带前置的音频功率放大电路设计

学号:模拟电子技术课程设计带前置放大的音频功率放大器系部名称：电气工程系专业名称：电气工程及其自动化指导老师：赵玉菊班级名称：工1303班学生姓名：完成日期：2014年12月26日课程设计评定表姓名学号存档号系别电气工程系专业电气工程及其自动化班级工1303班课程设计题目带前置放大的音频功率放大器指导教师评语：签名：年月日1．课程设计成绩：指导教师签名：年月日2．答辩成绩：答辩小组组长签名：年月日3．综合成绩：备注：1.“课程设计成绩”一项由指导教师根据学生在设计过程的表现及课程设计说明书评定，满分100分。2.“答辩成绩”一项由指导老师根据答辩情况评定，满分100分。3.“综合成绩”=“课程设计成绩”*80%+“答辩成绩”*20%。摘要本电路设计采用前置放大电路和音频功率放大电路相结合的放大模式，前者采用有NE5534对电压进行放大，后者采用性能优良的LM1875对电压和电流放大，给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能的小，效率尽可能的高。在前置放大和功放之间加上一个滑动变阻，就保证了音量可调，除此之外，加上相应的旁路电容又使得电路具有杂音小，有电源退偶，无自激等优点。根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用multisim10软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。关键词：NE55324LM1875性能优良音量可调杂音小目录•引言二．设计的目的及任务三．电路设计总方案及原理框图1原理框图2电路设计总方案四．各组成部分的工作原理及电路1信号源发生器的设计2信号源发生器的电路图3弱信号前置放大级电路方案设计4弱信号前置放大电路图5音频功率放大电路方案设计6音频功率放大电路图7直流稳压电源8保护电路五．仿真软件Multism10介绍六．电路仿真1．总电路图2．应用Multism10进行仿真及结果七．仪器仪表明细清单八．总结九．参考文献一．引言功率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。低频功率放大器作为音响等电子设备的后即放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。同时低频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。因此设计出实用、简洁、低价格的低频功率放大器是一个发展方向。功率放大器随着科技的进步是不断发展的，从最初的电子管功率放大器到现在的集成功率放大器，功率放大器经历了几个不同的发展阶段：电子管功放晶体管功放集成功放。功放按不同的分类方法可分为不同的类型，按所用的放大器件分类，可分为电子管式放大器、晶体管式功率放大器（包括场效应管功率放大器）和集成电路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶体管和集成电路式功率放大器为主，电子管功率放大器也占有一席之地。电子管功率放大器俗称胆机，电子管功放的生产工艺相当成熟，产品的稳定性很高，而离散性极小，特别是它的工作机理决定了它的音色十分温柔，富有人情味，因而成为重要的音响电路形式。电子管电路的设计、安装、调试都比较简单，期缺点是输出变压器、电源变压器的绕制工艺稍麻烦，耗电大、体积大、有一定的使用期限。因此在实际使用中有一定的局限性。现在大功率晶体管种类很多，优质功放电路也层出不穷，因此晶体管功率放大器是应用最广泛的形式。人们研制出许多优质新型电路使功放的谐波失真，很容易减少到0.05%以下。场效应管是一种很有潜力的功率放大器件，它具有噪声小、动态范围大、负温度特性等特点，音色和电子管相似，保护电路简单。场效应管生产技术还在不断发展，场效应管放大器将有更为强大的生命力。由于集成电路技术的迅速发展，集成电路功率放大器也大量涌现出来，其工艺和指标都达到了很高水平，它的突出特点是体积小、电路简单、性能优越、保护功能齐全。二．设计的目的及任务工1303《模拟电子技术课程设计》任务书题目名称带前置放大的音频功率放大器课题来源自拟指导教师赵玉菊起止日期2014年12月22日至2014年12月26日设计内容及主要技术参数设计要求：1．前置放大器的放大倍数为10倍，使用单电源低噪声集成运放NE5534、OP-27A，。2．功率放大采用LA4100、或LM386、或其他型号。。3．音量可调，杂音小。4．有电源退耦，无自激震荡。设计要求及目标•结合带前置放大的音频功率放大器电路设计独立地开展电子电路的设计与实验。•掌握Multisim绘制电路图的方法。•掌握Multisim软件仿真的方法。•掌握查阅手册或其它资料的方法，培养学生分析、解决实际问题的能力。使用的工具软件Multisim仿真软件提交的设计资料1．系统框图2．单元电路图3．电路原理图4．仿真电路图5．元器件明细表6．设计说明书进度计划阶段日期计划完成工作量指导教师检查意见备注1天布置任务及调研0.5天方案确定及原理框图的绘制1天单元电路设计及元器件的选择0.5天电路图绘制及仿真1天撰写设计报告1天验收电路基础教研室2014年5月10日三．电路设计总方案及原理框图1．原理框图2．电路设计总方案根据任务要求，设计总电路需要弱信号前置放大级电路和功率放大电路两个基本电路，其中前置级主要完成小信号的电压放大任务；功率放大级则实现对信号的电压和电流放大任务。直流稳压源则是为整个运放提供能量。信号源发生器产生模拟信号。四．各单元电路的方案设计1.信号源发生器的设计本系统信号源发生器我们采用RC串并联网络振荡电路。电子技术实验中经常使用的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电路，大功率正弦波振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。此外，如超声波探伤、无线电和广播电视信号的发送和接收，都离不开正弦波振荡电路。1.信号源发生器电路图1.弱信号前置放大级电路方案设计弱信号前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。