模電實驗報告

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計題目：音頻功率放大器的設(shè)計專業(yè)名稱：班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：2014年12月15日——12月19日目錄摘要---------------------------------------------------1關(guān)鍵詞------------------------------------------------1一、設(shè)計目的-------------------------------------2二、設(shè)計要求-------------------------------------3三、技術(shù)方案及論證---------------------------3四、設(shè)計內(nèi)容及步驟-----------------------------x五、設(shè)計小結(jié)---------------------------------------xx六、致謝---------------------------------------------xx七.參考文獻(xiàn)---------------------------------------xx摘要：放大電路實質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路。從能量控制的觀點來看功率放大電路和電壓放大電路沒有本質(zhì)上的區(qū)別。但是，功率放大電路和電壓放大電路所要完成的任務(wù)是不同的。其中功率放大電路的要求為獲得一定的不失真（或失真較?。┑妮敵龉β?，而電壓放大電路的主要要求為使其輸出端得到不失真的電壓信號。本電路主要由開關(guān)電源、功率放大電路、信號變換電路、輸出功率顯示電路和保護(hù)電路。為確保高效率，功率放大部分采用D類功率放大電路。利用開關(guān)電源轉(zhuǎn)換，在單5V供電的情況下輸出功率大于1W，輸出波形無明顯失真，平均功率在65%左右。在借助由單片機控制的數(shù)顯電路顯示輸出幅度，電路簡單合理。關(guān)鍵字：D類功放;PWM調(diào)制電路；高效率一、設(shè)計目的：1.培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計理想，理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真，實事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。2.鍛煉學(xué)生自學(xué)軟件的能力及分析問題、解決問題的能力。3.通過課程設(shè)計，使學(xué)生在理論計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程繪圖、查閱設(shè)計資料、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運用和計算機應(yīng)用方面的能力得到訓(xùn)練和提高。二、設(shè)計要求：選擇合適的功放電路，如：OCL、OTL、或BTL電路。完成對高保真音頻功率放大器的設(shè)計、裝備與調(diào)試；輸入信號Uid≤100mv，頻率響應(yīng)范圍30Hz-3KHz；在8Ω揚聲器的負(fù)載下，輸出功率連續(xù)可調(diào)，最大輸出功率達(dá)到6W；音頻信號放大后，失真≤5%；效率≥60%；三、技術(shù)方案及論證：PWM調(diào)制電路方案一利用高速比較器將高頻三角基波與外接輸入正弦波信號進(jìn)行比較產(chǎn)生與輸入模擬信號幅度想對應(yīng)脈寬的高頻PWM脈沖信號。電路包含三角波發(fā)生器和比較電路兩個部分。缺點：器件太多，電路復(fù)雜。方案二利用NE555定時器的PWM調(diào)制電路直接輸入模擬信號并在電路內(nèi)部產(chǎn)生PWM調(diào)制信號。優(yōu)點：所含器件少，電路簡單。綜合考慮：選擇方案二。濾波電路方案一二階巴特沃式無源低通濾波器。巴特沃式濾波器結(jié)構(gòu)簡單，消耗功率較小，且在通頻帶內(nèi)波動很小。方案二二階切比雪夫無源低通濾波器。切比雪夫邊沿很陡峭，對20K以上信號抑制較好，通頻帶內(nèi)有波動。綜合考慮：選取結(jié)構(gòu)更簡單，通頻帶更平坦的方案一。檢波電路方案一由二極管和電壓跟隨器組成二極管峰值檢波電路。當(dāng)輸入電壓正半周時，檢波管導(dǎo)通，對電容充放電，適當(dāng)?shù)倪x擇電容值，使電容的充電速度大于放電的速度，這樣電容兩端的電壓可以保持在最大電壓處，從而實現(xiàn)峰值檢波。方案二采用AD637真有效值檢波電路。AD637不需很多外圍電路。值需要的是一個電容器來規(guī)定平均時間值，這個電容決定有效值檢波的低頻精度，紋波水平和解決時間。該AD637是一個完整的高精度單片均方根到直流轉(zhuǎn)換器，計算真效值價值的任何復(fù)雜的波形，不到1%。