失真盡可能的小，效率盡可能的高。在前置放大和功放之間加上一個(gè)滑動(dòng)變阻，就保證了音量可調(diào)，除此之外，加上相應(yīng)的旁路電容又使得電路具有電源退偶等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)例電路圖和已經(jīng)給定的原件參數(shù)，使用Multisim10軟件模擬電路，并對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)分析，動(dòng)態(tài)分析，顯示波形圖，計(jì)算數(shù)據(jù)等操作。關(guān)鍵詞：音頻功率放大電路 性能優(yōu)良 音量可調(diào) 雜音小 目錄 一引言6 二電路設(shè)計(jì)總方案及原理框圖721原理框圖822電路設(shè)計(jì)總方案8三各單元電路的方案設(shè)計(jì)831信號(hào)源發(fā)生器的設(shè)計(jì)832信號(hào)源發(fā)生器

5、電路圖933弱信號(hào)前置放大級(jí)電路方案設(shè)計(jì)1034弱信號(hào)前置放大級(jí)電路圖1035音頻功率放大電路方案設(shè)計(jì)1136音頻功率放大電路圖1237直流穩(wěn)壓電源1338保護(hù)電路13四仿真軟件Multism10介紹13五電路仿真1451總電路圖1452應(yīng)用Multisim 10進(jìn)行的仿真結(jié)果15六儀器儀表明細(xì)清單16七總結(jié)16八參考文獻(xiàn)18一引言功率放大器在家電、數(shù)碼產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，與我們?nèi)粘Ｉ钣兄芮嘘P(guān)系。隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越注重視覺(jué)，音質(zhì)的享受。在大多數(shù)情況下，增強(qiáng)系統(tǒng)性能，如更好的聲音效果，是促使消費(fèi)者購(gòu)買產(chǎn)品的一個(gè)重要因素。低頻功率放大器作為音響等電子設(shè)備的后即放大電路，它的主要

6、作用是將前級(jí)的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大以推動(dòng)負(fù)載工作，獲得良好的聲音效果。同時(shí)低頻功率放大器又是音響等電聲設(shè)備消耗電源能量的主要部分。因此設(shè)計(jì)出實(shí)用、簡(jiǎn)潔、低價(jià)格的低頻功率放大器是一個(gè)發(fā)展方向。功率放大器隨著科技的進(jìn)步是不斷發(fā)展的，從最初的電子管功率放大器到現(xiàn)在的集成功率放大器，功率放大器經(jīng)歷了幾個(gè)不同的發(fā)展階段：電子管功放 晶體管功放 集成功放。功放按不同的分類方法可分為不同的類型，按所用的放大器件分類，可分為電子管式放大器、晶體管式功率放大器（包括場(chǎng)效應(yīng)管功率放大器）和集成電路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶體管和集成電路式功率放大器為主，電子管功率放大器也占有一席之地。電子管功

7、率放大器俗稱膽機(jī)，電子管功放的生產(chǎn)工藝相當(dāng)成熟，產(chǎn)品的穩(wěn)定性很高，而離散性極小，特別是它的工作機(jī)理決定了它的音色十分溫柔，富有人情味，因而成為重要的音響電路形式。電子管電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，期缺點(diǎn)是輸出變壓器、電源變壓器的繞制工藝稍麻煩，耗電大、體積大、有一定的使用期限。因此在實(shí)際使用中有一定的局限性?，F(xiàn)在大功率晶體管種類很多，優(yōu)質(zhì)功放電路也層出不窮，因此晶體管功率放大器是應(yīng)用最廣泛的形式。人們研制出許多優(yōu)質(zhì)新型電路使功放的諧波失真，很容易減少到0.05%以下。場(chǎng)效應(yīng)管是一種很有潛力的功率放大器件，它具有噪聲小、動(dòng)態(tài)范圍大、負(fù)溫度特性等特點(diǎn) ，音色和電子管相似，保護(hù)電路簡(jiǎn)單。場(chǎng)效應(yīng)

