OTL音頻功率放大器課程設(shè)計報告

..模擬電路課程設(shè)計報告設(shè)計課題：OTL音頻功率放大器專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：OTL音頻功率放大器一、設(shè)計任務(wù)與要求①設(shè)音頻信號為vi=10mV,頻率f＝1KHz;;②額定輸出功率Po≥2W；③負(fù)載阻抗RL=8Ω；失真度γ≤3%；用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計電路所需的正負(fù)直流電源。二、方案設(shè)計與論證此次課程設(shè)計的任務(wù)是OTL音頻功率放大器，音頻功率放大器是音響系統(tǒng)中不可缺少的重要部分，其主要任務(wù)是將音頻信號放大到足以推動外接負(fù)載，如揚聲器、音響等。功率放大器的主要要求是獲得不失真或較小失真的輸出功率，討論的主要指標(biāo)是輸出功率、電源提供的功率。由于要求輸出功率大，因此電源消耗的功率也大，就存在效益指標(biāo)的問題。由于功率放大器工作于大信號，使晶體管工作于非線性區(qū)，因此非線性失真、晶體管功耗、散熱、直流電源功率的轉(zhuǎn)換效率等都是功放中的特殊問題。

集成功率放大器和分立元件功率放大器相比，具有體積小、重量輕、調(diào)試簡單、效率高、失真小、使用方便等優(yōu)點，使其得到迅猛發(fā)展。在通用領(lǐng)域基本取代分立元件功放。1直流電源部分設(shè)計思路穩(wěn)壓部分濾波部分整流部分電源變壓器 輸出電壓穩(wěn)壓部分濾波部分整流部分電源變壓器波形轉(zhuǎn)化如下： 2功能部分根據(jù)實驗要求,最后輸出功率為大于2W，Po=U0/RL,RL=8Ω,又Po≥2W，所以得Uo≥4V，而最大不失真電壓為LM386輸出的最大不失真電壓=Vcc/2,而我們設(shè)計的直流電壓源輸出電壓為12v，所以=12/2=4.24v，4.24>4，，所以能達(dá)到要求。設(shè)計要求輸入vi=10mV，也就是要求放大倍數(shù)大于400倍，但是LM386的最大放大倍數(shù)為200倍，遠(yuǎn)不能實現(xiàn)，所以在LM386之前要用uA741進(jìn)行放大。方案一：先用電壓串聯(lián)負(fù)反饋進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為十倍，然后再進(jìn)行LM386的放大，放大時在1和8號腳之間用可調(diào)電位器調(diào)節(jié)。方案二：先用共基單管放大器進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為十倍，然后再進(jìn)行LM386的放大，放大時在1和8號腳之間用可調(diào)電位器調(diào)節(jié)。兩種方案的總體評價：方案一電路結(jié)構(gòu)簡單，元器件較少，易于焊接價格相對便宜。方案二電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，元器件較多，不易焊接價格相對較高，晶體管容易受溫度影響且調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點比較復(fù)雜。但總體來講兩種方案均可行，我選擇方案一。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算1直流電源部分變壓：用變壓器（220~15的變壓器）將交流220變?yōu)楦边呺妷篣2=15v，整流部分：用橋式整流法對交流進(jìn)行整流，（用N4007二極管）整流后電壓為Uo1=0.9U2=13.5V濾波部分：用大電容（3300的電解電容），因為設(shè)計中要求輸出正負(fù)12V所以要用兩個大電容，濾波之后電壓為Uo2=1.2U2=18V穩(wěn)壓：分別用LM7812和LM7912進(jìn)行穩(wěn)壓，將電壓穩(wěn)定在正負(fù)12V，要注意對穩(wěn)壓塊的保護，所以安裝保護二極管，最后的輸出部分應(yīng)裝發(fā)光二極管，觀察電路是否導(dǎo)通。為了確保電路的安全，在電路前先安裝保險管。2其電路圖如下：濾波電容容量較大，一般采用電解電容器。電容濾波電路利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。濾波電路輸出電壓波形3.本實驗的穩(wěn)壓電路，主要使用了集成塊：78系列及79系列。