大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)低頻功率放大器的設(shè)計(jì)與制作

1、目錄摘要 （2）第一章 方案設(shè)計(jì)與選擇 （3）第二章 電源 （4）2.1橋式整流電路 （4） 2.1.1 電路組成和工作原理（4）2.2 變壓器 （4） 2.2.1 分類（5）2.3 濾波原理（5）2.3.1電容濾波 （6）2.3.2 電容濾波電路的特點(diǎn)（7）2.4 穩(wěn)壓電源（8）2.4.1 集成穩(wěn)壓 （8）第三章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （9）第四章 安裝與調(diào)試過程 （10）第五章 總結(jié)與體會(huì) （12）第六章 致謝 （13）附錄一 （14）附錄二 （15）低頻功率放大器的設(shè)計(jì)與制作（分離件）作者：李明摘要：功率放大是一種能量轉(zhuǎn)換的電路，在輸入信號(hào)的作用下，晶體管把直流電源的能量，轉(zhuǎn)換成隨輸入信號(hào)變化的輸出

2、功率送給負(fù)載.整個(gè)電路主要由穩(wěn)壓電源、前置放大器、功率放大器、波形變換電路共4個(gè)部分構(gòu)成,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所選器件價(jià)格便宜,并給出了測(cè)試結(jié)果. 功率放大器的主要任務(wù)是為了獲得一定的不失真的輸出功率，一般在大信號(hào)狀態(tài)下工作。輸出信號(hào)去驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如：驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使之發(fā)出聲音；驅(qū)動(dòng)電機(jī)伺服電路，驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)備的偏轉(zhuǎn)線圈控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該功率放大器在放大倍數(shù)、效率、等方面具有較好的指標(biāo)、較高的實(shí)用性,為功率放大器的設(shè)計(jì)提供了廣闊的思路. 關(guān)鍵詞： 功率放大器 放大倍數(shù) 效率前 言隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、也豐富了人們的物質(zhì)文化生

3、活。其中功率放大器也隨著科技的不斷進(jìn)步得到了很大的發(fā)展功率放大器簡(jiǎn)稱功放,它和其它放大電路一樣，實(shí)際上也是一種能量轉(zhuǎn)換電路，這一點(diǎn)它和我們以前學(xué)的電壓放大電路沒有本質(zhì)區(qū)別。但是它們的任務(wù)是不相同的，電壓放大電路屬小信號(hào)放在電路，它們主要用于增強(qiáng)電壓或電流的幅度，而功率放大器的主要任務(wù)是為了獲得一定的不失真的輸出功率，一般在大信號(hào)狀態(tài)下工作。輸出信號(hào)去驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如：驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使之發(fā)出聲音；驅(qū)動(dòng)電機(jī)伺服電路，驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)備的偏轉(zhuǎn)線圈控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此它在實(shí)際的應(yīng)用中是很大的而本論文主要對(duì)低頻功率放大器的工作原理有詳細(xì)的介紹和分析通過此論文把我在大學(xué)3年的學(xué)習(xí)成果做了 個(gè)總結(jié)因此平時(shí)學(xué)到的很多知

4、識(shí)點(diǎn)在該論文中都得到了體現(xiàn)。在本論文寫作過程中參考了網(wǎng)絡(luò)和書籍，且引用了其中的部分資料，同時(shí)次論文的完成也離不開指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)，在此，一并向有關(guān)書刊雜志的作者及指導(dǎo)老師表示衷心的感謝。第一章 方案設(shè)計(jì)與選擇1、方案討論與選擇方案一：如圖1所示是變壓器耦合單管甲類功率放大器，圖中T1為輸入變壓器，T2為輸出變壓器，Rb1、Rb2組成分壓偏置電路，Re是直流負(fù)反饋電阻，用來穩(wěn)定工作點(diǎn)，Ce是交流旁路電容，Cb是偏置電路的旁路電容。圖1輸入變壓器T1倒相作用，使V1和V2兩管的基極信號(hào)大小相等、方向相反。輸出變壓器T2的初級(jí)也設(shè)有中心抽頭，分別將V1和V2兩管的集電極信號(hào)耦合到次級(jí)，使負(fù)載獲得輸

5、出信號(hào)。方案二：圖2 OTL 功率放大器電路圖2所示為OTL 低頻功率放大器。其中由晶體三極管T1組成推動(dòng)級(jí)（也稱前置放大級(jí)），T2、T3是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱的NPN和PNP型晶體三極管，它們組成互補(bǔ)推挽OTL功放電路。由于每一個(gè)管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于作功率輸出級(jí)。T1管工作于甲類狀態(tài)，它的集電極電流IC1由電位器RW1進(jìn)行調(diào)節(jié)。IC1 的一部分流經(jīng)電位器RW2及二極管D， 給T2、T3提供偏壓。調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3得到合適的靜態(tài)電流而工作于甲、乙類狀態(tài)，以克服交越失真。靜態(tài)時(shí)要求輸出端中點(diǎn)A的電位，可以通過調(diào)節(jié)RW1來實(shí)現(xiàn)，又由于RW1的一端