8、管生產(chǎn)技術(shù)還在不斷發(fā)展，場(chǎng)效應(yīng)管放大器將有更為強(qiáng)大的生命力。由于集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，集成電路功率放大器也大量涌現(xiàn)出來(lái)，其工藝和指標(biāo)都達(dá)到了很高水平，它的突出特點(diǎn)是體積小、電路簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全。二電路設(shè)計(jì)總方案及原理框圖21原理框圖如圖2.1負(fù)載信號(hào)源功率放大電路前置信號(hào)放大電路直流穩(wěn)壓電源保護(hù)電路圖2.1 22電路設(shè)計(jì)總方案根據(jù)任務(wù)要求，設(shè)計(jì)總電路主要需要弱信號(hào)前置放大級(jí)電路和功率放大電路兩個(gè)基本電路，其中前置級(jí)主要完成小信號(hào)的電壓放大任務(wù)；功率放大級(jí)則實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的電壓和電流放大任務(wù)。直流穩(wěn)壓源則是為整個(gè)運(yùn)放提供能量。信號(hào)源發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號(hào)。三各單元電路的方案設(shè)計(jì)31信號(hào)源發(fā)

9、生器的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)信號(hào)源發(fā)生器我們采用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常使用的低頻信號(hào)發(fā)生器就是一種正弦波振蕩電路，大功率正弦波振蕩電路還可以直接為工業(yè)生產(chǎn)提供能源，例如高頻加熱爐的高頻電源。此外，如超聲波探傷、無(wú)線電和廣播電視信號(hào)的發(fā)送和接收，都離不開(kāi)正弦波振蕩電路。采用集成運(yùn)放741作為放大電路。741是單片高性能內(nèi)補(bǔ)償運(yùn)算放大器。具有較寬的共模電壓范圍，在使用中不會(huì)出現(xiàn)閂鎖現(xiàn)象。可用作積分器、求和放大器及普通反饋放大器。該芯片具有如下特點(diǎn)：1、不需外部頻率補(bǔ)償：2、具有短路保護(hù)；3、失調(diào)電壓調(diào)到零的能力；4、較寬的共模和差模電壓范圍；5、功耗低；6、無(wú)阻塞現(xiàn)象。7、該器件有兩種工作

10、溫度范圍；741M -55125741C 070圖3.1為741引腳圖及引腳功能說(shuō)明:圖3.132信號(hào)源發(fā)生器電路圖RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路圖如圖3.2所示,其中集成運(yùn)放741作為放大電路,RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是選頻網(wǎng)絡(luò),而且,當(dāng)f=f0時(shí)，它是一個(gè)接成正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)。R12和R13支路引入一個(gè)負(fù)反饋。圖3.2仿真結(jié)果如下圖3.3圖3.3調(diào)節(jié)電位器R4，觀察電路的輸出情況。由虛擬示波器可見(jiàn)，當(dāng)減小R4至一定值時(shí)，電路當(dāng)不再振蕩。增大R4至一個(gè)合適的值時(shí)，電路能夠振蕩，且輸出波形較好。繼續(xù)增大R4，當(dāng)R4的值太大時(shí)，輸出波形嚴(yán)重失真。將R4調(diào)到60%，輸出波形正常，從示波器上測(cè)得正弦波的周期T=475

11、s，則振蕩頻率為f0=1/T=2.105kHz。33弱信號(hào)前置放大級(jí)電路方案設(shè)計(jì)弱信號(hào)前置放大電路必須由低噪聲、高保真、高增益、快響應(yīng)、寬帶音響集成電路構(gòu)成。符合上述條件的集成電路有：M5212、LM5213、LM1875、TDA1514、NE5532、NE5534等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用NE5534，因?yàn)橥姸嗟倪\(yùn)放相比, NE5534具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、寬頻帶的優(yōu)良性能，是前置信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)的常用元件。用次元件可打打改善電路瞬態(tài)性能，使得信號(hào)不失真輸出，使電路的整體指標(biāo)大大提高。NE5534極限參數(shù)如下表3.1：NE5534的極限參數(shù)表參數(shù)符號(hào)NE5534單位電源電壓Vcc

