LM3886功放設計說明書

..XX工學院《模擬電子技術》課程設計報告學院：電氣與信息工程學院專業(yè)__電氣本1101班學生__羅雪鵬__組員：羅雪鵬胡英才周維德羅波指導龍卓珉20XX6月5日XX工學院電信學院題目：音響放大器設計與制作本次實訓作品是基于LM3886TF的功率放大器,采用NE5532P高精度運放作為前級電壓放大部分,用LM3886TF專用音頻放大芯片實現(xiàn)后級電流放大,實現(xiàn)對輸入弱小信號的電壓電流放大,即完成功率放大的目的,并運用了LM7815和LM7915穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)對前級、混合級供電,電壓的穩(wěn)定±15V。帶寬BW≥〔40～20000Hz〔功放部分;在POR下的效率≥50%;在前置放大級輸入端交流短接到地時,RL=8Ω上的交流聲VPP≤400mV;前置放大器具有低音、高音調節(jié)功能;具有音量調節(jié)功能；實現(xiàn)前級穩(wěn)壓供電輸出電源；實現(xiàn)過載保護和斷電切斷輸出保護功能的OTL類型實用功率放大器。關鍵詞：LM3886TF;LM7815；LM7915;LM7812;功放;OTL..目錄引言...............................................................................................................51總體方案設計......................................................................................61.1總體設計方案.....................................................................................61.2單元部分.............................................................................................82前級電壓放大部分.............................................................................102.1NE5532P簡介................................................................................102.2前級電路分析...............................................................................102.3NE5532P前級電路仿真結果........................................................113音量控制級............................................................................................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計..................................................................174.2混放級仿真........................................................................................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測量波形及其數(shù)據(jù)分析....................................................................217.1測量示波器圖..................................................................................217.2誤差分析...........................................................................................238總結和體會............................................................................................23參考文獻......................................................................................................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功放整機實物圖..........................................................................28..引言功率放大器簡稱功放,它是使弱小的音頻信號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的前置放大器<前級>與功率放大器<后級>做在一個機殼中,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格比。但這種合并功放有它一些固有的缺點,其中最不好克服的就是前級與后級之間的相互干擾問題了。為了解決這一問題,于是便把前級與后級分別做在兩個機殼中,這樣就有了純后級功放。大多的純后級功放都是雙聲道的結構形式,但這種結構形式使得兩個聲道相互干擾問題又不太好解決,為了解決兩個聲道相互間的干擾便又出現(xiàn)了把兩個聲道分開的單聲道純后級功放。這些都是人們在解決功放產生的一系列問題的解決方案。當然問題不知是這一點點,還有諸如：信號輸出方式,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中,在體育館場、影劇場、歌舞廳、會議廳、公共場所擴聲,以及錄音監(jiān)聽等處所使用的功放,一般說在其技術參數(shù)上往往會有一些獨特的要求,于是它成為了人們在生產生活不可缺少的一部分。..總體方案設計1.1總體設計方案音量控制級音量控制級散熱級散熱級信號源信號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>負載負載電源電源圖1-1.方案流程圖 系統(tǒng)的原理方案圖如圖1-1所示。它主要由前級電壓放大器〔高精度運放、音量控制器〔雙聯(lián)電位器、后極電流放大器〔LM3886TF構成的模塊、電源供給部分。該系統(tǒng)是一個具有低噪聲、高電源利用率、自設保護電路、輸出功率可調控、穩(wěn)定實用的OTL功放電路。此功放功率為單邊45W,雙邊達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單元部分整張原理圖分為5個部分,即NE5532P前級部分〔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。電源部分又可細分為NE5532P前級電源部分、混合電源部分、功率放大部分和風扇散熱部分。反饋部分也可細分為兩個部分,即電阻反饋部分和運放反饋部分。從而組成一款具有寬通頻帶、低噪放大、具有自我保護功能且散熱很好的功率放大器。圖1-3NE5532p前級放大電路圖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放,與很多標準運放〔如1458相似,它具有較好的噪聲性能,優(yōu)良的輸出驅動能力及相當高的小信號與電源帶寬。