音频功率放大器电路设计及仿真分析3

1、音频功率放大器电路设计及仿真分析1任课老师:院系:专业:年级:姓名:学 号:本实验的内容是设计和制备一个可以供多媒体音箱使用的音频功率放大电路，从而了解 音频功率放大电路的基本结构和工作原理，同时也进一步加深对模拟电路中所学知识的掌握 和认识，并通过单元电路的分析，了解电路系统设计的步骤和组合方法。实验中重点要求复习和掌握运算放大器的使用方法，即运放同相比例放大器和反相比例 放大器的结构、计算和运用。同时也要求复习和掌握有源滤波电路的基本结构和原理。在电 路设计中和实验中也需要了解对元器件的选择标准，掌握一些常用元件的性能。另外，在本实验中还增加了直流稳压电源的内容，要求通过实验掌握直流稳压电

2、源的基 本结构、工作原理以及三端稳压器的使用方法，同时复习和加深对桥式整流电路理解。熟悉Proteus软件的使用方法，掌握该软件的仿真分析方法，同时学会应用Proteus软件 分析其他电路，为以后更好的学习电子电路准备条件。二、实验电路的结构分析本实验的内容是设计和制备一个可以供多媒体音箱使用的音频功率放大电路，整体功能 框图如下图所示：线性直流稳压电路稳压电源输出可以分为音频放大和直流电源两大部分。其中音频放大电路的功能是将其他电子设备的音源 信号进行放大，然后再经过功率放大，最后去推动扬声器输出，简单来说，就是一个扩音器。 直流电源部分则负责将220V的交流电源转换为低压直流电供放大电路使

3、用，同时，为了减 小电源波动引起的噪声对放大电路的影响，电源部分采用线性直流稳压电源。三、直流稳压电源的分析和设计为了提高直流电源的稳定性，本实验的设计中专门增加线性稳压电路，由三端稳压器 7915和7815构成，7915为负三端稳压，7815为正三端稳压。直流稳压电源的设计图如下:7815 ZS bi:. . -10WQ- -SZSD2 : . 10MXJ- . 4EXr卒。3 :1恤 4EXTa ：O4：io皿，dEXT，.VI：C1：:&4 EHSQ .44444U2VO8*4444-C4：1CCOJ由上图可知直流稳压电源可输出15V的电压1、全桥整流电路从图中可以看到，220V的交流电

4、源经变压器降压后，由全桥整流电路输出直流，再由 稳压电路输出稳定的直流，提供给放大电路使用。在设计中，音频放大电路需要对称的双电 源，因此必须选择次级有三端抽头的变压器，经全桥电路整流和电容C1和C2滤波后，输 出对称的正负电源。在这里需要重点注意的是，变压器次级的中心抽头就是所有电路中的公共地线。2、三端集成稳压器构成的线性直流稳压电源要构成线性直流稳压电源，最简单的方法就是采用三端集成稳压器。这种集成电路块内 部完整地集成了采样电路、比较放大、调整电路、保护电路和启动电路等功能，但是外部引 脚只有三个端I】，分别接输入电源，地，另一个端II输出，其使用十分简单，只要将三个端 I按规定接入电

5、路就可以使用。四、音频放大电路的分析和设计1、前置放大电路前置放大电路的作用简单说来就是“缓冲”，将外部输入的音频信号进行放大并输出。 前置放大器是一个高输入阻抗、高共模低抑制比、低漂移的小信号放大电路，实质是一个反 相比例放大电路，其电路图如下：(1)电路输入与输出分析由上图可知输出信号与输入信号反相，当系统的输入信号电压值为-10mV,输出信号对应电压值为206mV,放大倍数约为20,与前置放大电路的计算值200/10=20 (倍)相符。(2)电路频率响应特性分析S 焚QU我，REPONSE PR0SPICE31 FREQUENCY RESPONSE - PROSFfCH阳 Ifejfil

6、e Vie* Graph Options Hdp图(2)由图(1)可知，系统的最大频率增益为26.0dB,则截止频率处增益应为26.0X0.707=18.38dBo依次测量电路截止频率,如图(2)所示从电路的仿真结果可知，系统通带频率范围为1063.7kHz.(3)电路噪声分析径上毋3。实鬼督画皿图(2)测量频率为10,10000Hz时系统的噪声电压值。测量系统最大噪声电压，如图(1)所示，为604nV/Jl&从系统测量结果可知在音频放大器的工作频率范围内，系统的噪声范I韦I为57 1 nV/ VHz 604 nV/ VHz (4)电路失真分析U D：STORTION ANALYSIS - D

7、ROVKE;ile Viev. Graph Options HdpBEA *饥巳PHfin IIS VSM VIBIIIA1 SY!；n M MIIDtlLING失真分析仿真结果图置 ZOCRTICN ANALYSK - PROSICE1时Efile Me* GraplCptions Help5QW0.W-二胡-：L.ZT ?TO?T22-a。T&-teeKMN ：rfiL_=L_!二*=93:eT0成-%?.；!l uui ru i/二/:/疽:/k二:/二:一_._j:，/7_/17 /、L _=rj./r*,/1、u :_ I/N_、*-A/.(J_ /一/N二:_7 /、二h Y -I

8、1/X_:N1K二/二二/IfTPHT jE_FW5E一：10.D 胡.03D.01E0cE032亿1.3 E?c欧3.Bk 1B.Ek 西欣：0.Ek103 ffltk：0k i.an测量频率为10Hz、10000Hz时电路二次谐波失真测量频率为10Hz、10000Hz时电路三次谐波失真(5)傅里叶分析 i m o G oooroftorG eneraitor N aims:INIRUTs:ccsc。Atnologujc TpQ令 DCS ine Pulse PiyulimFileAudioE xponent SFFMEasn HDLD igitol 丁口=令Sready StteS ing

