LM3886功放設(shè)計(jì)說明書

..XX工學(xué)院《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)__電氣本1101班學(xué)生__羅雪鵬__組員：羅雪鵬胡英才周維德羅波指導(dǎo)龍卓珉20XX6月5日XX工學(xué)院電信學(xué)院題目：音響放大器設(shè)計(jì)與制作本次實(shí)訓(xùn)作品是基于LM3886TF的功率放大器,采用NE5532P高精度運(yùn)放作為前級(jí)電壓放大部分,用LM3886TF專用音頻放大芯片實(shí)現(xiàn)后級(jí)電流放大,實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入弱小信號(hào)的電壓電流放大,即完成功率放大的目的,并運(yùn)用了LM7815和LM7915穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)前級(jí)、混合級(jí)供電,電壓的穩(wěn)定±15V。帶寬BW≥〔40～20000Hz〔功放部分;在POR下的效率≥50%;在前置放大級(jí)輸入端交流短接到地時(shí),RL=8Ω上的交流聲VPP≤400mV;前置放大器具有低音、高音調(diào)節(jié)功能;具有音量調(diào)節(jié)功能；實(shí)現(xiàn)前級(jí)穩(wěn)壓供電輸出電源；實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)和斷電切斷輸出保護(hù)功能的OTL類型實(shí)用功率放大器。關(guān)鍵詞：LM3886TF;LM7815；LM7915;LM7812;功放;OTL..目錄引言...............................................................................................................51總體方案設(shè)計(jì)......................................................................................61.1總體設(shè)計(jì)方案.....................................................................................61.2單元部分.............................................................................................82前級(jí)電壓放大部分.............................................................................102.1NE5532P簡介................................................................................102.2前級(jí)電路分析...............................................................................102.3NE5532P前級(jí)電路仿真結(jié)果........................................................113音量控制級(jí)............................................................................................123.1音量控制器的介紹...........................................................................123.2音量控制器電路分析......................................................................134混合放大電路..........................................................................174.1混合前置放大器的設(shè)計(jì)..................................................................174.2混放級(jí)仿真........................................................................................175功率放大部分..................