低频功率放大器设计与制作

实用低频功率放大器设计与制作组员：翟吉庆章磊杨涛1方案设计与电路原理分析根据题目任务，我们设计有四个基本电路：①正弦波一方波转换电路②弱信号前置放大级电路③功率放大电路④自制稳压电源电路。为提高该电路的实用功能，我们考虑在②、③两电路间加上跨导增益调节电路控制增益，用数字显示电路模拟显示其增益谓节程度，其组成电路的结构框图如图1。为满足题目规定的指标要求，减小非线性失真，提高电路的高频和低频特性，我们决定在前置放大电路和跨导增益调节电路中采用集成运放NE5534，在正弦波一方波转换电路中采用集成双运放NE5532。因为同众多的运放相比，NE5532和NE5534具有高精度、低噪音高阻抗、高速、宽频带等优良性能，被称为“运放之皇”。其具体指标参数为：转换频率为15V／us，增益带宽积为10MHz，直流增益为10^5倍，最高工作电压为士22V。这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能，较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出，使电路的整体指标大大提高。1．1正弦波一方波转换电路如图2所示，利用运放在开环状态下的饱和特性，正弦波信号经过两级运放放大后，产生了正弦波饱和失真的方波信号，由于输出方波幅值远大于题目要求，于是采用开关三饭管e脚与c脚短接当成两个二极管削波(用两个锗开关管也可以)，便将电压钳制在7OOmV左右，然后通过电阻分压，最终得到题目要求的正负极性对称的200mVp—p的方波信号。由于该电路利用了高精度运放NE5532的开环状态下的饱和特性和高转换速率，因而输出的方波信号瞬态特性好，上升沿和下降沿都非常睫，能达到题设要求。1．2前置放大电路如图3所示，从信号源输出的信号非常徽弱(5～700mv)，只有经过放大之后，这种信号才能激励功率放大器，前置放大由运放NE5534担任，为弥补前置放大部分由运放产生的微小零漂和因布线等原因造成的失真，①脚与⑧脚之间接调零电阻，⑤脚与⑧脚之间接补偿电容。该电路增益可由公式计算，调节电位器可以改变电路的增益。跨导信号增益调节电路如图4所示，由前置放大级输出的电平信号若直接经电位器调节再送入功率放大器，当调节电位器时，由于电位器的性能和接触碳膜的影响会使放大级的工作状态和性能受到影响，同时电位器的调节噪声也将放大输出。该电路则能避免这些影响。该电路是通过改变跨导(G)来控制放大器增益的。如图，电位器wa滑动端向右移时，输入电流对输出电压的变化率变小，而当滑动端向左侧移动时，情况正相反。因而改变了放大器的增益。该增益调节电路由运放NE5534组成，其调节范围为O～20dB。1．3功率放大电路如图5所示，电路采用了由菲利浦公司生产的一种高保真功率放大集成IC——TDA15l4A。该集成IC具有在功率范围内失真小，效率高等特点，同时该集成电路具有较完善的保护功能，有以下几个特点：①高输出功率;②补偿电压低;③抗波动能力强;④静嗓／备用装置(静噪时间由外部延迟元件决定);⑤过热保护;⑥能防止静电放电;⑦开关断开或合上时无“嗒哒”声;⑧热阻板低;◎安全操作保护;@短路保护。其内部框图如图6所示，主要参数如表1所示。在POR条件下，测功放输出波形：2．3数据结果分析实测数据均达到或超过题目所要求指标，如下表3所示：(RL=8Ω)3发挥与创新部分3．1低噪声跨导信号增益控制装置具体电路功能与原理分析见方案设计与电路原理分析部分。3．2增益调节程度用数字模拟显示电路图如图8所示，数字显示部分由1个三位半数字表头组成，基准电压由+5v电压分压而来，基准电压范围为0.000~0．999V，此电压调整由跨导信号增益控制器的同轴电位器W3B调节，使其显示与增益调节程度同步。3．3提高效率由于采用高效率的功放集成块TDA1514A和低内阻大功率的电源及太电容滤波电路(两组IOOOOuF／5OV)，使整个电路效率较高。在额定功率下，该功放效率达到了62%，超过了基本要求指标。3．4减小非线性失真采用优质高速运放NE5534作前置放大及增益控制，使前级信号最大限度地不失真输出，经实测，该功放输出波形非线性失真仅为0．56%，远小于题设基本要求3．5扩展带宽BW前置NE5534的退耦电容由47uF增至1000uF时，输出波形低频特性太大改善，而在功放电路中取消自举电路，又使瞬态性能太大提高，从而提高了低频、高频特性，扩展了带宽。4焊接与整机装配调试信号输入前置放大部分，最容易感受到噪声干扰．因此，我们把正弦波一方波转换电路安装在面板上，采用一点接地焊接，信号输入输出线均采用尽量短的屏蔽线。这样我们就有效士的提高了放大器的抗干扰能力，使其达到系统指标要求。后级功放电路所需电源功率较大，为使太信号也能不失真输出，必须使电流畅通无阻地供给功放级。因而在电源焊接工艺上，我们采用粗铜线将正、负电源及地分别连上焊牢，以减少其接触电阻。整机调试时，用示波器逐级检查在输入方波信号情况下的输出波形若有波形失真，则通过判断其是否为高频失真(表现为有过冲量)，还是低频失真(表现为上升沿和下降沿变斜或出现四角)来改变电路中相应的阻、容元件参数，使之最终达到指标要求．电路中各部分耦合电容均采用钽电容，电阻则采用金属膜电阻，使整机性能增加。制作功放的整体效果与焊接、布线关系密切，为防止噪声干扰，减少失真，机内各电路板装配非常讲究，本功率放大器电源部分和前置部分分别置于机箱相对的角上，以免前置级引入变压器干扰，同时，强弱信号也尽量分开，以免产生反馈自激。信号输入线采用屏蔽线，以减少外部干扰。整机内部装配图如图9所示，同时，为使面板不致呆板，设计时，在面板上布置大接线桂数字显示，引出测试点。整个面板美观大方，布局工整，便于测试．面板图如图10所示参考资料：1来枫堵等编译·世界集成电路特性大全(菲利普、三