9、le E dgeS inale Pulse Clock.Pottom Eey HDLCurrent S ource? ls：olte B efore? M mricjml Edits：?1 l-l ido P*ropcrtic?OKCancel输入信号输入信号为频率为100Hz.幅值为10mV的正弦波信号时输出信号基波增益Vom1=198mVREQ:69.9医出豪实&吸Q留输入信号为频率为100Hz、幅值为10mV的正弦波信号时输出信号二次谐波增益Vom2=8.62mVuuiru11输入信号为频率为100Hz、幅值为10mV的正弦波信号时输出信号三次谐波增益 Vom3=2.83mV此时系统的失

10、真度为:g (8. 622+2. 832) /19825%2、二级放大电路由图可知此二级放大电路由低通电路和高通电路组成(1)电路输入与输出分析从模拟图表的仿真结果可知，电路对输入信号进行了同相放大，同时输出信号相位发生了偏移。放大倍数约为1.51/0. 2=7. 6o(2)电路频率响应特性分析图（1）图(3)由图(1)可知系统的最大频率增益为1807Db,则截止频率处增益应为18.7X0. 707=13. 2Db,据此测量电路截【I：频率，从电路的仿真结果可知，系统通带频率范围 为 38. 5Hz2. 71kHz。(3)电路噪声分析File Mw Sp卜 Options Help测量频率为1

11、0Hz时系统的噪声电压值测量频率为10kHz时系统的噪声电压值从系统测量结果可知在音频放大器的工作频率范I韦I内，系统的噪声范围为75.1-213 nV/Vhz（4）电路失真分析枝玄旁5。实鬼鬼Q炫REQQUIPUIgS DISTORFON ANALYSE PR。叫CE file View Graph Options Help10Hz1MHz系统二次谐波与三次谐波引起的电路失真。输入信号频率为100Hz.幅值200mV的正弦波信号时输出信号基波增益为1.49VFOURIER ANALYSIS-ROSPICERe We* Graph Opticns Help输入信号频率为100Hz、幅值200m

12、V的正弦波信号时输出信号二次谐波增益为2.11mV输入信号频率为100Hz、幅值200mV的正弦波信号时输出信号三次谐波增益为1.70mV此时系统的失真度为:g (0. 002112+0. 001702) /L 4*0.2%(1)电路输入与输出分析模拟仿真参数设置添加输出功率变化曲线模拟仿真分析结果，从图中的仿真结果可知系统输入信号经功率放大电路后功率被放大。& ANALOGUE ANALVSK - 3R0S3ICEfile View Graph Options HelpVln I UAL改变滑动变阻器RV1的参数后模拟仿真结果。从上述仿真结果可知，系统以恒定功率输入信号，而调节RV1可调节电

13、路输入阻抗。（2）电路失真分析电路仿真结果如卜图所示4、音频功率放大电路分析皆 ANALOGUE ANALYSIS - PROSPICE日旭 |苔File View Graph Options Hdp|修盅男18中驾包性浪I垮|电路输入信号为电压幅度10mV、频率为1kHz的正弦信号，输入-输出仿真结果图，由 上图可知电路对输入信号进行了反相放大，放大倍数约为：4740/10=474（倍），同时还有一 定的相位偏移。（2）电路频率响应特性分析图（1）S gQUENCY RESPONSE - PROSPICE Ale View Graph Opdor Hdp图(3)由图(1)可知系统的最大频率增

14、益为57.2dB,则截止频率处增益应为57.2 X0.707=40.4dBo测量电路截止频率如图(2)和图(3) 从电路的仿真结果可知，系统通带频率范围为9.73Hz10.4kHz。(3)电路噪声分析S NOISE ANALYSIS-ROSICEfile View Graph Optcns Help潦.7”20.2uSU-.m,e.：u11. E-喝-:u,llU.HTutput Fl (XJTFUricp/、K.1列J心。佃UK d n t/ / r/l:/1./厂1 :/ / / 1 i7/ / /J.7.1in a i/1(i :/ f,z3.：j顷 -.1/J1 Inc zk *10.

15、020.093.010D洒E031.PCL .02V5.2OID.Ek 20.BS0.0kEflEkRfk 1.KM建也尹争与电曳狈遂区全为全寸乓&龟强|以画图(2)Pile View Graph Op6on$ Help图(3)从噪声分析仿真结果可知，系统对输入噪声进行了放大。测量频率为50, 10000 Hz时系统的噪声电压值。如图(2)和图(3)所示。测量系统最大噪声电压值，如图(1)所示。从系统测量结果可知在音频放大器的工作频率范围内，系统的噪声范I韦I为3.41 |jV/VHz 21.9 pV/Vliz（4）电路失真分析仿真结果如下图所示（5）傅里叶分析输入信号为频率为1kHz、幅值为10mV的正弦波信号时输出信号基波增益Vom1=6.31Vif FOURIER ANALYSIS - PROSPICE o T 0Fite Vi Graph Options Help输入信号为频率为1kHz.幅值为10mV的正弦波信号时输出信号三次谐波增益 Vom3=6.61mV系统失真度为：De (0. 007632+0. 006612) 4-6. 31、。. 16%(6)音频分析回ra团备mod ，甬六、实验总结1、通过本实验使我了解了音频放大电路的基本组成及工作原理，