电设95年A题实用低频功率放大器(不错)

实用低频功率放大器一、系统功能及性能指标1、基本要求：输入电压幅度5~700mV负载8LRΩ额定输出功率WPOR10带宽000HZ10~50BW在ORP和BW的内的非线性失真系数%3在ORP下的效率%55在8LRΩ的负载上的交流声功率mV102、发挥部分：产生1000fHZ、上升和下降时间us1、mVVPP200的对称方波在ORP下输出波形上升和下降时间us12、输出波形顶部斜降%2在ORP下输出波形过冲量%5二、实验目的理解低频功率放大电路的工作原理，掌握功率、效率的测量方法，学会设计比较器，将正弦波转换为方波信号，学习集成功率放大器基本技术指标的测试，巩固和加深对电子电路基础知识的理解，提高综合运用所学知识的能力。三、实验要求1.基本要求设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器.在放大通道的正弦信号输入电压幅度为5～700mV,等效负载电阻RL为8Ω下,放大通道应满足:（1）额定输出功率POR≥10W;（2）带宽BW≥50～10000Hz;（3）在POR下和BW内的非线性失真系数≤3%;（4）在POR下的效率≥55%.;（5）在前置放大级输入端交流短接到地时,RL=8Ω上的交流声功率≤10mW.2.发挥部分（1）由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波,频率为1000Hz,上升时间≤1μs,峰2峰值电压为200mV.用上述方波激励放大通道时,在RL=8Ω下,放大通道应满足.（2）额定输出功率POR≥10W;（3）在POR下输出波形上升时间和下降时间≤12μs;（4）在POR下输出波形顶部斜降≤2%;（5）在POR下输出波形过冲量≤5%四、方案论证前置放大:本实验由弱信号前置放大级、交换电路、功率放大级等部分组成。前置放大级用来放大输入的信号，以推动后面的功率放大器。放大电路有很多，但是弱信号的前置放大电路必须要由低噪声、高保真、高增益的集成电路。符合运放有NE5532、OP07、LM318等。这个实验中，采用的是NE5532和LM318，NE5532具有高精度、低噪声、高阻抗、宽频带等优良的性能，能使电路的指标大大的提高。功率放大：功率放大有两种的方式，一种是用分立元件构成OCL电路，一种是用专用的功放集成芯片。其中，集成功放具有工作可靠，外围电路简单保护功能比较完善等有点，分立元件比较复杂，只有有一个环节出现问题，则性能就会低于集成功放，所以本实验采用的是用集成功率芯片做功率放大电路。波型转换：正弦波型转换为一般用比较器或运放做成的比较器电路实现。常用的比较器有过零比较器，任意电平比较器，滞回比较器。过零比较器和任意电平比较器都属于单限比较器，但输入电压在在阈值电压附近任何微小的变化，都将引起输出电压的跃变，因此单线比较器抗干扰能力差，不予采用。在这里我们用滞回比较器，因为它有惯性，具有一定的抗干扰能力；且若两个阈值21THTHUU时，就可以输出占空比接近于50%的方波信号，可以达到题目要求。下面是滞回比较器的电路图和传输特性方案一用运放做比较器电路，利用正反馈电路，将小的交流信号转化为峰峰值比较大的方波信号，再经过电阻的分压，可以得到信号比较小的方波信号；将分压电阻换成滑动变阻器，可以通过调节滑动变阻器，得到峰峰值为200mv的方波信号；运放的输出端加入两个正负极性相反的稳压管，用来控制输出电压的幅值，使输出信号稳定在一定范围内。另外，为达到输出方波的上升下降时间小于1us和双极性方波,要求使用的运放为压摆率较高且为双电源供电的运放方案二用比较器做成的比较器电路，比较器的功能是比较两个电压的大小，从而输出电压的高或低电平。电压比较器结构简单，灵敏度高，压摆率比较大，容易达到实验要求。这里我们用电压比较器LM311仿真后，发现LM311只能输出单极性，若用其他高速比较器，性价比较低，市场上也很难买到，所以此方案不采纳。五、芯片手册NE5532芯片手册LM318芯片手册LM1875芯片手册五、系统硬件电路设计弱信号前置放大级设计：（1）、电路的组成：因为实验要求，前置放大电路的输入端接地时，在8Ω的负载上的噪声功率要小于10mV，所以要尽量减小噪声。为了选用低噪声芯片，所以用用NE5532构成前置放大电路，为了提高前置放大电路的输入电阻和共模抑制比，必须采用同相比例放大电路。（2）、测量放大器原路图：（3）、工作原理：为了阻抗匹配，增大输入电阻，在前置放大电路的前面设计了电压跟随器，由题目可知，在功率放大的8Ω负载上要获得额定输出功率WPOR10，根据：VPRUORLOM65.12108222530565.12)in(mVVmUUINOM-------------------------------------------------（1）1870065.12)max(mVVUUINOM-------------------------------------------------------（2）dB25)18log(20-------------------------------------------------------------（3）dB68)2530log(20----------------------------------------------------------（4）由（1）（2）（3）（4）可知，整个电路的放大倍数要介于18~2530倍之间，即在25dB~68dB之间手动可调，有因为单级的放大倍数大概在20dB左右，因此要采用两级前置放大，再加上一级功率放大来达到实验的要求。（4）电路仿真的原理图：（5）、各电阻阻值的确定：前置放大电路由NE5532用电压跟随器和两级同相比例放大电路组成。其中电压跟随器，实现了阻抗匹配，增大输入电阻。