功率放大電路

1、廣東海洋大學(xué)廣東海洋大學(xué)模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì)人員：林廣海 （仿真與實(shí)驗(yàn)）其他組員：李瑞龍、林天貴學(xué) 號：201611911516班 級：電科 1165指導(dǎo)教師： 徐國保日 期：2017 12.11-12.15一一 課題名稱：課題名稱：實(shí)用低頻功率放大器二設(shè)計(jì)任務(wù)與要求二設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（一）基本要求（一）基本要求1、在放大通道的正弦信號輸入電壓幅度為（5700）mV，等效負(fù)電阻 RL 為 8 下，放大通道應(yīng)滿足： 額定輸出功率 POR2W； 帶寬 BW（5010000）Hz； 在 POR 下的效率45%；2、自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源。（二）一

2、般要求：（二）一般要求：1綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識完成課程設(shè)計(jì)。2通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料，提高獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。3熟悉常用電子器件的類型和特征，并掌握合理選用的原則。4學(xué)會電子電路的分析、調(diào)試及安裝技能。5進(jìn)一步熟悉電子儀器的正確使用。三、方案選擇與論證三、方案選擇與論證本次實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)原理框圖如下：本次實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)原理框圖如下：其中前置級主要完成小信號的電壓放大任務(wù)；功率放大級則實(shí)現(xiàn)對信號的電壓和電流放大任務(wù)；直流穩(wěn)壓電源部分則為整個(gè)功放電路提供能量由于方波中含有豐富的高次諧波分量，波形變換電路提供方波，可通過對方波信號的測試來檢驗(yàn)功放的轉(zhuǎn)換速率、失真度、效率等指標(biāo)，保護(hù)

3、電路可以有效地保護(hù)負(fù)載不過載，對功率放大器也有一定的保護(hù)作用。該系統(tǒng)是一個(gè)高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的音響與脈沖傳輸、放大兼容的實(shí)用電路。下面對每個(gè)單元電路分別進(jìn)行論證。1 1、弱信號前置放大電路弱信號前置放大電路方案:弱信號前置放大電路可以采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的前置放大器,也可以采用專用前置放大器 IC 構(gòu)成，從經(jīng)濟(jì)方面考慮本設(shè)計(jì)采用的是集成運(yùn)算放大器方案，符合低噪聲、高保真、高增益、快響應(yīng)、寬帶音響集成電路的集成電路有：LF347、LF353、LF357、LF356、0P-16、OP-外供正弦信號源弱信號前置放大電路功率放大電路自制穩(wěn)壓電源8 歐姆負(fù)載37、M5212

4、、LM5213、LLM1875、TDA1514、NE5532、NE5534 等很多。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用 NE5532，因?yàn)橥姸嗟倪\(yùn)放相比, NE5532 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(yùn)放之皇” 。這種運(yùn)放的高速轉(zhuǎn)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(biāo)大大提高。在該實(shí)驗(yàn)中，為簡化電路結(jié)構(gòu)，我們采用 NE5532 反相比例放大電路來實(shí)現(xiàn)對輸入電壓的放大。2 2、功率放大電路、功率放大電路方案一： 功率放大輸出級采用分立元件構(gòu)成的 OCL 電路，驅(qū)動(dòng)級采用集成芯片，整個(gè)功放級采用大環(huán)電壓負(fù)反饋。如果電

5、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)問題，則性能會低于一般集成功率放大電路。而且為了不致過載、過流、過熱等損壞元件，需要加以復(fù)雜的保護(hù)電路。方案二：采用 OTL 功率放大器，該放大器采用 TDA2030 音頻放大器芯片，TDA2030 音頻放大器電路是最常用到的音頻功率放大電路，TDA2030 是高保真集成功率放大器芯片,輸出功率大于 10W,頻率響應(yīng)為 101400Hz,輸出電流峰值最大可達(dá) 3.5A，其內(nèi)部

6、電路包含輸入級、中間級和輸出級,且有短路保護(hù)和過熱保護(hù),可確保電路工作安全可靠，采用正輸出單電源供電。最終方案：最終方案：根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求，可供選擇的功率放大器可由分立元件組成，也可由集成電路完成。集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，無須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡單，保護(hù)功能齊全，還可外加散熱片解決散熱問題。所以通過各方面的比較，本實(shí)驗(yàn)的功率放大部分決定采用方案二。四方案原理圖四方案原理圖弱信號前端放大電路圖：弱信號前端放大電路圖：U1ANE5532IP32481R110kR210kR3100kVEE

7、-12VVCC12VXFG1COMXSC1ABExt Trig+_+_電路詳解：該電路的輸入端是最左邊的 R1 電阻，輸出端是集成運(yùn)放NE5532 的端口，反饋網(wǎng)絡(luò)由 R3 和 R1 構(gòu)成。在該放大電路中，電壓增益取決于 R1 與 R2。圖中的信號發(fā)生器和示波器主要是用來檢測電路設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求。測試結(jié)果如下圖所示：經(jīng)過 Multisim 仿真測試，電壓增益 Au=10，可以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。功率放大電路圖功率放大電路圖：U1TDA203012354R122kC122FC222FR2680kVCC12VVEE-12VD11N4001GPD21N4001GPR322kXFG1COMXSC1AB

