高保真音頻功率放大器

..遼寧工業(yè)大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計〔論文題目：高保真音頻功率放大器院〔系：專業(yè)__學(xué)號：學(xué)生__指導(dǎo)〔簽字起止時間：2013.7.1—2013.7.12..課程設(shè)計〔論文任務(wù)及評語院〔系：電子與信息工程學(xué)院教研室：電子信息工程學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計題目高保真音頻功率放大器的設(shè)計與制作課程設(shè)計〔論文任務(wù)設(shè)計參數(shù)：采用全部或部分分立元件設(shè)計一種音頻功率放大器。額定輸出功率負(fù)載阻抗。失真度設(shè)計放大器所需的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計要求：1.分析設(shè)計要求,明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等,廣開思路,構(gòu)思出各種總體方案,繪制結(jié)構(gòu)框圖。2.確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較,以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較,并考慮器件的來源,敲定可行方案。3.設(shè)計各單元電路?？傮w方案化整為零,分解成若干子系統(tǒng)或單元電路,逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局,通常是按信號的流向,采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路,并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評語及成績平時：論文質(zhì)量：答辯：總成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績：平時20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計算摘要音頻功率放大器是一個技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域,幾十年來,人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?無論從線路技術(shù)還是元器件方面,乃至于思想認(rèn)識上都取得了長足的進(jìn)步?；仡櫼幌鹿β史糯笃鞯陌l(fā)展歷程,對廣大學(xué)生來說也許是一件饒有趣味的事情。半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步使晶體管放大器向前邁進(jìn)了一大步。自從有了晶體管,人們就開始用它制造功率放大器。功率放大器的作用是給音響放大器的負(fù)載RL提供一定的輸出功率。當(dāng)負(fù)載一定時,希望輸出的功率盡可能大,輸出的信號的非線形失真盡可能的小,效率盡可能的高。功率放大器的常見電路形式有OTL電路和OCL電路。有用運(yùn)算放大器和晶體管組成的功率放大器,也有專集成電路功率放大器。本設(shè)計采用LM324D進(jìn)行前置放大,再采用甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路進(jìn)行功率放大。普通信號經(jīng)由輸入端輸入到前置放大電路,通過2級同比例放大電路進(jìn)行前置放大,完成小信號的電壓放大任務(wù),LM324D運(yùn)放具有內(nèi)部補(bǔ)償功能,短路保護(hù)輸出。第一級放大倍數(shù)為1+R5/R4=11,第二級放大倍數(shù)同為11倍,總體放大倍數(shù)121倍,可有效的對小信號進(jìn)行電壓放大。信號經(jīng)前置放大初步放大后進(jìn)入后級功率放大,功率放大采用射級輸出,其電壓增益為1,輸出的電壓將保持不變；可對電流進(jìn)行放大,從而輸出電流增大,導(dǎo)致功率放大。關(guān)鍵詞：LM324D；前置放大；功率放大；甲乙類..目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章高保真音頻功率放大器方案論證11.1高保真音頻功率放大器的設(shè)計意義11.2高保真音頻功率放大器的設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)11.3總體設(shè)計方案2方案論證2總體方案框圖4第2章高保真音頻功率放大器各單元電路設(shè)計52.