................................................................185.1LM3886TF簡介..................................................................185.2LM3886TF組成電路分析............................................................195.3LM3886TF電路的負(fù)反饋..............................................................206電源供給部分......................................................................206.1總電源部分........................................................................................206.2散熱電路供電部分...........................................................................217測(cè)量波形及其數(shù)據(jù)分析....................................................................217.1測(cè)量示波器圖..................................................................................217.2誤差分析...........................................................................................238總結(jié)和體會(huì)............................................................................................23參考文獻(xiàn)......................................................................................................24附錄A功放元件清單...............................................................................25附錄B總原理原理圖..............................................................................26附錄C功放PCB圖....................................................................................27附錄D功放整機(jī)實(shí)物圖..........................................................................28..引言功率放大器簡稱功放,它是使弱小的音頻信號(hào)電壓功率放大的一種器件,以其主要用途來說,功放可以分為專用功放與民用功放。以輸出類型可分為OTL類、BTL類、OCL類等。以功率放大方式可分為甲類、乙類、甲乙類等。我們常見的功放都是把放大小信號(hào)的前置放大器<前級(jí)>與功率放大器<后級(jí)>做在一個(gè)機(jī)殼中,這種功放常被稱為"合并功放"。合并功放使用方便,又有比較好的性能價(jià)格比。但這種合并功放有它一些固有的缺點(diǎn),其中最不好克服的就是前級(jí)與后級(jí)之間的相互干擾問題了。為了解決這一問題,于是便把前級(jí)與后級(jí)分別做在兩個(gè)機(jī)殼中,這樣就有了純后級(jí)功放。大多的純后級(jí)功放都是雙聲道的結(jié)構(gòu)形式,但這種結(jié)構(gòu)形式使得兩個(gè)聲道相互干擾問題又不太好解決,為了解決兩個(gè)聲道相互間的干擾便又出現(xiàn)了把兩個(gè)聲道分開的單聲道純后級(jí)功放。這些都是人們?cè)诮鉀Q功放產(chǎn)生的一系列問題的解決方案。當(dāng)然問題不知是這一點(diǎn)點(diǎn),還有諸如：信號(hào)輸出方式,放大的類型,交越失真,通頻帶窄小等等問題,總而言之功放已經(jīng)融入了人們的日常生活當(dāng)中,在體育館場(chǎng)、影劇場(chǎng)、歌舞廳、會(huì)議廳、公共場(chǎng)所擴(kuò)聲,以及錄音監(jiān)聽等處所使用的功放,一般說在其技術(shù)參數(shù)上往往會(huì)有一些獨(dú)特的要求,于是它成為了人們?cè)谏a(chǎn)生活不可缺少的一部分。..