VPRUORLOM65.12108222530565.12)in(mVVmUUINOM-------------------------------------------------（1）1870065.12)max(mVVUUINOM-------------------------------------------------------（2）由（1）（2）可知，电压的放大倍数要达到18~2530倍，又因为NE5532采用正负12V电压供电，题目要求峰峰值10mV~1.4V输入，电路放大的电压超过20V会失真，所以第一级设计放大13倍，这样1.4V输入的时候，放大13倍，约为18V不超过20V，就不会失真。由于第一级放大13倍，则：13123RR--------------------------------------------------------------------（3）电阻的取值不宜过大，取2R=1K，由（3）可知，3R=12K。其中，324//RRR----------------------------------------------------------（4）由（4）可知，所以平衡电阻4R约为1K。为了使输出电压放大倍数可调，所以在第一级和第二级之间加了电位器进行分压，取电位器KR105。第二级同相比例放大电路中，和第一级的差不多，因为要实现最大放大倍数为2630，假设功率放大部分放大10倍，第一级放大13倍，为了提高输出功率，第二级放大倍数设为21倍。21167RR---------------------------------------------------------------------（5）电阻的取值不宜过大，取6R=1K，由（5）可知，7R=20K。768//RRR--------------------------------------------------------------------（6）由（6）可知，平衡电阻8R约为1K（6）、PCB板设计：前置放大电路原理图前置放大电路PCB变换电路设计：（1）、电路的组成：用运放做比较器电路，利用正反馈电路，将小的交流信号转化为峰峰值比较大的方波信号，再经过电阻的分压，可以得到信号比较小的方波信号；将分压电阻换成滑动变阻器，可以通过调节滑动变阻器，得到峰峰值为200mv的方波信号；运放的输出端加入两个正负极性相反的稳压管，用来控制输出电压的幅值，使输出信号稳定在一定范围内。另外，为达到输出方波的上升下降时间小于1us和双极性方波,要求使用的运放为压摆率较高且为双电源供电的运放。（2）、变换电路原路图：5v-5v-+-+5v-5vUoUiR1R1R2R4R5反相滞回比较器R3Uz（3）、电路的原理：上图中，R1和R2构成正反馈回路，R3对输出的波形具有分压作用；Uz由两个相反极性的稳压二极管构成，用来限制输出信号的幅值；之后R4和R5电路为一个分压电路，最后由一个电压跟随器加在输出端，以提高带负载能力。（4）、各电阻和电容的确定：若设电阻R1=100Ω，题目中输入信号为1KHZ，幅值没有要求，,经过第一级正反馈，输出电压的幅值达到电源电压Uo1=5V，但由于稳压管的存在，2.9VzUUO，(电路中所用的稳压二极管是反向稳压幅度为2.2V，正向为0.7V)假定输入电压为ui=100mv,为了保证输出的信号为方波信号，则+ui+THU,即THU100mv。ZTHURRRU211------------------------------------------------------（1）若取R1=1k,则：mvR1009.2211-------------------------------------------------（2）推出R228K,因此取R2=33K，R3阻值任意，可取100Ω；R4R5为分压电路，取值分别为10K和5K。（5）电路仿真的原理图：电路仿真的原理图：（6）、PCB板设计变换电路PCB原理图变换电路PCB图功率放大电路设计：（1）、电路的组成：功率放大的芯片有TDA2040A、TDA1514，但TDA2040A的功率裕量不大，TDA1514的外围电路比较复杂，又容易自激。而LM1875是一款功率放大集成块，它的优点是外围电路简单，输出的功率大，芯片内部有感性负载反向电势安全工作保护，又容易制作和调试，所以本实验选用LM1875芯片作为功率放大的芯片。（2）、测量放大器原路图：（3）、各电阻和电容的确定：为了阻抗匹配，同相输入端10R=1MΩ，2C和11R组成了高通滤波器，令11R=100K，2C=4.7uF，则截止频率HZCRf39.3107.41010014.3212163211π50HZ，可以满足实验的要求。VPRUORLOM65.12108222530565.12)in(mVVmUUINOM-------------------------------------------------（1）1870065.12)max(mVVUUINOM-------------------------------------------------------（2）总共放大倍数在18~2530倍之间，其中前置放大电路的放大倍数为2732113倍，则功率放大级的放大倍数为9.2倍，约为10倍。13R、12R、15R构成了反馈网路，3C是直流负反馈电容。因为功率放大部分的放大倍数为10倍，所以：101121513RRR，取12R=1K，13R=5K，为了获得更大的输出功率，则取电位器15R取10K。414CR和构成了输出退偶电路，防止功放产生自激，没有接414CR和的话，功放的输出则会产生自激震荡。9R是功放的负载，阻值为8Ω。（4）电路仿真的原理图：（5）、PCB板设计功率放大电路PCB原理图功率放大PCB图七、系统调试和分析（1）电路仿真测试：前置放大和功率放大测试：1、额定输出功率：（1）当输入的幅值为5mV时：图