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計52.2前置放大級設(shè)計52.3功率放大器設(shè)計6第3章高保真音頻功率放大器整體電路設(shè)計73.1整體電路圖及工作原理73.2電路的參數(shù)計算與選擇8輸入級參數(shù)的計算與選擇83.2.2輸出級參數(shù)的計算與選擇83.3電路的仿真結(jié)果8第4章設(shè)計總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄I總體電路圖13附錄II元器件清單14..高保真音頻功率放大器方案論證高保真音頻功率放大器的設(shè)計意義高保真功率放大技術(shù)的發(fā)展,使整個音頻功率放大技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化?，F(xiàn)代人對聽覺水平要求越來越高,所以對音響的音質(zhì)真實(shí)性要求越來越多,高保真音頻功率放大技術(shù)克服了這個缺點(diǎn),它能夠如實(shí)的反映出聲音信號的音色,音高和音強(qiáng)等音質(zhì)狀況本來面貌的能力,同時對聲音信號進(jìn)行必要的修飾和加工.高保真音頻功率放大器的設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計參數(shù)：1采用全部或部分分立元件設(shè)計一種音頻功率放大器。2額定輸出功率3負(fù)載阻抗。4失真度5設(shè)計放大器所需的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計要求：1.分析設(shè)計要求,明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等,廣開思路,構(gòu)思出各種總體方案,繪制結(jié)構(gòu)框圖。2.確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較,以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較,并考慮器件的來源,敲定可行方案。3.設(shè)計各單元電路。總體方案化整為零,分解成若干子系統(tǒng)或單元電路,逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局,通常是按信號的流向,采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路,并標(biāo)出必要的說明?？傮w設(shè)計方案方案論證方案一：簡要原理分析當(dāng)輸出信號處于正半周期時,Q1導(dǎo)通,Q3截止,于是Q1以射極輸出的形式將信號傳遞給負(fù)載,同時向C3充電,因?yàn)镃3電容量大1其上電壓基本不變,維持在1/2VCC；當(dāng)輸出信號處于負(fù)半周時,Q3導(dǎo)通,Q1截止,已充電的C3充當(dāng)Q3的電源,同時放電,Q3也以射極輸出形式將信號傳輸給負(fù)載R9,這樣在R9上得到了完整的輸出波形。<如圖1.1所示>圖1.1完全分立元件阻容耦合多級放大器原理圖方案二：簡要原理分析:采用2個同相比例放大電路對輸入電壓進(jìn)行前置放大,小信號經(jīng)前置放大后,再采用甲乙類電源互補(bǔ)對稱電路對功率進(jìn)行放大,其電壓增益接近為1,通過放大電流,從而放大功率?！踩鐖D1.2所示..圖1.2多級前置放大甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路原理圖對于以上兩種方案均可達(dá)到本設(shè)計要求。方案一分立元件電路,電路中所用元器件多,成本高,焊接難。方案二中采用LM324D進(jìn)行前置放大,具有內(nèi)部補(bǔ)償功能,短路保護(hù)輸出,后采用甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路,可有效的克服交越失真。通過比較,本設(shè)計采用方案二。根據(jù)本課題要求,所設(shè)計的功率放大器應(yīng)由以下幾部分組成：直流穩(wěn)壓電源、前置放大及功率放大。1.電源部分采用±24V直流穩(wěn)壓電源。2.信號放大部分前置放大電路采用低噪聲雙運(yùn)放,分別以相同放大的方式,作為信號放大。功率放大電路由甲乙類電源互補(bǔ)對稱電路進(jìn)行功率放大。..總體方案框圖+24功率放大電路前置放大電路直流穩(wěn)壓電源+24功率放大電路前置放大電路直流穩(wěn)壓電源初步放大輸入信號-24-24圖1.3總體方案框圖..高保真音頻功率放大器各單元電路設(shè)計直流穩(wěn)壓電源設(shè)計基本原理：變壓部分：通常采用變壓器來實(shí)現(xiàn)；整流部分：一般橋式整流可采用4個整流二極管接成橋式,也可以也可采用二極管整流橋堆；濾波電路：采用電容濾波即可；穩(wěn)壓電路：可以采用集成穩(wěn)壓電路。圖2.1直流穩(wěn)壓電源原理圖前置放大級設(shè)計前端放大功能是完成小信號的電壓放大任務(wù)、提高信噪比。失真度和噪聲對系其統(tǒng)的影響最大,是應(yīng)該優(yōu)先考慮的指標(biāo)。