總體方案設(shè)計(jì)1.1總體設(shè)計(jì)方案音量控制級(jí)音量控制級(jí)散熱級(jí)散熱級(jí)信號(hào)源信號(hào)源功率放大混合放大電路Ne5532p前置放大<話音放大電路>功率放大混合放大電路Ne5532p前置放大<話音放大電路>負(fù)載負(fù)載電源電源圖1-1.方案流程圖 系統(tǒng)的原理方案圖如圖1-1所示。它主要由前級(jí)電壓放大器〔高精度運(yùn)放、音量控制器〔雙聯(lián)電位器、后極電流放大器〔LM3886TF構(gòu)成的模塊、電源供給部分。該系統(tǒng)是一個(gè)具有低噪聲、高電源利用率、自設(shè)保護(hù)電路、輸出功率可調(diào)控、穩(wěn)定實(shí)用的OTL功放電路。此功放功率為單邊45W,雙邊達(dá)90W,為功率90W的功放。其電路原理圖如圖1-2所示圖1-2.LM3886TF功放總電路圖1.2單元部分整張?jiān)韴D分為5個(gè)部分,即NE5532P前級(jí)部分〔圖1-3、uA741混合放大部分〔圖1-4、電源部分〔圖1-6、反饋部分、功率放大部分〔圖1-5、散熱部分。電源部分又可細(xì)分為NE5532P前級(jí)電源部分、混合電源部分、功率放大部分和風(fēng)扇散熱部分。反饋部分也可細(xì)分為兩個(gè)部分,即電阻反饋部分和運(yùn)放反饋部分。從而組成一款具有寬通頻帶、低噪放大、具有自我保護(hù)功能且散熱很好的功率放大器。圖1-3NE5532p前級(jí)放大電路圖1-4uA741混合放大電路圖1-5LM3886TF功率放大電路圖1-6電源部分2前級(jí)電壓放大部分2.1NE5532P簡介NE5532P〔如圖2-1所示是高性能低噪聲運(yùn)放,與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放〔如1458相似,它具有較好的噪聲性能,優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)與電源帶寬。圖2-1.NE5532p〔1小信號(hào)帶寬：10MHz；〔2輸出驅(qū)動(dòng)能力：600?,10V；〔6電源帶寬：140KHz；〔8大電源電壓范圍：±3～±20V。電源電壓極限：Vs

±22V2.2前級(jí)電路分析前級(jí)放大部分如圖2-2所以：圖2-2.前級(jí)模塊電路圖話音放大級(jí)增益為10與27K話筒配接作為話音放大器電路,其交流放大倍數(shù)由下式〔2-1高阻話筒要求輸入內(nèi)阻很大,采用同相放大電路R9取標(biāo)稱值為270KΩ,R8標(biāo)稱值為27KΩ,電阻R4作用是集成運(yùn)放平衡作用,所以取標(biāo)稱值為24KΩ。電容C5作用是去直流,C5標(biāo)稱值為10uF,電容C6在電路中起耦合作用,C6取標(biāo)稱值為10uF?？紤]到電路接線出錯(cuò)直流電壓被放大電壓為38.5V,C6兩端電壓達(dá)到38.5V,電容C6采用耐壓值為50V,C5、C4兩端的電壓為4.5V,耐壓值16V和50V均滿足要求,C5采用耐壓值為16V。2.3NE5532P前級(jí)電路仿真結(jié)果紅藍(lán)紅藍(lán)圖2-3前級(jí)仿真結(jié)果〔藍(lán)色為輸出,紅色為輸入3音量控制級(jí)3.1音量控制器的介紹音量控制器主要是控制、調(diào)節(jié)音量放大器的幅頻特性,理想的控制曲線如圖3-1中折線所示。圖中,f0〔1kHz表示中音頻率,要求增益A=0dB；fL1表示低音頻轉(zhuǎn)折〔或截止頻率,一般為幾十赫茲；fL2〔10fL1表示低音頻區(qū)的中音頻轉(zhuǎn)折頻率；fH1表示高音頻區(qū)的中音頻率轉(zhuǎn)折頻率；fH2〔10fH1表示高音頻轉(zhuǎn)折頻率,一般為幾十千赫茲。由圖可見,音調(diào)控制器只對(duì)高音和低音的頻率進(jìn)行衰減,中音頻的增益保持0dB不變。因此,音調(diào)控制器的電路可由低通濾波器與高通濾波器構(gòu)成。,由運(yùn)放構(gòu)成的音調(diào)控制器,如圖3-2所示。這種電路調(diào)節(jié)方便,元器件少,在一般收錄機(jī)、音響放大器中應(yīng)用較多。圖3-1音調(diào)控制曲線圖3-2音調(diào)控制電路3.2音量控制器電路分析電容C1=C2>>C3,在中、低音頻區(qū),C3可視為開路,在中高音頻區(qū),C1、C2可視為短路?！?當(dāng)f<f0時(shí),音調(diào)控制級(jí)的低頻等效電路如圖3-3所示。