符合上述条件的集成电路有：M5212、LM5213、LLM1875、TDA1514、NE5532、NE5534等。本系统设计选用NE5534，因为同众多的运放相比,NE5534具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带的优良性能，是前置信号放大电路设计的常用元件。用次元件可打打改善电路瞬态性能，使得信号不失真输出，使电路的整体指标大大提高。而如果使用分立元件使用的话，比较复杂，成本较高，各项指标也不理想。故使用NE5534。现介绍各芯片参数如下：NE5534的极限参数参数符号NE5534单位电源电压Vcc±22V差分输入电压Vdif±13V输入电压Vi提供电压V功耗，TA=25℃PD1100mW工作温度TOPR0~70℃4.弱信号前置放大级电路图由题，要求放大器的放大倍数为10倍，而根据模电所学知识。易求得次电路的放大倍数A=1+R3/R1=10。可以推出R3/R1=9。所以，可取R1=1KΩ，R3=9KΩ，而根据所学的知识，我们知道R2的阻值应该等于R1和R3并联的阻值，所以R2取0.9KΩ。即可实现此电路。下面，我们用Multisim10软件对其进行仿真。根据实际情况，我们取Ui=10v、60Hz。Vee=-15V、Vcc=15V。输出接万用表，测的的结果下图所示。可以得出：Uo/Ui约等于10，所以根据仿真结果，证明理论正确。5．音频功率放大电路方案设计根据题目要求功率放大电路可由分立元件组成组成。分立元件组成的功率放大电路，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。在分立元件组成功率放大电路中由三极管、二极管、电阻、电容等器件组成的核心电路，提供了自由调整的余地。但分立元件组成的功率放大电路只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成功率放大电路。而且为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电路。但是集成功率放大电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全。采用集成功放LM1875构成的低频功率放大器电路。LM1875是一个输出功率最大可达到30W的音频功率放大器，Avo为90dB,失真率为0.015%(1KHz,20W)，带宽为70KHz，具有AC和DC短路保护电路和热保护电路，电源电压范围为15~60V，采用TO-220封装。在图4电路中，输入信号Vi经过C1耦合到LM1875的①脚，功率放大后从④脚输出。R8、C3串联接在输出端用以抑制高频噪声。R6、R7组成反馈网络；C2为直流负反馈电容；直流负反馈的作用是稳定静态工作点，而对放大电路的各项动态性能没有影响，动态性能指放大倍数、通频带、输入及输出电阻等。R5为输入接地电阻，防止输入靠路时引起感应噪声；C1为信号耦合电容，耦合指信号由第一级向第二级传递的过程。6．音频功率放大电路图7．直流稳压电源直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量，根据以上设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，需要稳压电源输出直流电压+15V、-15V。8.保护电路功率放大级采用LM1875，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，所以不需要另外的保护电路。五．仿真软件Multism10介绍multisim软件是迄今为止，在电路级仿真上表现最为出色的软件，有了multisim软件，就相当于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。multisim软件前身是是加拿大IIT公司在20世纪八十年代后期推出的电路仿真软件EWB（ElectronicsWorkbench），后来，EWB将原先版本中的仿真设计模块更名为multisim,之后又相继推出了multisim2001、multisim7等各个版本。Multisim10界面直观，操作方便，元器件和仪器的图形与实物外形十分接近，且仪器的操作开关、按键也与实物极为相似。作为Multisim仿真软件的最新版本，Multisim10不仅完善了以前版本的基本功能，更增加了许多新的功能，包括：1.更完备的元器件库。2.灵活方便的电路图输入工具。3.虚拟仪器和测试功能。4.支持MCU（微控制器）仿真。5.具有PCB文件的转换功能。Multisim10有很多自身独特的特色，他有所见即所得的设计环境；互动式的仿真界面；动态显示元件；具有3D效果的仿真电路；虚拟仪表；分析功能与图形显示窗口等等。六．电路仿真1．总电路图2．应用Multisim10进行的仿真结果纵坐标代表振幅，即信号的强弱，横坐标代表相位，从图中可看出，信号是放大的，不失真，相位差非常小，调节滑动变阻器的阻值大小，输出波形纵坐标发生变化，即音量大小变化，但相位差不变七．仪器仪表明细清单类型商品名称数量（个）运算放大器NE553417411功率放大器LM18751电容铝电解电容2.2uf1铝电解电容25nf2铝电解电容2.2uf1铝电解电容22uf1铝电解电容100nf2瓷片电容22uf1瓷片电容220uf2电阻1/4W10k伪金膜电阻11/4W3k伪金膜电阻11/4W1k伪金膜电阻31/4W2k伪金膜电阻11/4W5.6k伪金膜电阻11/4W900伪金膜电阻11/4W9k伪金膜电阻11/4W5M滑动变阻器11/4W2k滑动变阻器1•总结为期一个星期的课程设计已经结束，在这一星期的学习、设计过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接方法；以及如何提高电路的性能等等。同时培养了我运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。而且对于动手能力的培养和敏捷思维方式的形成起到很大的作用。设计一个电路首先要有合理的原理，再有合理的原理图，对于大型的电路还要注意分层分块的完成然后系统连接，这在以后的工作中对于我们的实践训练这