6、接在A點(diǎn)，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)也改善了非線性失真。當(dāng)輸入正弦交流信號(hào)U1時(shí)，經(jīng)T1放大、倒相后同時(shí)作用于T2、T3的基極，U1的負(fù)半周使T2管導(dǎo)通（T3管截止），有電流通過負(fù)載RL，同時(shí)向電容C0充電，在U1的正半周，T3導(dǎo)通（T2截止），則已充好電的電容器C0起著電源的作用，通過負(fù)載RL放電，這樣在RL上就得到完整的正弦波。C2和R 構(gòu)成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動(dòng)態(tài)范圍。經(jīng)過對(duì)2個(gè)方案的分析，第一種方案由于變壓器體積大、重量大、耗損大、頻率特性差、不易集成等都不如方案二。所以我們選擇了第二種方案第二章 電源下

7、圖就是我們做的輸出直流+5V穩(wěn)壓電源電路圖穩(wěn)壓電源由變壓部分、整流部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成，下面就各個(gè)部分分別介紹：2.1 變壓器變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。 2.2 橋式整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娮饔脤⒔涣麟娮儞Q成單方向的直流電的。因此，二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。常見的小功率整流電路，有半波整流、全波整流、和橋式整流等幾種。其中以橋式整流電路最為常用。為分

8、析簡(jiǎn)單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大2.2.1 電路組成和工作原理單相橋式整流電路如圖3所示，圖中，四個(gè)整流二極管D1D4接成電橋形式（故名橋式整流電路），其輸入是來自電源變壓器T副邊的正弦交流電壓u2(=2Usinwt )，其輸出加至要求直流供電的負(fù)載電阻上。需特別指出的是，整流橋的四個(gè)二極管，必須嚴(yán)格按照?qǐng)D3（A）所示的方式連接于A,B,C,D四點(diǎn)之間，否則，將導(dǎo)致變壓器短路。圖4（B）是橋式整流電路的簡(jiǎn)化畫法。圖3（A）圖4（B）由二極管的單向?qū)щ娦?，不難得出橋式整流電路的工作波形。當(dāng)u2=（2Usinwt ）處于正半周時(shí)，圖（A）所示電

9、路中的A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)二極管D1和D3處于正向偏置而導(dǎo)通,D2,D4則因反偏而截止。電源經(jīng)D1,D3向負(fù)載供電，輸出一個(gè)與u2正半波相同的電壓，同理，當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)，D1,D3轉(zhuǎn)為反偏而截止，D2與D4則因正偏而導(dǎo)通。電源經(jīng)D2,D4向負(fù)載供電，此時(shí)，u0=-u2,其波形與u2的正半波相同。 可見，在交流電壓u2變化一周時(shí)，負(fù)載Rl上得到的卻是單方向脈動(dòng)的電壓u0和電流i0。由于該電路在正弦電壓u2的正，負(fù)半周都有輸出，故稱這種整流方式為全波整流。 濾波電路主要由儲(chǔ)能元件電容，電感組成。下面著重介紹小功率整流電路中最常用的形式電容濾波電路。2.3 濾波原理交流電壓經(jīng)整流電路

10、整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性, 將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。2.3.1電容濾波RL接入（且RLC較大）時(shí) 如圖5所示電容通過RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，二極管截止，整流電路不為電容充電，uo會(huì)逐漸下降。圖52.3.2 電容濾波電路的特點(diǎn)(a) UL與RLC的 關(guān)系：RLC 愈大® C放電愈慢 ® UL(平均值)愈大一般?。篟LC (3-5)T/2 (T:電源電壓的周期)近

11、似估算: UL=1.2U2圖6(b) 流過二極管瞬時(shí)電流很大整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 ® iD的峰值電流越大(c) 輸出特性(外特性)輸出波形隨負(fù)載電阻 RL 或 C 的變化而改變, Uo 和S 也隨之改變。如: RL 愈小( IL 越大), Uo下降多, S 增大結(jié)論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。2.4 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電路的作用（圖8）圖82.4.1 集成穩(wěn)壓電源隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展,現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。本節(jié)主要介

12、紹常用的W7800系列三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)。三端集成穩(wěn)壓器分為固定式和可調(diào)式。其中固定式分為正穩(wěn)壓W 78××和負(fù)穩(wěn)壓W 79××(型號(hào)后××兩位數(shù)字代表輸出電壓值)。W78系列（輸出正電壓）；W79系列（輸出負(fù)電壓）輸出電壓額定電壓值有：5V、9V、12V、18V、24V。第三章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在整個(gè)測(cè)試過程中，電路不應(yīng)有自激現(xiàn)象。 1、 靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試按圖161 連接實(shí)驗(yàn)電路，將輸入信號(hào)旋鈕旋至零（ui=0）電源進(jìn)線中串入直流毫安表，電位器