其中,圖〔a為當(dāng)R2的滑臂在最左端低頻時(shí),對(duì)應(yīng)于提升最大的情況；圖〔b>為當(dāng)R2滑臂在最右端時(shí),對(duì)應(yīng)于低頻衰減最大的情況,分析表明,圖<a>所示電路是一個(gè)一階有源低通濾波器,其增益函數(shù)的表達(dá)式為〔3-1式中ω1=1/〔R2·C2或fL1=1/<2π·R2·C2><3-2>ω2=<R2+R3>/<R2R3C2>或fL2=〔R2+R3/<2π·R3·R2·C2>〔3-3〔a低頻提升〔b低頻衰減圖3-3音量控制器的低頻等效電路當(dāng)f<fL1時(shí),C2可視為開路,運(yùn)放的反向輸入端視為虛地,R4的影響可以忽略,此時(shí)電壓增益AVL=<R2+R3>/R1〔3-4在f=fL2時(shí),因?yàn)閒L2=10fL1,故可由式〔3-1得〔3-6〔3-5〔3-6〔3-5模此時(shí)電壓增益AV1相對(duì)于AVL下降3dB。在f=fL2時(shí),由式〔3-1得〔3-7〔3-7〔3-8?！?-8此時(shí)電壓增益相對(duì)于AVL下降17dB。同理可得圖〔b所示電路的相應(yīng)表達(dá)式,其增益相對(duì)于中頻增益衰減量。音調(diào)控制器低頻時(shí)的幅頻特性如圖3-1中左半部分的實(shí)線所示?！?當(dāng)f>f0時(shí),音調(diào)控制器的高頻等效電路如圖3-4所示。由于此時(shí)可將C1、C2視為短路,R4與R1、R2組成星型連接,將其轉(zhuǎn)換成三角形連接后的電路如圖3-5所示。圖3-4音量控制級(jí)的高頻等效電路圖3-5圖3-4的等效電路電阻的關(guān)系式為〔3-9〔3-9若取R1=R2=R5,則上式為Ra=Rb=Rc=3R1=3R2=3R5〔3-10圖3-5所示的高頻等效電路如圖3-6所示,其中,圖〔a所示的為R2的滑臂在最左端時(shí),對(duì)應(yīng)于高頻提升最大情況；圖〔b所示的為R2的滑臂在最右端時(shí),相對(duì)應(yīng)于高頻衰減最大的情況。分析表明,圖〔a所示電路為一階有源高通濾波器,其增益的表達(dá)式為〔3-11〔3-11〔3-12式中或〔3-12〔3-13或〔3-13〔a高頻提升〔b高頻衰減圖3-6高頻等效電路〔3-14當(dāng)f<fH1時(shí),C3視為開路,此時(shí)電壓增益=1〔0dB〔3-14在f=fH1時(shí),此時(shí)電壓增益相對(duì)于提升了3dB〔3-15在f=fH2是〔3-15此時(shí)電壓增益AV4相對(duì)于AV0提升17dB。當(dāng)f>fH1時(shí),C3視為短路,此時(shí)電壓增益〔3-16〔3-16根據(jù)音響放大器的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo),要使AVL=AVH≥20dB,結(jié)合AVL的表達(dá)式可知,R1、R3,R2不能取得太大,否則運(yùn)放漂移電流的影響不可忽略,但也不能太小,否則流過它們的電流將超出運(yùn)放的輸出能力。一般取幾千歐姆至幾百千歐姆,R2最大只能取470K,R1、R3取47K,則AVL=<R2+R3>/R1=11<20.8dB>,C=1/2πR2fL1=0.008uF,取標(biāo)稱值47nF,即C2=C2=47nF。又R1=R2=R4=8.2K,則Ra=3R4=24.6k,R3=Ra/10=2.4k,C3取2200pF。4混合放大電路4.1混合前置放大器的設(shè)計(jì)圖4-1混合放大電路混合前置放大器的電路由運(yùn)放組成,是一個(gè)反相加法器電路,話放級(jí)的輸出作為混放級(jí)的輸入,錄音機(jī)的輸入為Vi2,輸出與輸入電壓間的關(guān)系為：V0=-[<R1/R2>Vi1+<R1/R3>Vi2] <4-1> 紅藍(lán)取R2=R3=10KΩ,R1=20KΩ。電阻R4作用是使運(yùn)放處于平衡狀態(tài),R4=R1||R2=8.2K。C1、C2、C5在電路中起耦合作用,C2在電路中起去直流作用。C1、C2、C5都取標(biāo)稱值為10uF。紅藍(lán)4.2混放級(jí)仿真圖4-2混放級(jí)仿真電路圖圖4-3仿真結(jié)果〔藍(lán)色為輸出,紅色為輸入從示波器波形的輸入、輸出信號(hào)反相。增益Av1=Vo2/輸入信號(hào)為5mV,增益|Av2|=|Vo1/Vi1|=2<4-2>5功率放大部分5.1LM3886TF簡介LM3886TF是美國NS公司推出的新型的大功率音頻放大集成電路,它的功率較大,在額定工作電壓下最大可達(dá)68Ｗ的連續(xù)不失真平均功率,同樣具有比較完善的過壓過流過熱保護(hù)功能,最可貴的是它具有自動(dòng)抗開關(guān)機(jī)時(shí)的電流沖擊的功能,使揚(yáng)聲器能夠安全的工作。