功率放大器报告书

广西交通职业技术学院信息工程系期考作品报告书题目：低频功率放大器班级电信2011-2班学号2011姓名课程名称电子产品综合开发与制作实训任课教师罗宜春二O一三年十月摘要本作品全部采用硬件电路设计，其核心采用两个大功率三极管组成的甲乙类功率放大电路，整个系统由前置放大器、功率放大器组成，前置放大采用NE5532放大输入信号，通过大功率三极管2SA1941和2SC5198做成的达林顿复合管进行功率放大。功率器输出能够达到5W，输出噪声电压有效值V0N≤5mV，通频带能达到10Hz～50kHz，输出波形无明显失真。关键字：功率放大复合管通频带一、系统方案论证与比较1.前置放大器的选择方案一：采用集成运算放大器构成前置放大电路设计前置放大电路的可供选用集成运算放大器由很多，NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放大器，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。NE5532具带守宽高，电压增益高，转换速率快，噪声低和电流消耗低的优点。方案二：采用专用前置放大器IC构成前置放大电目前有很多性能优越的专用低频前置放大器IC，日本夏普公司的IR3R18/16，NEC公司的Μpc1228H，富士通公司的MB3105/06。其频带BW均能达到30Hz—20KHz，增益高，失真系数小。综合比较，方案二的设计效果优于方案一，但是专用前置放大器IC价格比较贵，而且采购不便，而集成运放价格便宜，性能高，能够满足题目放大要求，因此采用方案一。2.功率放大模块的选择方案一：采用集成运放构成低频功率放大器电路，采用集成运放LM1875构成低频功率放大器电路。LM1875是一款功率放大集成块，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。方案二：采用分立元件构成低频功率放大器电路，分立元件构成的低频功率放大器电路可分为输入级、功率激励级和OCL输出级三部分。输入级采用双管差分放大器使电路工作稳定，功率激励级采用互补复合管推挽输出电路来提高线性放大及降低波形失真，而输出级采用直接耦合形式确保电路的低频响应。这种方案的优点在于反馈深度易控制，故放大倍数易控制。且失真度可以做到很小，使音质很纯净。综合比较，方案二易于控制输出放大倍数，且失真度小，音质也很纯净，因此采用方案二。3.核心芯片的选择方案一：方案二：二、电路模块的设计与分析1．系统设计分析10mV信号输入经过前置放大后输出能够达到1000多倍，再送到后级功率放大器将信号再次放大，输出信号功率能够达到题目要求，输出功率≥5W，输出波形无明显失真，通频带为10Hz～50kHz，输出噪声电压有效值V0N≤5mV。系统框图如图2-1所示。图2-1系统框图2.前置放大的设计前置级的任务是完成小信号的电压放大，其失真度和噪声对系统的影响最大，故采用了低噪声、高保真度的双通道专用音响前置集成放大器NE5532，均采用电压并联负反馈电路，因为电压并联负反馈具有很好的抗共模干扰能力，且具有改善波形失真的作用。且NE5532的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能,较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出,使电路的整体指标大大提高。放大后的信号失真度和噪声都很小。电路如图2-2所示。32184IC1ANE5532R110KR310KR2150K567IC1BNE5532R410KR610KR5150K-15V+15V从信号源ViVo到功放C1104C2200uC1104C2200uRp1100K图2-2前置放大电路3.功率放大的设计功率放大电路采用了具有负反馈功能的甲乙类推挽放大电路，一般电路的反馈采样点选在运放的输出端，而本设计中选取在功率输出端，利用反向比例放大器的强负反馈功能来纠正功率输出及的交越失真。末级功放管采用了分立的大功率互补对称的三极管作为输出。互补对称功率放大电路由两个管型相反的射极输出器组合而成，功率三极管工作在大信号状态；为了解决功率三极管的互补对称问题，利用复合管可获得大电流增益和较为对称的输出特性。为保证功放输出级在同一信号下，两输出管交替工作，在这里采用的是2SA1941和2SC5198大功率三极管。如图2-3所示。T1T4T2T3R1022R1122R933R1233R140.22/2WR130.22/2W-15V+15VVoR410KD21N4148D31N4148R510KAC15μF/25VR2270kR3270KR122KC15μF/25VViRp21KC50.1uR1530RL8图2-3功率放大电路三、系统软件设计四、系统测试与分析1．系统测试仪器双输出电源一台、数字示波器一台、函数发生器一台、4位半数字万用表一台机。2．系统测试与结果分析（1）前置放大器倍数测量。输入10mV的正弦波信号，经过运放放大后测量输出电压，算出放大倍数。如表3-1所示：表3-1前置放大器倍数测量表输入信号大小输入电阻反馈电阻输出信号大小10mV10K150K150mV10mV10K150K2.2V分析结果：由于从信号源输出的小信号非常微弱,只有经过放大之后,这种信号才能激励功率放大器,且由上述分析可知前置放大级由两级组成。故在前置放大级中采用低噪声、高保真度的双通道专用音响前置集成放大器NE5532。一级前置级增益为：Vo=R2/R1=150/10=15（约为24dB）第二级前置级增益为：Vo=R5/R4=150/10=15（约为24dB）（2）带宽测量，输入10mV峰峰值电压，改变输入频率，测量输出电压，如表3-2所示：表3-2带宽测量表输入频率输出电压失真10Hz10mV否100Hz10mV否1KHz10mV否10KHz10mV否20KHz10mV否30KHz9.6mV否40KHz8.3mV是50KHz7.5mV是分析结果：按照题目要求输入10Hz—20KHz无失真，发挥部分输入10Hz—50KHz无明显失真。在这里前面部分达到要求，但是输入40KHz以上就有点失真，但是要求之内。五、设计制作总结在设计本作品的过程中遇到了各种困难，由于这个作品是用万用板焊接，前置放大部分布局太挤，到了后面就导致连接线路的时候跳线太多导致整体布局不够好看，影响整体外观。电路焊接完成后，调试电路的过程也出现了很多问题，比如上电后发现负电源电流过大，检查后发现连接负电源的滤波电容接反，把正极接到了负电源，负极接到了地，修改后发现前置放大部分有点失真，然后一级一级地检查下去，发现到最后输出波形都是失真，后经检查电路发现是从一级放大输出经过100K滑阻后接错了引脚，本应接到NE5532六脚，但接到了7脚，接到第二级输出那里，后经修改电路成功。总之，在本次的设计过程中尽管走了很多的弯路，但是还是学到了不少知识，从中受益匪浅。了解了功率放大器的原理，学会了各种放大电路的分析、设计。动手能力与自学能力得到了锻炼与提高，对待事物的态度也发生了变化。理论总是离不开实践的，设计制作过程中，盲目地追寻理论知识根本不足以解决任何问题，一味的死研究课本是不会真正掌握单片机的。只有真正动手去做才能发现问题，解决问题，提高能力。