額外的錯誤帶寬600KHz的200mv信號和8MHz的高于1V的信號。0V至第2V輸入有效值綜合考慮采用精度更高，電路更簡單的方案二。四、設(shè)計內(nèi)容及步驟1.本電路總體設(shè)計方案為：前級輸入緩沖放大；PWM調(diào)制信號產(chǎn)生電路；脈沖推動驅(qū)動電路；MOSFET開關(guān)放大電路；濾波電路;真有效值轉(zhuǎn)換電路；電壓顯示電路。前置緩沖放大：采用OP07先放大33倍再接衰減電路，實現(xiàn)電壓放大1—20連續(xù)可調(diào)。PWM調(diào)制電路：利用NE555定時器的PWM調(diào)制電路直接輸入模擬信號并在電路內(nèi)部產(chǎn)生PW調(diào)制信號。MOSFET開關(guān)放大電路：采用MOS管乙類功率互補推挽放大電路。乙類推挽功率放大電路由功率對管搭建而成。在輸入信號的一個周期內(nèi)兩管半周期輪流導(dǎo)通，減小了單個管子的靜態(tài)損耗，具有較高的輸出功率與效率。同時由于電路的對稱性，可以在輸出負(fù)載端得到完整的雙極性波形。我們利用前級AD817穩(wěn)定輸出電壓推動后級電路，采用推挽放大電路放大功率。濾波電路：采用二階無源巴特沃式低通濾波器（LPF）。電壓有效值測量及顯示電路。音頻電壓有效值測量及顯示電路由真有效值轉(zhuǎn)換電路和單片機系統(tǒng)組成。1.真有效值轉(zhuǎn)換器選用高精度的AD637芯片（如圖），起外圍器件少，頻帶寬，精度高于0.5%。2.單片機系統(tǒng)主要由STC89C52單片機、12位A/D轉(zhuǎn)換器MAX197、1602液晶顯示和接口電路組成。音頻信號經(jīng)AD637進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號送至A/D轉(zhuǎn)換器MAX197，由單片機控制MAX197進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行運算處理，最后送至顯示電路完成電壓有效值顯示。3.軟件設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，功能模塊各自獨立系統(tǒng)能判斷輸出電壓有效值并根據(jù)電壓大小范圍進(jìn)行顯示能實現(xiàn)3位有效數(shù)字顯示精度優(yōu)于5%。軟件主體流程如圖所示。系統(tǒng)初始化加電后程序完成系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)變量的初始化。其中包括變量設(shè)置、標(biāo)志位設(shè)定、置中斷和定時器狀態(tài)、設(shè)置控制口的狀態(tài)等?？刂茰y量：由單片機讀取所設(shè)定的數(shù)值來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理最后送至1602液晶顯示屏顯示測量的音頻電壓有效值。系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化啟動MAX197啟動MAX197計算電平有效計算電平有效電壓是否小于1v電壓是否小于1v顯示方式2顯示方式1顯示方式2顯示方式1五.設(shè)計小結(jié)：前置放大電路：用信號源給出有效值50mV的正弦掃頻信號經(jīng)準(zhǔn)確的分壓電路后得到有效值5mV。用示波器觀察信號幅度在整個掃頻范圍內(nèi)電壓結(jié)果見表。從表中看出3dB通頻帶為300HZ~30K。通帶范圍內(nèi)輸出電壓有效值高于2V達(dá)到400倍。通頻帶不能完全在300HZ和20kHz的頻點上是由于模擬器件對這樣參數(shù)的精確實現(xiàn)本身就有難度，調(diào)整比較費時。功率放大對直流電源對功放電路單獨供電，以便測試效率。供電電壓+5V。用與測前級放大相同的方法給出有效值5mV的掃頻信號iv負(fù)載接8Ω、50W的功率電阻，用示波器觀察輸出信號波形，沒有明顯失真。記錄電壓幅度，結(jié)果見表。本電路基本實現(xiàn)了對音頻信號進(jìn)行功率放大，輸入阻抗>10k未接負(fù)載時靜態(tài)電流為0.42A,接負(fù)載時輸出電流為0.86A功放效率為51.2%。高于題目要求50%。在輸出功率為500mW時，將輸入短接，測得低頻噪聲在20mV左右高于題目要求10mV。自制開關(guān)電源實現(xiàn)整個電路單5V供電滿足題目要求。但也不是所有指標(biāo)都令人滿意有的是本身實現(xiàn)就很難，有的則受到時間的限制。如果時間允許，指標(biāo)應(yīng)該可達(dá)到更高。六、致謝：本設(shè)計是在賈老師的精心指導(dǎo)和鼓勵下完成的，賈老師深厚扎實的學(xué)識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和真誠謙遜的品質(zhì)，使我在這次設(shè)計實驗中受益匪淺，在此，謹(jǐn)向賈老師表示衷心的感謝！感謝所有支持和幫助我的老師和同學(xué)