其特點(diǎn)有：輸出功率大〔連續(xù)輸出功率68W、失真度小〔總失真加噪聲<0<03％、保護(hù)功能〔包括過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、電流限制、溫度限制、開關(guān)電源時(shí)的揚(yáng)聲器沖擊保護(hù)、靜噪功能齊全,外圍元件少,制作調(diào)試容易,工作穩(wěn)定可靠。由于用它制作功率放大電路具有簡易,適用的特點(diǎn),常常被用于BTL與OTL功放電路。LM3886TF的電氣參數(shù)如下：電源電壓范圍VCC+VEE為20V-94V；總諧波失真+噪聲：60W20Hz<F轉(zhuǎn)換速率<SLEWRATE>:VIN=2.0VP-P、tries=2ns時(shí)的值為19V/us總靜態(tài)電流：50mA輸入偏流：0.2uA增益帶寬乘積:8MHZ開環(huán)增益：92dB其管腳定義和基本參數(shù)如圖5-1所示。圖5-1LM3886TF芯片管腳定義5.2LM3886TF組成電路分析這里運(yùn)用LM3886TF經(jīng)典放大電路,構(gòu)成對(duì)輸入信號(hào)電流的放大〔伴隨著一定量的電壓放大,其電路圖如圖5-2所示。其中1,5腳為正電源供給腳,這里我們給他提供+33V的電壓,其中4腳為負(fù)電源供給腳,這里我們給其提供-33V的電壓。其中8腳為靜音腳,由于我們是實(shí)際運(yùn)用中并不用靜音功能,所以我們常常讓它流入一定量的電流,最佳外接電阻為Rm=〔VEE|-2.6V/IB；IB≥0.5mA。9腳為功能反相輸入端,10腳為正相輸入端,機(jī)信號(hào)輸入端,3腳為信號(hào)輸出端。7腳為參考電壓接入點(diǎn),這里常常接到地。由此構(gòu)成了LM3886TF的OTL類型后級(jí)電路。圖5-2基于LM3886的功率放大電路圖電壓增益A=R3/R4+1=30+1=31<29.8dB><5-1>LM3886TF電路的負(fù)反饋反饋能增加電路的穩(wěn)定性,這里的負(fù)反饋電路如圖5-3所示圖5-3LM3886TF反饋電路6電源供給部分6.1總電源部分圖6-1.電源電路圖正負(fù)33伏是給LM3886TF功率放大部分供電的,正負(fù)15伏是NE5532P和混放級(jí)uA741供電的。6.2散熱電路供電部分圖6-2散熱電源部分輸出為正負(fù)12伏,使用的是穩(wěn)壓芯片78127測(cè)量波形及其數(shù)據(jù)分析7.1測(cè)量示波器圖輸入信號(hào)頻率為100KHz,VP-P=5mV的正弦波。圖7-1高音輸出波形高音輸出波形如圖7-1所示,調(diào)節(jié)高音,輸出VP-P變化很大；此時(shí)調(diào)節(jié)低音,變化不大,高音設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)。輸入信號(hào)頻率為10Hz,VP-P=5mV的正弦波。圖7-2低音輸出波形低音輸出波形如圖7-2所示,調(diào)節(jié)低音,輸出VP-P變化很大,此時(shí)調(diào)節(jié)高音,變化不大,低音設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)。輸入信號(hào)頻率為中頻1KHz,VP-P=5mV的正弦波。圖7-3中頻輸出波形中頻1KHz的輸出波形,如圖7-3所示,調(diào)節(jié)高音和低音,VP-P變化都不大,高音低音設(shè)計(jì)合適；此時(shí),調(diào)節(jié)音量開關(guān),調(diào)至最大時(shí),波形未出現(xiàn)失真,波形如圖7-4圖7-4音調(diào)最大輸出波形由圖7-4可得出功放級(jí)設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo),未出現(xiàn)失真。7.2誤差分析誤差產(chǎn)生的原因,外界電阻是標(biāo)稱值本身有誤差,影響增益。帶入實(shí)際值R21=26.6kΩ,R22=267kΩ,R22=19.6kΩ,R21=9.7kΩ得到的理論值A(chǔ)v1=10.04;Av2=2.02,在焊接前找到匹配的電阻,可以誤差減小,輸入信號(hào)小易受外界干擾,每次測(cè)試時(shí)把沒接信號(hào)的輸入端接地,接線盡可能少裸露,從這兩方面可以減少誤差。8總結(jié)和體會(huì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)總共有兩級(jí)電路,比前面做的都要復(fù)雜,對(duì)各方面的要求都很大。最大的難點(diǎn)就是調(diào)試,不能一開始就整機(jī)調(diào)試,必須得一級(jí)一級(jí),一步一步的調(diào)否則很容易出現(xiàn)問題,很難一次就調(diào)試成功。在這次課程設(shè)計(jì)中,盡管做了很長時(shí)間,也熬了很多個(gè)通,我覺得挺值得的,從中我學(xué)到很多,