13、 RW2置最小值，RW1 置中間位置。接通5V 電源，觀察毫安表指示，同時(shí)用手觸摸輸出級(jí)管子，若電流過大，或管子溫升顯著，應(yīng)立即斷開電源檢查原因（如RW2 開路，電路自激，或輸出管性能不好等）。如無異?，F(xiàn)象，可開始調(diào)試。 1) 調(diào)節(jié)輸出端中點(diǎn)電位UA 調(diào)節(jié)電位器RW1 ，用直流電壓表測(cè)量A 點(diǎn)電位，使。 2) 調(diào)整輸出極靜態(tài)電流及測(cè)試各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)RW2 ，使T2、T3管的IC2IC3510mA。 從減小交越失真角度而言，應(yīng)適當(dāng)加大輸出極靜態(tài)電流，但該電流過大，會(huì)使效率降低，所以一般以510mA左右為宜。由于毫安表是串在電源進(jìn)線中， 因此測(cè)得的是整個(gè)放大器的電流，但一般T1的集電極電流IC

14、1 較小，從而可以把測(cè)得的總電流近似當(dāng)作末級(jí)的靜態(tài)電流。如要準(zhǔn)確得到末級(jí)靜態(tài)電流，則可從總電流中減去IC1之值。調(diào)整輸出級(jí)靜態(tài)電流的另一方法是動(dòng)態(tài)調(diào)試法。先使RW20，在輸入端接入f1KHz的正弦信號(hào)ui。逐漸加大輸入信號(hào)的幅值，此時(shí)， 輸出波形應(yīng)出現(xiàn)較嚴(yán)重的交越失真（注意：沒有飽和和截止失真），然后緩慢增大RW2 ，當(dāng)交越失真剛好消失時(shí)，停止調(diào)節(jié)RW2 ，恢復(fù)ui0 ，此時(shí)直流毫安表讀數(shù)即為輸出級(jí)靜態(tài)電流。一般數(shù)值也應(yīng)在510mA左右，如過大，則要檢查電路。輸出極電流調(diào)好以后，測(cè)量各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)，并記錄IC2IC3 6 mA UA2.5VT1T2T3UB(V)1V2.29V3.11VUC(V

15、)2.29V3V5.03VUE(V)0.31V0V3V注意： 在調(diào)整RW2 時(shí)，一是要注意旋轉(zhuǎn)方向，不要調(diào)得過大，更不能開路，以免損壞輸出管 輸出管靜態(tài)電流調(diào)好，如無特殊情況，不得隨意旋動(dòng) RW2的位置。 2、 最大輸出功率P0m 和效率的測(cè)試 1) 測(cè)量Pom輸入端接f1KHz 的正弦信號(hào)ui，輸出端用示波器觀察輸出電壓u0波形。逐漸增大ui，使輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出，用交流毫伏表測(cè)出負(fù)載RL上的電壓U0m ，則 。 2) 測(cè)量當(dāng)輸出電壓為最大不失真輸出時(shí)，讀出直流毫安表中的電流值，此電流即為直流電源供給的平均電流IdC（有一定誤差），由此可近似求得 PEUCCIdc，再根據(jù)上面測(cè)得的P

16、0m，即可求出。第四章 安裝與調(diào)試過程 (一)、準(zhǔn)備工作為了順利地完成元器件的組裝工作，特準(zhǔn)備了如下工具及焊接輔助用品： 1、電烙鐵1把 2、剪刀1把 3、萬用表1只 4、示波器1臺(tái) 5、焊錫絲、松香若干(二)、布局 為了減少系統(tǒng)硬件電路的錯(cuò)誤及故障，提高系統(tǒng)的可靠性，特采用了如下一些抗干擾措施：1、在電源輸入端加濾波電容2、元器件和連線要排列整齊，按電路順序排列，輸入與輸出遠(yuǎn)離，導(dǎo)線不要并 行，防止寄生藕合引起電路自激。元器件插腳和連線要盡量短而直，防止分 布參數(shù)影響電路性能。(三)、組裝工作步驟：1、將集成電路IC插座按布局圖插在萬能印刷板上，并用電烙鐵及焊錫絲焊接 好。2、連線。為了排除