圖2-1.NE5532p〔1小信號帶寬：10MHz；〔2輸出驅動能力：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前級電路分析前級放大部分如圖2-2所以：圖2-2.前級模塊電路圖話音放大級增益為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阻很大,采用同相放大電路R9取標稱值為270KΩ,R8標稱值為27KΩ,電阻R4作用是集成運放平衡作用,所以取標稱值為24KΩ。電容C5作用是去直流,C5標稱值為10uF,電容C6在電路中起耦合作用,C6取標稱值為10uF?？紤]到電路接線出錯直流電壓被放大電壓為38.5V,C6兩端電壓達到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前級電路仿真結果紅藍紅藍圖2-3前級仿真結果〔藍色為輸出,紅色為輸入3音量控制級3.1音量控制器的介紹音量控制器主要是控制、調節(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)的中音頻轉折頻率；fH1表示高音頻區(qū)的中音頻率轉折頻率；fH2〔10fH1表示高音頻轉折頻率,一般為幾十千赫茲。由圖可見,音調控制器只對高音和低音的頻率進行衰減,中音頻的增益保持0dB不變。因此,音調控制器的電路可由低通濾波器與高通濾波器構成。,由運放構成的音調控制器,如圖3-2所示。這種電路調節(jié)方便,元器件少,在一般收錄機、音響放大器中應用較多。圖3-1音調控制曲線圖3-2音調控制電路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f<f0時,音調控制級的低頻等效電路如圖3-3所示。其中,圖〔a為當R2的滑臂在最左端低頻時,對應于提升最大的情況；圖〔b>為當R2滑臂在最右端時,對應于低頻衰減最大的情況,分析表明,圖<a>所示電路是一個一階有源低通濾波器,其增益函數(shù)的表達式為〔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f<fL1時,C2可視為開路,運放的反向輸入端視為虛地,R4的影響可以忽略,此時電壓增益AVL=<R2+R3>/R1〔3-4在f=fL2時,因為fL2=10fL1,故可由式〔3-1得〔3-6〔3-5〔3-6〔3-5模此時電壓增益AV1相對于AVL下降3dB。在f=fL2時,由式〔3-1得〔3-7〔3-7〔3-8?！?-8此時電壓增益相對于AVL下降17dB。同理可得圖〔b所示電路的相應表達式,其增益相對于中頻增益衰減量。音調控制器低頻時的幅頻特性如圖3-1中左半部分的實線所示?！?當f>f0時,音調控制器的高頻等效電路如圖3-4所示。由于此時可將C1、C2視為短路,R4與R1、R2組成星型連接,將其轉換成三角形連接后的電路如圖3-5所示。圖3-4音量控制級的高頻等效電路圖3-5圖3-4的等效電路電阻的關系式為〔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,對應于高頻提升最大情況；圖〔b所示的為R2的滑臂在最右端時,相對應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f<fH1時,C3視為開路,此時電壓增益=1〔0dB〔3-14在f=fH1時,此時電壓增益相對于提升了3dB〔3-15在f=fH2是〔3-15此時電壓增益AV4相對于AV0提升17dB。當f>fH1時,C3視為短路,此時電壓增益〔3-16〔3-16根據(jù)音響放大器的設計技術指標,要使AVL=AVH≥20dB,結合AVL的表達式可知,R1、R3,R2不能取得太大,否則運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計圖4-1混合放大電路混合前置放大器的電路由運放組成,是一個反相加法器電路,話放級的輸出作為混放級的輸入,錄音機的輸入為Vi2,輸出與輸入電壓間的關系為：V0=-[<R1/R2>Vi1+<R1/R3>Vi2] <4-1> 紅藍取R2=R3=10KΩ,R1=20KΩ。電阻R4作用是使運放處于平衡狀態(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都取標稱值為10uF。紅藍4.2混放級仿真圖4-2混放級仿真電路圖圖4-3仿真結果〔藍色為輸出,紅色為輸入從示波器波形的輸入、輸出信號反相。增益Av1=Vo2/輸入信號為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功能,最可貴的是它具有自動抗開關機時的電流沖擊的功能,使揚聲器能夠安全的工作。其特點有：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％、保護功能〔包括過壓保護、過熱保護、電流限制、溫度限制、開關電源時的揚聲器沖擊保護、靜噪功能齊全,外圍元件少,制作調試容易,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,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轉換速率<SLEWRATE>:VIN=2.0VP-P、tries=2ns時的值為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用LM3886TF經(jīng)典放大電路,構成對輸入信號電流的放大〔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,由于我們是實際運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,機信號輸入端,3腳為信號輸出端。7腳為參考電壓接入點,這里常常接到地。由此構成了LM3886TF的OTL類型后級電路。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電路的負反饋反饋能增加電路的穩(wěn)定性,這里的負反饋電路如圖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33伏是給LM3886TF功率放大部分供電的,正負15伏是NE5532P和混放級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12伏,使用的是穩(wěn)壓芯片78127測量波形及其數(shù)據(jù)分析7.1測量示波器圖輸入信號頻率為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,調節(jié)高音,輸出VP-P變化很大；此時調節(jié)低音,變化不大,高音設計達標。輸入信號頻率為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,調節(jié)低音,輸出VP-P變化很大,此時調節(jié)高音,變化不大,低音設計達標。輸入信號頻率為中頻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,調節(jié)高音和低音,VP-P變化都不大,高音低音設計合適；此時,調節(jié)音量開關,調至最大時,波形未出現(xiàn)失真,波形如圖7-4圖7-4音調最大輸出波形由圖7-4可得出功放級設計達標,未出現(xiàn)失真。7.2誤差分析誤差產生的原因,外界電阻是標稱值本身有誤差,影響增益。帶入實際值R21=26.6kΩ,R22=267kΩ,R22=19.6kΩ,R21=9.7kΩ得到的理論值Av1=10.04;Av2=2.02,在焊接前找到匹配的電阻,可以誤差減小,輸入信號小易受外界干擾,每次測試時把沒接信號的輸入端接地,接線盡可能少裸露,從這兩方面可以減少誤差。8總結和體會這個實驗總共有兩級電路,比前面做的都要復雜,對各方面的要求都很大。最大的難點就是調試,不能一開始就整機調試,必須得一級一級,一步一步的調否則很容易出現(xiàn)問題,很難一次就調試成功。在這次課程設計中,盡管做了很長時間,也熬了很多個通,我覺得挺值得的,從中我學到很多,