78××系列輸出為正電壓，輸出電流可達(dá)，如××系列和××系列的輸出電流分別為和它們的輸出電壓分別為5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V等7檔。和78××系列對應(yīng)的有79××系列，它輸出為負(fù)電壓，如表示輸出電壓為–12V和輸出電流為故稱之為三端式穩(wěn)壓器。這類集成穩(wěn)壓器的外形圖如圖所示:2功能部分電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路原理分析：根據(jù)虛短，==；虛斷，=；基本共基極電路：原理分析：用LM386實現(xiàn)的第二級放大電路LM386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理分析：根據(jù)深度負(fù)反饋和差分放大電路知識知：所以又因為方案一電路圖：基于以上分析：設(shè)計要求額定輸出功率Po≥2W，負(fù)載阻抗RL=8Ω；又Po≥2W，所以得Uo≥4V；設(shè)音頻信號為vi=10mV所以參數(shù)設(shè)計：令；所以又因為所以其中所以；；一般取方案二電路圖：參數(shù)設(shè)計：查閱資料;;令;;則直流電源設(shè)計圖：該直流源采用單相橋式整流法進(jìn)行整流，用電容濾波電路進(jìn)行濾波，采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。原理分析：直流電源的輸入電壓為220v的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值與電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，在對交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定后面電路的需要。變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓。為了減小電壓的脈動，需通過低通濾波電路的濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出機僅為直流電壓。四．總原理圖及元器件清單1總原理圖直流電源功能部分2原件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注R1，單聯(lián)電位器10K10.8元/個R2單聯(lián)電位器100K10.8元/個R3定值電阻10Ω10.1元/個R4定值電阻10.8元/個R6定值電阻10.1/元個C1耐壓值50V0.05uf10.1元/個C2耐壓值50V220uF30.4元/個C3耐壓值50V3300uf21.5元/個C4耐壓值50V10uf20.2元/個C5耐壓值50V0.1uf30.2元/個集成運放uA74111元/個集成功率放大LM386電壓增益為26~46dB11.1元/個二極管D11N4007耐壓1000V,電流1A60.1元/個變壓器T3220~15V19元/個穩(wěn)壓器件LM7812輸出電壓12V，輸出電流100mA11.2元/個穩(wěn)壓器件LM7912輸出電壓-12V,輸出電流100mA11.2元/個發(fā)光二極管1.5~2V,10mA~20mA20.1元/個揚聲器DH8Ω5W12元/個五．安裝與調(diào)試（1）OTL音頻功率放大電路的安裝1.按照原理圖正確焊接電路，焊接時各器件布局合理，導(dǎo)線之間無交叉現(xiàn)象，焊點要實，不能虛焊，否則電路處于開路狀態(tài)，將導(dǎo)致實驗不成功2.注意集成塊uA741的管腳接法7號和4號要接直流電源，其中7號接+12V，4號腳接-12v，集成塊LM386的4號接地，6號接+12V，5號輸出，其他不要接的腳均要焊上而不能懸空。（2）OTL音頻功率放大電路的調(diào)試1.靜態(tài)調(diào)試時，將輸出端對地短路，用萬用表測該級輸出端對地的直流電壓。2.動態(tài)調(diào)試時，輸入端接入信號為vi=10mV,頻率f＝1KHz;用示波器觀測該級輸出波形，并測量各項性能指標(biāo)是否滿足題目要求，如果相差很大，應(yīng)檢查電路是否接錯，相應(yīng)的地是否接上，元器件數(shù)值是否合乎要求，否則是不會出現(xiàn)很大誤差的。（3）直流電源的安裝1.各元器件按理論電路圖正確焊接，注意布局緊密，不出現(xiàn)虛焊或漏焊。2.注意7812和7912管腳的接法（4）直流電源的調(diào)試接通電源后，靜置一會待電路穩(wěn)定后沒出現(xiàn)任何故障（如芯片被燒等）再進(jìn)行測量，若出現(xiàn)類似狀況應(yīng)立即斷開直流電源，檢查問題所在再進(jìn)行測量。