电设95年A题实用低频功率放大器(不错)

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业实用低频功率放大器系统功能及性能指标1、基本要求：输入电压幅度5700mV 负载 额定输出功率 带宽 在和的内的非线性失真系数在下的效率 在的负载上的交流声功率2、发挥部分：产生HZ、上升和下降时间、的对称方波在下输出波形上升和下降时间、输出波形顶部斜降在下输出波形过冲量二、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

2、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5700 mV , 等效负载电阻RL为8下,放大通道应满足:（1）额定输出功率POR 10 W;（2）带宽BW 5010 000 Hz; （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 = 8 上的交流声功率10 mW. 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1 000 Hz ,上升时间1 s ,峰2峰值电压为200mV. 用上述方波激励放大通道时,在RL = 8

3、 下,放大通道应满足.（2）额定输出功率POR 10 W;（3）在POR下输出波形上升时间和下降时间12s ;（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

4、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；且若两个阈值时，就可以

5、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

6、压比较器结构简单，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8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

7、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8负载上要获得额定输出功率，根据：-（1）-（2）-（3）-（4）由（1）（2）（3）（4）可知，整个电路的放大倍数要介于182530倍之间，即在25dB68dB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。-（1）-（2）由（1）（2）可知，电压的放大倍数要达到182530倍，又因

8、为NE5532采用正负12V电压供电，题目要求峰峰值10mV1.4V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：-（3）电阻的取值不宜过大，取=1K，由（3）可知，=12K。其中，-（4）由（4）可知，所以平衡电阻约为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。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。-（5）

9、电阻的取值不宜过大，取=1K，由（5）可知，=20K。-（6）由（6）可知，平衡电阻约为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

10、）、变换电路原路图：（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=100，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， ，(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+,即28K,因此取R2=33K，R3阻值

11、任意，可取100；R4 R5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=1M，和

12、组成了高通滤波器，令=100K，=4.7uF，则截止频率10W 所以达到了实验的要求。（2）当输入的幅值为700mV时：图（2）分析：从上图（2）可以看出，当输入幅值为700mV时，输出电压的峰峰值为34.8V，根据=18.9W 10W 所以达到了实验的要求。2、带宽分析：（1）当输入的幅值为5mV，频率为50HZ时：图（3）分析：从上图（3）可以看出，当输入幅值为5mV，频率为50HZ时，输出电压的峰峰值为33.4V，根据=17.4W 10W 所以达到了实验的要求。（2）当输入的幅值为5mV，频率为10KHZ时：图（4）分析：从上图（4）可以看出，当输入幅值为5mV，频率为10KHZ时，输出

13、电压的峰峰值为33.4V，根据=17.4W 10W 所以达到了实验的要求。3、效率分析：图（5）分析： 如上图（5）所示：输出电压的峰峰值为34.8V，所以输出的功率为W-（1）又因为：-（2）其中=12.3-（3）由（2）（3）得，A-（4） 又因为功率放大级用正负U=18V的电压供电，所以1.54*18=27.66W-（5）所以， 55%，所以符合实验的要求。4、输出噪声功率分析：图（6）分析： 如上图（6）所示，当输入端接地时，在输出端8负载上，输出的电压为352pV，输出的噪声功率远远小于10mV，所以符合本实验。变换电路和功率放大测试：（1）输入信号为大于200mv,频率为1KHZ时

14、：分析：在输入端加1KHZ，幅值为200mv的正弦信号，通过滑动变阻器的调试，可以输出200的方波，由仿真图可以看出，输出的方波为200mv,上升下降时间分别为831ns和824ns,可以达到题目要求。（2）用方波激励放大通道时，在RL=8的情况下：分析：由上图可以看出，信号经过放大之后，输出的电压峰峰值为Uom=35.8V，所以输出的额定功率10W可以达到题目要求。（3）将方波与功率放大连在一起时的上升和下降时间：分析：由上图可以看出，当方波输入到功率放大电路中时，上升的时间为1.64us12us，下降时间为1,61us10W 所以达到了实验的要求。（2）当输入的峰峰值为1.4V时：图（2）

15、分析：从上图（2）可以看出，当输入峰峰值为1.4V时，输出电压的峰峰值为34.4V，根据=18.5W 10W 所以达到了实验的要求。2、带宽分析：（1）当输入的峰峰值10mV，频率为50HZ时：图（3）分析：从上图（3）可以看出，当输入峰峰值10mV，频率为50HZ时，输出电压的峰峰值为32V，根据=16W 10W 所以达到了实验的要求。（2）当输入的峰峰值10mV，频率为10KHZ时：图（4）分析：从上图（4）可以看出，当输入峰峰值为10mV，频率为10KHZ时，输出电压的峰峰值为32.8V，根据=16.8W 10W 所以达到了实验的要求。3、非线性失真系数分析：图（5）分析：如上图（5）所

16、示：上图是用示波器的频谱分析得到的基波与各谐波的图片，图中的基波频率与正弦波1KHZ的频率相同，其峰峰值，即有效值为=11.8V。其中，二次、三次、四次、五次谐波分别是2KHZ,、3KHZ、4KHZ、5KHZ，大于五次的谐波太小，可以忽略不计，所以本实验只测试到五次谐波。上图中纵轴每格代表20dB，从图中可以看出，二次、三次、四次、五次谐波，与基波相差45dB、55dB、60dB、55dB，又因为基波有效值为=11.8V，所以的各二次谐波有效值、三次谐波有效值、四次谐波有效值、五次谐波有效值。又根据：所以：又因为 55%，所以符合实验的要求。5、输出噪声功率分析：图（7）分析： 如上图（7）所

17、示，当输入端接地时，在8的负载上测得输出电压的峰峰值为=39.2mV，根据=0.024mW10W可以达到题目要求（2）上升时间和下降时间测量：上升时间分析：由上图可以看出，信号经过放大之后，上升时间为4.008us10us,可以达到实验的要求。下降时间分析：由上图可以看出，信号经过放大之后，下降时间为2.808us10us,可以达到实验的要求。（3）在下，顶部斜降测量：分析：由上图可知，顶部斜降公式为，其中Uo为输出方波的纹波间的峰峰值，Um为输出脉冲幅值。由上图可以知道，Uo=120mv,Um=Vpp=34.4V，则顶部斜降2%,可以达到题目要求（4）在下，过冲量测量：分析：上图可以知道 所

18、以输出波形过冲量,可以达到题目要求（3）、实物图片：前置放大电路实物变换电路实物功率放大电路实物八、方案总结（1）、从上面的实验现象可以看出，额定输出功率、带宽、非线性失真系数、效率、交流噪声功率、方波的频率、上升和下降时间等都达到了实验的要求。（2）、对于功率放大器，有不同的方法来做，可以有分立的元件做，也可以用集成的功率芯片来做，功放芯片也有很多不同的种类，对于不同的功率芯片要合理的选中，有的功率比较小，达不到实验的要求，有的外围的电路比较复杂，所以也要舍去。本实验选用的是LM1875，它是一种比较好的功率芯片，但是也有它的缺点，它是美国国半公司生产的，可是它两年前就停产了，所以现在市场上买到的大多是假的，这是这款芯片的不足之处。（3）1kHz正弦波经过比较器输出的