本設(shè)計采用2個LM324D運(yùn)放對電路進(jìn)行兩級放大,LM324D運(yùn)放具有內(nèi)部補(bǔ)償功能,短路保護(hù)輸出。第一級放大倍數(shù)為Av1=1+R5/R4=11,第二級放大倍數(shù)為Av2=1+R8/R7=11,總體放大倍數(shù)121倍,可有效的對小信號進(jìn)行電壓放大?！踩鐖D2.2所示圖2.2前置放大器功率放大器設(shè)計功率放大器由甲乙類電源互補(bǔ)對稱電路構(gòu)成,可有效的克服交越失真,Q3組成前置放大級,Q1和Q2組成互補(bǔ)輸出級。靜態(tài)時,在D1、D2上產(chǎn)生的壓降為Q1、Q2提供了一個適當(dāng)?shù)钠珘?使之處于微導(dǎo)通狀態(tài)。由于電路對稱,有信號時,由于電路工作在甲乙類,即使輸入電壓很小,基本上可線性的進(jìn)行放大。因此這種激勵方法增益高,失真小,使輸出獲足夠的激勵,故輸出功率大,效率高。〔如圖2.3所示圖2.3功率放大器..高保真音頻功率放大器整體電路設(shè)計整體電路圖及工作原理220V市電經(jīng)變壓器、整流、濾波輸出±24V,用此電源來給前置放大電路及功率放大器提供電源。普通信號經(jīng)由輸入端輸入到前置放大電路,通過2級同比例放大電路進(jìn)行前置放大,完成小信號的電壓放大任務(wù),LM324D運(yùn)放具有內(nèi)部補(bǔ)償功能,短路保護(hù)輸出。第一級放大倍數(shù)為11,第二級放大倍數(shù)同為11,總體放大倍數(shù)121倍,可有效的對小信號進(jìn)行電壓放大。信號經(jīng)前置放大初步放大后進(jìn)入后級功率放大,功率放大采用射級輸出,其電壓增益為1,輸出的電壓將保持不變；可對電流進(jìn)行放大,從而輸出電流增大,導(dǎo)致功率放大?！踩鐖D3.1所示圖3.1整體電路圖電路的參數(shù)計算與選擇輸入級參數(shù)的計算與選擇輸入級選擇2級LM324D對電路進(jìn)行前置放大。電壓增益Av：根據(jù)虛短和虛斷的概念：Vp=Vn,Ip=In=0,Vi=Vp=Vn=Vf=[R4/〔R4+R5]Vo,從而可得電壓增益為Av1=〔R4+R5/R4=1+R5/R4=1+10K/1K=11；Av2=〔R7+R8/R7=1+R8/R7=1+10K/1K=11；Av=Av1*Av2=11*11=121。輸出級參數(shù)的計算與選擇輸出級選擇甲乙類互補(bǔ)對稱電路進(jìn)行功率放大。輸入信號Vi,經(jīng)放大倍數(shù)為121的兩級同比例放大電路放大后輸出電壓Vo1=121*Vi,因功率放大電路部分是采用射級輸出,電壓增益接近為1,所以輸出電壓Vo=Vo1=121*Vi；輸出功率Po=<Vo*Vo>/R3。電路的仿真結(jié)果仿真時,前端輸入電壓為70mV頻率為1000HZ的小信號圖3.2整體電路仿真圖..圖3.3整體電路仿真波形圖輸入電壓為90mv頻率為1000HZ的小信號。圖3.4整體電路仿真波形圖當(dāng)輸入信號為70mV1000HZ的低電壓小信號,理論P(yáng)o=Vo2/R3=9W。電路由Multisim仿真后,電路輸出電壓最大值為10V。所以Po.=〔Vomax/21/22/R3=Vomax2/2R3=7W。當(dāng)輸入信號為90mV1000HZ的低電壓小信號,理論P(yáng)o=Vo2/R3=15W。電路有Multisim仿真后,電路輸出電壓最大值為13V。所以Po.=〔Vomax/21/22/R3=Vomax2/2R3=10.6W。因此該電路額定輸出功率Po>=10W,符合設(shè)計要求。..設(shè)計總結(jié)本設(shè)計通過方案對比選出如下方案。220V市電經(jīng)變壓器、橋式整流、濾波以及運(yùn)放輸出±24V,用此電源來給前置放大電路及功率放大器提供電源。普通信號經(jīng)由輸入端輸入到前置放大電路,通過2級同比例放大電路進(jìn)行前置放大,完成小信號的電壓放大任務(wù),LM324D運(yùn)放具有內(nèi)部補(bǔ)償功能,短路保護(hù)輸出。第一級放大倍數(shù)為Av1=1+R5/R4=11,第二級放大倍數(shù)同為11倍,總體放大倍數(shù)121倍,可有效的對小信號進(jìn)行電壓放大。信號經(jīng)前置放大初步放大后進(jìn)入后級功率放大,功率放大采用射級輸出,其電壓增益為1,輸出的電壓將保持不變；可對電流進(jìn)行放大,從而輸出電流增大,導(dǎo)致功率放大。采用LM324D運(yùn)放,LM324適合于電源電壓范圍很寬的電電源使用,也適合用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單雙電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。具有短路保護(hù)輸出、內(nèi)部補(bǔ)償功能、電壓增益高、單位增益頻帶寬等特點(diǎn)。通過Multisim仿真軟件對電路進(jìn)行仿真后,結(jié)果滿足設(shè)計要求,完成本設(shè)計