用示波器觀察輸出波形。用萬用表分別測量變壓器原、副邊線圈的輸出電壓，濾波后的輸出電壓，7812，7912的輸入和輸出電壓。六．性能測試與誤差分析一．直流電壓源部分1.原邊電壓U0=220V,副邊電壓U2=12.5v，U2=-15.4v2.濾波后電壓U3=16.25,U4=-16.25。3.輸出電壓Uo1=11.75v,Uo2=-11.75v。4.穩(wěn)壓電勢差⊿U1=。⊿U2=16.25-11.75=4.5v。理論值為：U1=15v,U2=-15vU3=18v,U4=-18vUo1=12V,-12V誤差計算：副邊電壓誤差w1％=×100%=20%w2％=×100％=20％濾波電壓誤差w3％=×100%=9.7%w4％=×100％=9.7％輸出電壓誤差w5％=×100％=2.1％W6％=×100％=2.1％二．功能部分靜態(tài)：1.LM386靜態(tài)輸出U5Q=5.7V動態(tài)：1.輸入電壓為=10.0mv2.741放大輸出電壓：Uo1=100.1mv3.LM386輸出電壓Uo2:4.01v理論值靜態(tài)：LM386靜態(tài)輸出U5Q=5.875v動態(tài)：1.741放大輸出電壓：Uo1=100mv2.LM386輸出電壓:4.0v誤差計算：第一級放大倍數(shù)Au1===10.1第二級放大倍數(shù)Au2===40.06所以總的放大倍數(shù)為Au=Au1×Au2=10.1×40.06=404.6靜態(tài)輸出誤差：W(u5q)％=×100％=3％動態(tài)輸出誤差：1.放大倍數(shù)誤差%=×100%=1.2%2.輸出電壓誤差W％=×100％=0.25％三．誤差分析1.實驗儀器本身存在缺陷2.集成運放不是理想運放3.電阻參數(shù)不是標(biāo)準(zhǔn)的4．電源不標(biāo)準(zhǔn)，很難做到對稱5．焊接不緊會使得輸出數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或者說萬用表的指針不易穩(wěn)定，偏轉(zhuǎn)較明顯。6靜態(tài)工作點不是很理想七．結(jié)論與心得實驗使我對OTL放大器的知識更進(jìn)一步的加深了，而且通過實踐升華了理論，提高了自己的動手能力。在過程中遇到的困難讓我們學(xué)會了如何更好更快的去解決實際問題。在試驗的初期沒有考慮到放大倍數(shù)，結(jié)果得達(dá)不到所設(shè)計的要求，后來經(jīng)過分析要達(dá)到要求必須要用兩級放大電路。該電路必須用電容消除自激振蕩、濾去電源的高頻部分。通過實驗使我明白，在進(jìn)行設(shè)計時，首先不要急于動手，要通過大量的理論計算和論證，論證合理后在進(jìn)行實物的焊接；再者在進(jìn)行實物的焊接時要考慮到安全因素，防止自己的心血白費了；然后我明白理論和實踐存在很大的差距，掌握理論知識知識我們學(xué)習(xí)的一部分，我們應(yīng)該通過更多的實踐去豐富自己的能力，更好的掌握理論。八．參考文獻(xiàn)1、《電工電子實踐指導(dǎo)》（第二版），王港元主編，江西科學(xué)技術(shù)出版社（2005）2、《電子線路設(shè)計、實驗、測試》（第二版），謝自美主編，華中理工大學(xué)出版社（2000）3、《電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)》，彭介華主編，高等教育出版社（2000）4、童詩白華成英編《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》高等教育出版社物理與電子信息學(xué)院模擬電路課程設(shè)計成績評定表專業(yè)：電子信息工程班級：學(xué)號：姓名：課題名稱OTL音頻功率放大器設(shè)計任務(wù)與要求1.設(shè)音頻信號為vi=10mV,頻率f＝1KHz;2.額定輸出功率Po≥2W；3.負(fù)載阻抗RL=8Ω；4.失真度γ≤3%；5.用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計電路所需的正負(fù)直流電源設(shè)計報告成績評分標(biāo)準(zhǔn)：=1\*GB3①有合理的方案設(shè)計和論證、電路參數(shù)的計算、總原理圖和清單。（0-20分）=2\*GB3②電路板制作、調(diào)試規(guī)范，有詳細(xì)制作和調(diào)試過程。（0-10分）=3\*GB3③電路板測試合理，對性能指標(biāo)測試數(shù)據(jù)完整，正確；進(jìn)行數(shù)據(jù)處理規(guī)范，進(jìn)行了誤差計算和誤差分析。（0-15分）