8、Ext Trig+_+_R41kC30.22FR58HB1前前置置放放大大IO1IO2XMM1XMM2電路詳解：如圖所設(shè)計(jì)的電路，在一般實(shí)際的音響功放中，會有兩個(gè)如上圖所示的相同結(jié)構(gòu)，它們構(gòu)成鏡像接法，即所謂的雙聲道結(jié)構(gòu)，在本設(shè)計(jì)中，為方便模擬運(yùn)行，只采用單聲道模式。電路由正負(fù) 12V 直流電源供電，信號的輸入端是最左邊的（22uF 電解電容） ，輸出部分是最右邊的（R5，8 歐姆負(fù)載）電路整體可以理解為采用集成件的 OCL 電路） 。經(jīng)測試相關(guān)的數(shù)據(jù)如下：經(jīng) Multisim 仿真測試，帶寬 BW (50-10000)Hz,電壓幅度較低時(shí)效果良好，無失真現(xiàn)象，但電壓幅度達(dá)到 700mV 時(shí)，

9、信號稍微出現(xiàn)底部和頂部失真現(xiàn)象，未能達(dá)到理想效果；額定輸出功率P=0.59A*4.73V=2.8W 2W,符合要求。自制穩(wěn)壓電源：自制穩(wěn)壓電源：D11B4B42D21B4B42C14700FC24700FC34700FC44700FU1LM7818CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU2LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEC5100FC6100FC70.1FC80.1FU32 XFG1COMXSC1ABExt Trig+_+_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)的前置放大級電路和功率放大級電路的要求，需要穩(wěn)壓電源輸出的兩種直流電壓即12V。因三

10、端穩(wěn)壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、外圍元器件少、性能優(yōu)良、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中采用三端穩(wěn)壓電路，電源經(jīng) 4700uF 電解并并上 1uF 電容依次濾掉各種頻率干擾后輸出, 輸出電壓直流性能好, 實(shí)測其紋波電壓很小。主要元件列表：主要元件列表：弱信號前置放大電路：弱信號前置放大電路：1、NE5532小信號帶寬：10MHZ 輸出驅(qū)動(dòng)能力：600，10V 有效值 輸入噪聲電壓：5nV/Hz(典型值) 直流 電壓增益：50000 交流電壓增益：2200-10KHZ 功率帶寬： 140KHZ 轉(zhuǎn)換速率： 9V/s 大的電源電壓范圍：3V-20V 單位增益補(bǔ)償功率放大電路：功率放大電路：1、TDA2030外接

11、元件非常少。.輸出功率大，Po=18W(RL=4)。.采用超小型封裝（TO-220）,可提高組裝密度。開機(jī)沖擊極小。內(nèi)含各種保護(hù)電路，因此工作安全可靠。主要保護(hù)電路有：短路、過熱、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12V） 、負(fù)載泄放電壓反沖等。2、1N4001自制穩(wěn)壓電源：自制穩(wěn)壓電源：TRANSFORMER_CT_RATED、1B4B42、LM7818、LM7812五電路調(diào)試五電路調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)在調(diào)試時(shí)，分部分調(diào)試，首先是前置放大電路的調(diào)試，然后是功率放大器的調(diào)試，出現(xiàn)的問題解決后再進(jìn)行穩(wěn)壓電路的調(diào)試。經(jīng)過日日夜夜的調(diào)試論證，由于各種的原因，我們所設(shè)計(jì)的這個(gè)方案還是有諸多的問題，在一些細(xì)節(jié)方面沒能達(dá)到要求，遇到的問題有： 1、輸入信號波形失真；2、輸入頻率和輸入電壓過高出現(xiàn)仿真錯(cuò)誤；3、有些元件在 Multisim 沒能找到；4、地線的不當(dāng)處理對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響很大；六收獲體會六收獲體會在沒有經(jīng)過期末洗禮的現(xiàn)在讓我去設(shè)計(jì)調(diào)試一個(gè)功能比較完整的電路圖真是太折磨人了。在我們的小組中，我是負(fù)責(zé)調(diào)試哪一塊的，模電基礎(chǔ)不好的我剛開始還真是沒一點(diǎn)的頭緒，自能按著同伴給出的電路圖在 Multisim 把各個(gè)組件拼接在一起，然后運(yùn)行進(jìn)行模擬，然而發(fā)現(xiàn)行不通，還是得參考各種資料，把電路圖中各個(gè)元件的作用琢磨個(gè)遍，然后邊模擬，邊和組員討論如何解決遇到的問題。整套過程下來，起碼對模電的基礎(chǔ)知識有