模電綜合課程設(shè)計---高效率音頻功率放大器

1、<p><b>　　模電綜合課程設(shè)計</b></p><p><b>　　實驗報告</b></p><p>　　高效率音頻功率放大器</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1．設(shè)計目的1</b></p&

2、gt;<p><b>　　2．設(shè)計任務(wù)1</b></p><p><b>　　3．設(shè)計要求1</b></p><p><b>　　4．設(shè)計步驟1</b></p><p>　　5、單元電路設(shè)計2</p><p>　　6、實驗測試方法和測試實驗數(shù)據(jù)分析7&

3、lt;/p><p><b>　　7、附件9</b></p><p>　　高效率音頻功率放大器</p><p><b>　　作者：黃瑞銘</b></p><p><b>　　1、設(shè)計目的</b></p><p>　?。?）熟悉一些基本器件的應(yīng)用;</p

4、><p>　?。?）熟悉多功能板的焊接工藝技術(shù)和電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù);</p><p>　　（3）熟悉D類功率放大器的工作原理；</p><p>　　（4）完成高效率音頻功率放大器的設(shè)計。</p><p><b>　　2、設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計并制作一個高效率音頻功率放大器。功率

5、放大器的電源電壓為+5V，負載為8Ω電阻。原理框圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　3、設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）3dB通頻帶為300Hz～3400Hz，輸出正弦信號無明顯失真。（2）最大不失真輸出功率≥1W。（3）輸入阻抗>10k。（4）低頻

6、噪聲電壓（20kHz以下）≤10mv，在電壓放大倍數(shù)為10，輸入端對地交流短路時測量。（5）在輸出功率500mW時測量的功率放大器效率（輸出功率/放大器總功耗）≥50%。</p><p><b>　　4、設(shè)計步驟</b></p><p>　　(1）進行方案論證，合理設(shè)計高效率音頻功率放大器的電路原理圖；</p><p>　　(2）單元電路組裝

7、調(diào)試；</p><p>　　(3）整機組裝調(diào)試；</p><p>　　(4）寫出設(shè)計報告。</p><p><b>　　5、單元電路設(shè)計</b></p><p>　　音頻信號前置放大器設(shè)計</p><p>　　如圖7所示。設(shè)置前置放大器，可使整個功率的增益從1-20連續(xù)可調(diào)，而且也保證了比較器的比

8、較精度。當功放輸出的最大不失真功率為1W時，其上的電壓=8V，此時送給比較器音頻信號的值應(yīng)為2V，則功放的最大增益約為4（實際上，功放的最大不失真功率要略大于1W，其電壓增益要略大于4）。因此必須對輸入的音頻信號進行前置放大，其增益應(yīng)大于5。前放仍采用寬頻帶、低漂移、滿幅運放TL062，組成增益可調(diào)的同相寬帶放大器。選擇同相放大器的目的是容易實現(xiàn)輸入電阻的要求。同時，采用滿幅運放可在降低電源電壓時仍能正常放大，取，要求輸入電阻大于，故取

9、，則 </p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　，反饋電阻采用電位器，取，反相端電阻取，則前置放大器的最大增益為：</p><p>　　調(diào)整使其增益約為8，則整個功放的電壓增益從0~32可調(diào)。</p><p>　　考慮到前置放大器的最大不失真輸出電壓的幅值，取，則

10、要求輸出的音頻最大幅度。超過此幅度則輸出會產(chǎn)生削波失真。</p><p><b>　　三角波發(fā)生器設(shè)計</b></p><p>　　該電路采用滿幅運放TL062及高速精密電壓比較器LM393來實現(xiàn),電路如圖8所示。TL062不僅具有較寬的頻帶，而且可以在較低的電壓下滿幅輸出，既保證能產(chǎn)生線性良好的三角波，而且可以達到發(fā)揮部分對功放在低電壓下正常工作的要求。</p

11、><p><b>　　圖8</b></p><p>　　載波頻率的選定既要考慮抽樣定理，又要考慮電路的實現(xiàn)，選擇150kHz的載波，使用四階Butterworth LC濾波器，輸出端對載頻的衰減大于60dB，能滿足題目的要求，所以我們選用載波頻率為150kHz。</p><p>　　電路參數(shù)的計算：在5V單電源供電下，我們將運放5腳和比較器3腳的電

12、位用調(diào)整為2.5V，同時設(shè)定輸出的對稱三角波幅度為1V（）。若選定為，并忽略比較器高電平時上的壓降，則的求解過程如下：</p><p><b>　　取為。 </b></p><p>　　選定工作頻率為，并設(shè)定，則電容的計算過程如下：</p><p>　　對電容的恒流充電或放電電流為：</p><p>　　則電容兩端最大

13、電壓值為：</p><p>　　其中為半周期，。的最大值為2V，則：</p><p>　　取，，采用可調(diào)電位器。使振蕩頻率在左右有較大的調(diào)整范圍。 </p><p>　　PWM波產(chǎn)生電路設(shè)計</p><p>　　選用LM393精密高速比較器，電路如圖9所示，因供電為5V單電源，為給提供2

14、.5V的靜態(tài)電位，取，，4個電阻均取。由于三角波，所以要求音頻信號的不能大于2V，否則會使功放產(chǎn)生失真。</p><p><b>　　圖9</b></p><p><b>　　音頻功率放大器設(shè)計</b></p><p><b>　　驅(qū)動電路</b></p><p>　　電路如圖

15、10所示。將PWM信號整形變換成互補對稱的輸出驅(qū)動信號，用LM393組成電壓跟隨器和1：1反向比例放大器以獲得對稱輸出信號，送給由晶體三極管組成的互補對稱式射極跟隨器驅(qū)動的輸出管，保證了快速驅(qū)動。驅(qū)動電路晶體三極管選用2SC8050和2SC8550對管。</p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　2）H橋互補對稱輸出電路</p>&

16、lt;p>　　對VMOSFET的要求是導通電阻小，開關(guān)速度快，開啟電壓小。因輸出功率稍大于1W，屬小功率輸出，可選用功率相對較小、輸入電容較小、容易快速驅(qū)動的對管，IRF9540和IRF540 VMOS對管的參數(shù)能夠滿足上述要求，故采用之。實際電路如圖11所示?；パaPWM開關(guān)驅(qū)動信號交替開啟Q5和Q8或Q6和Q7，分別經(jīng)兩個4階Butttterworth濾波器濾波后推動喇叭工作。</p><p><b