17、連線焊接不良的現(xiàn)象，在進(jìn)行連線焊接前，首先用剝線鉗對(duì) 連線的絕緣包皮剝?nèi)?.5mm左右，然后用松香和焊錫絲進(jìn)行表面處理，清除 導(dǎo)線表面的氧化層，最后將連線焊接到印刷板上。3、在焊接電阻、電容前，首先用萬用表對(duì)元器件進(jìn)行測(cè)量，排除一些不合格的 元器件，以免留下后患。4、安裝過程中要注意以下幾點(diǎn)： （1）分清三極管的基極、發(fā)射極、極電極 （2）電容的正、負(fù)極（長(zhǎng)正短負(fù)）所要接的元件 （3）7805三極管的三個(gè)引腳5、安裝完畢后，接通電源調(diào)試，先用萬用表測(cè)量電源變壓器輸出為5.04V（5V左右可用），然后把函數(shù)信號(hào)發(fā)生器打到1K的檔位上，用示波器測(cè)量Ui和UO的波形，再用數(shù)字萬用表負(fù)極（黑色）接地，

18、正極（紅色）接A點(diǎn)，測(cè)得結(jié)果如下：UA=2.5v, Uces=1.84v,用交流毫伏表測(cè)量UO的值，得U0=110mv，然后求得P0m=0.65w,PDC=1.28W =50. 第五章 總結(jié)與體會(huì)經(jīng)模擬運(yùn)行表明，本電路可以實(shí)現(xiàn)將輸入的低頻信號(hào)進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的功放。當(dāng)然這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不是那么的順利，在剛開始做的時(shí)候，由于對(duì)各個(gè)元器件的不熟悉，致使我們?cè)谧鲭娐返臅r(shí)候很礙手礙腳，還搞錯(cuò)了元器件的正負(fù)極，使電路直接沒反映，還有在做電源的時(shí)候，由于少接了一根線，使我在測(cè)量電壓的時(shí)候沒有輸出電壓，后來我們看書上面的電路圖，一步一步仔細(xì)的尋找原因，后來終于找出問題的所在。在調(diào)

19、試電路的時(shí)候，開始的時(shí)候沒有波形出現(xiàn)，后來才發(fā)現(xiàn)是三極管壞了，當(dāng)找出原因的時(shí)候心里面真的很高興，因?yàn)槭亲约号Φ?。?jīng)過半個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅在專業(yè)技能方面有了明顯提高，還了解了產(chǎn)品開發(fā)所必須的全過程：資料收集、功能分析、分析電路、安裝、調(diào)試等。雖然時(shí)間不長(zhǎng)但我感覺有很大的收獲，通過學(xué)習(xí)使自己對(duì)課本上的知識(shí)進(jìn)一步了解加深，能夠充分利用圖書館的資料，增加了除課本以為的許多知識(shí)。增強(qiáng)了自己對(duì)電路圖的認(rèn)識(shí)，加深了解了電路圖每一部分的作用及其是如何工作的。與此同時(shí)，我還明白了團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)精神的可貴性，與隊(duì)友的合作更是一件快樂的事情，只有彼此都付出，彼此都努力維護(hù)才能將作品做的更加完美。而團(tuán)隊(duì)合作也是

20、當(dāng)今社會(huì)最提倡的。同時(shí)也提高了自己動(dòng)手能力，包括使用萬用表等測(cè)量?jī)x器測(cè)量數(shù)據(jù)，以及利用儀器如何檢查故障的根源，怎樣排除故障的方法，培養(yǎng)了自己的自學(xué)能力以及人際交往能力。從而使我能夠更好地適應(yīng)社會(huì)工作。這次實(shí)踐活動(dòng)的時(shí)間雖短，但它留給我們的啟迪卻是深刻而長(zhǎng)遠(yuǎn)的，是我們?nèi)松缆飞蠄?jiān)實(shí)的一步。我通過積極參加社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，認(rèn)識(shí)了社會(huì)，認(rèn)識(shí)到自己的社會(huì)位置，明確了自己的歷史使命，激發(fā)了自己的學(xué)習(xí)熱情，我會(huì)不斷地調(diào)整和完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，戰(zhàn)勝前進(jìn)道路上的各種挫折，鍛煉自己的意志和毅力，為適應(yīng)今后的工作做好準(zhǔn)備。實(shí)習(xí)工作結(jié)束了，但這不是終點(diǎn)，而是另一個(gè)新的起點(diǎn)。實(shí)習(xí)的一些收獲和體會(huì)，都對(duì)于我們今后走上工作崗位，都有很大的幫助。經(jīng)過這次實(shí)習(xí)，也提高了我的專業(yè)水平。相信在以后的工作上，還會(huì)有更大的進(jìn)步。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，也留下了很多遺憾，因?yàn)橛捎跁r(shí)間的緊缺和元器件的缺乏，并沒有做到最好，但是，最起碼我們沒有放棄，它是我們的驕傲！相信以后我們會(huì)以更加積極地態(tài)度對(duì)待我們的學(xué)習(xí)、對(duì)待我們的生活。我們的激情永遠(yuǎn)不會(huì)結(jié)束，相反，我們會(huì)更加努力，努力的去