12、77;22V差分輸入電壓Vdif±13V輸入電壓Vi提供電壓V功耗，TA=25PD1100mW工作溫度TOPR070表3.1NE5534引腳圖及各引腳功能如圖3.4所示圖3.434弱信號(hào)前置放大級(jí)電路圖弱信號(hào)前置放大級(jí)電路圖如圖3.5所示圖3.5任務(wù)要求放大器的放大倍數(shù)為10倍，而根據(jù)模電所學(xué)知識(shí)。易求得次電路的放大倍數(shù)A=1+R3/R1=10?？梢酝瞥鯮3/R1=9。所以，可取R1=1K，R3=9K，而根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，我們知道R2的阻值應(yīng)該等于R1和R3并聯(lián)的阻值，所以R2取0.9 K。即可實(shí)現(xiàn)此電路。采用Multisim10軟件對(duì)其進(jìn)行仿真。根據(jù)實(shí)際情況，取Ui=10v、60Hz

13、。Vee=-15V、Vcc=15V。輸出接萬(wàn)用表，測(cè)的的結(jié)果下圖3.6所示。圖3.6可以得出：Uo/Ui約等于10，所以根據(jù)仿真結(jié)果，證明理論正確。35音頻功率放大電路方案設(shè)計(jì)方案一:根據(jù)題目要求功率放大電路可由分立元件組成組成。分立元件組成的功率放大電路，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當(dāng)，元件性能優(yōu)良，設(shè)計(jì)和調(diào)試的好，則性能也很優(yōu)良。 在分立元件組成功率放大電路中由三極管、二極管、電阻、電容等器件組成的核心電路，提供了自由調(diào)整的余地。但分立元件組成的功率放大電路只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，則性能會(huì)低于一般集成功率放大電路。而且為了不致過(guò)載、過(guò)流、過(guò)熱等損壞元件，需要加以復(fù)雜的保護(hù)電路。方案二:集

14、成功率放大電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設(shè)計(jì)具有復(fù)合保護(hù)電路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定，無(wú)須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡(jiǎn)單，保護(hù)功能齊全。通過(guò)方案比較，采用集成功放電路更有優(yōu)勢(shì)。所以,本單元電路選用方案二.本系統(tǒng)采用集成功放LM1875構(gòu)成低頻功率放大器電路。LM1875是一個(gè)輸出功率最大可達(dá)到30W的音頻功率放大器，Avo為90dB,失真率為0.015%(1KHz,20W)，帶寬為70 KHz，具有AC和DC短路保護(hù)電路和熱保護(hù)電路，電源電壓范圍為1660V，采用TO-220封裝。LM1875極限參數(shù)如表3. 2LM1875的參數(shù)表電壓范圍：?jiǎn)坞妷?66

15、0V ,或±30V靜態(tài)電流：50mA輸出功率：30W諧波失真：0.015%，當(dāng)f=1kHz，RL=8，P0=20W時(shí)額定增益：26dB，當(dāng)f=1kHz時(shí)工作電壓：±25V轉(zhuǎn)換速率：18V/S (9V/S) 圖3.7表3.2LM1875的引腳圖如圖3.7所示：3.6音頻功率放大電路圖如圖3.8所示為音頻功率放大電路圖。圖3.8輸入信號(hào)Vi經(jīng)過(guò)C1耦合到LM1875的腳，功率放大后從腳輸出。R9、C3串聯(lián)接在輸出端用以抑制自激震蕩。R3、R4組成反饋網(wǎng)絡(luò)。C2為直流負(fù)反饋電容，直流負(fù)反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，而對(duì)放大電路的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能沒(méi)有影響，動(dòng)態(tài)性能指放大倍數(shù)、通頻帶、輸入

16、及輸出電阻等。C4、C5、C6、C7使電源具有電源退藕。R5為輸入接地電阻，防止輸入靠路時(shí)引起感應(yīng)噪聲；C1為信號(hào)耦合電容， 耦合指信號(hào)由第一級(jí)向第二級(jí)傳遞的過(guò)程。采用8歐負(fù)載電阻代替音響，可對(duì)其功率進(jìn)行計(jì)算約為20W。 37直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源部分則為整個(gè)功放電路提供能量，根據(jù)以上設(shè)計(jì)的前置放大級(jí)電路和功率放大級(jí)電路的要求，需要穩(wěn)壓電源輸出直流電壓+15V、-15V。38保護(hù)電路功率放大級(jí)采用LM1875，該集成電路內(nèi)部設(shè)有過(guò)載過(guò)熱及感性負(fù)載反向電勢(shì)安全工作保護(hù)，所以不需要另外的保護(hù)電路。四仿真軟件Multism10介紹Multisim軟件是迄今為止，在電路級(jí)仿真上表現(xiàn)最為出色的軟件，有

17、了Multisim軟件，就相當(dāng)于擁有了一個(gè)設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，可以非常方便的從事電路設(shè)計(jì)、仿真、分析工作。Multisim軟件前身是是加拿大IIT公司在20世紀(jì)八十年代后期推出的電路仿真軟件EWB（Electronics Workbench），后來(lái)，EWB將原先版本中的仿真設(shè)計(jì)模塊更名為Multisim,之后又相繼推出了Multisim2001、Multisim 7等各個(gè)版本。Multisim10界面直觀，操作方便，元器件和儀器的圖形與實(shí)物外形十分接近，且儀器的操作開(kāi)關(guān)、按鍵也與實(shí)物極為相似。作為Multisim仿真軟件的最新版本，Multisim10不僅完善了以前版本的基本功能，更增加了許多新

18、的功能，包括：1.更完備的元器件庫(kù)。2.靈活方便的電路圖輸入工具。3.虛擬儀器和測(cè)試功能。4.支持MCU（微控制器）仿真。5.具有PCB文件的轉(zhuǎn)換功能。Multisim10有很多自身獨(dú)特的特色，他有所見(jiàn)即所得的設(shè)計(jì)環(huán)境；互動(dòng)式的仿真界面；動(dòng)態(tài)顯示元件；具有3D效果的仿真電路；虛擬儀表；分析功能與圖形顯示窗口等等。五電路仿真51總電路圖如圖6.1圖6.11852應(yīng)用Multisim 10進(jìn)行的仿真結(jié)果圖6.2 縱坐標(biāo)代表振幅，即信號(hào)的強(qiáng)弱，橫坐標(biāo)代表相位，從圖中可看出，信號(hào)是放大的，不失真，相位差非常小。 音量大小調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值大小，輸出波形縱坐標(biāo)發(fā)生變化，即音量大小變化，但相位差不變。圖6.4圖6.3 如圖6.3為調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器到30%，圖6.4為調(diào)到60%。通過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)輸出波形幅值發(fā)生變化，相位差相差不大。六儀器儀表明細(xì)清單序號(hào)器件類型數(shù)量（個(gè)）備注1NE5534運(yùn)算放大器1274113LM1875功率放大器14鋁電解電容2.2uf15鋁電解電容25nf26鋁電解電容2.2uf電容17鋁電解電容22uf18鋁電解電容100nf29瓷片電容22uf110瓷片電容220uf2111/4W10k偽金膜電阻1121/4W3k偽金膜電阻1131/4W1k偽金膜電阻電阻3141/4W2k偽金膜電阻1151/4W5.6k偽金膜電阻