PSpice音频放大电路仿真

PSpice音频放大电路仿真------------------------------------------------------------------------------------------------PSpice音频放大电路仿真EDA技术课程考察报告题目:音频功率放大器设计与仿真学院:专业班级:学号:学生姓名:指导教师:2012年6月18号音频功率放大器设计与仿真分析一(设计目的1.掌握pspice软件的各种操作2.掌握音频功率放大器电路原理，并会对其进行特性分析3.分析各种元件对放大倍数的影响4.培养自己分析问题及解决问题的能力二.设计内容1.在PS绘制电路图2.设置参数并进行仿真分析3.进行Baispoint偏值点的分析4.进行瞬态分析TimeDomain(Transient)，调出输出波形5.进行ACSweep/Noise分析，算出放大倍数三(设计原理功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载RL(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，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。音频放大器的目的——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。音频频率范围约为20Hz,20kHz，因此放大器必须在此频率范围内具有良好的频率响应。本设计中要求设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度=280mV，负载电阻等于8Ω的条件下最大输出不失真功率Po?2W，功率放大器的频带宽度BW?50Hz~15KHz，在最大输出功率下非线性失真系数r?3%。驱动级应用运算放大器μA741来驱动互补输出级功放电路，功率输出级由双电源供电的OCL互补对称功放电路构成。为了克服交越失真，由二极管和电阻构成输出级的偏置电路，以使输出级工作于甲乙类状态。为了稳定工作状态和功率增益并减小失真，电路中引入电压串联负反馈。本课程设计是一个OCL功率放大器，该放大器采用复合管无输出耦合电容，并采用正负两组双电源供电。综合了模拟电路中的许多理论知识，巩固了用运放和三级管组成电路的应用，负反馈放大电路基本运算电路的性能与作用。原理图如下:此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类。推挽功率放大器的工作状态之所以设为甲乙类而不是乙类，其目的是为了减少“交越失真”。若设置为乙类状态，由于两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上，因而没有基极偏流。这时由于管子输入特性曲线有一段死区，而且死区附近非线性又比较严重，因而在有信号输入、引起两管交替工作时，在交替点的前后便会出现一段两管电流均为零或非线性严重的波形;对应地，在负载上便产生了交越失真。——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------将工作状态设置为甲乙类便可大大减少交越失真。这时，由于两管的工作点稍高于截止点，因而均有一很小的静态工作电流ICQ。这样，便可克服管子的死区电压，使两管交替工作处的负载中电流能按正弦规律变化，从而克服了交越失真。OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。因此，需要设计两部分，即驱动级和功率输出级。由于题目是高保真音频功率放大器的设计与制作，因此，必须保证其向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，效率尽可能高，非线性失真尽可能小。OCL互补对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。四(实验步骤及仿真分析1启动PSpice绘图窗口:具体步骤点开始?程序?orcad?CaptureCIS便弹出orcadCapture窗口再点File?New?project，在弹出的对话框中填入相应的信息，创建一个工程项目chenqilan。并选择第一项，再单击Browse按钮，然后选择C盘再单击OK后，跳出下面一个对话框，选择如图标签。2绘制电路图:点击Place?part弹出元器件窗口然后输入各种元件的名称，选中元件用鼠标拖到合适的位置点击鼠标放好元件，然后——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------按电路用线连接起来3编辑元件属性和值:选择编辑元件，再连击该标值区域，即可开启该元件的属性编辑对话框，就可设置或修改某一个元件的属性值，对话框如下图4.设置分析功能:选择菜单Pspice/NewsimulationProfile,在Newsimulation对话框下，键入wjx，如下图所示。5.Baispoint偏值点的分析。用鼠标单击Create，然后在屏幕上模拟类型和参数设置框，在模拟类型和参数设置框下，见Analysistype栏中，用鼠标选中Baispoint。单击应用(A)后点击确定电路图已画好，分析参数也已设定完，就可以执行了。再选择PSpice/Run。屏幕会出现PSpiceA/D视窗执行模拟功能。回到绘图窗口点击电流电压就可以看到各支路的电流电压。如下图所示设电路参数完全对称。静态时功放的输出端O对地的电位应为0，VO=0，输出点称为“交流零点”。电阻R1接地，一方面决定了同向放大器的输入电阻，0。另一方面保证了静态时同相端电位为0，即V+=由于运放的反相端经R3、RP1接交流零点，所以V-=0。静态时VC=0。调节RP1电位器可以改变功放的负反馈深度。电路的静态工作点主要由I0决定，I0过小会使晶体管T2、T4工作在乙类状态，输出信号会出现交越失真，I0过大会增加静态——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------功耗使功放的效率降低。综合考虑，对于数瓦的功放，一般取I0=1mA~3mA，以使T2、T4工作在甲乙类状态。6直流分析(DCSweep)如下图:从图中和计算可以看出，做直流分析的Q1的基级和集电极的瞬态直流电压相符合。6TimeDomain(Transient)瞬态分析瞬态分析首先需要设置有关的时间参数。分析参数设置框如下，看Analysistype一栏选择“TimeDomain(Transient)”,屏幕上将出现瞬态特性分析参数设置框。设置0,3ms，步长100ns，如下图所示。参数设定完后，就可以执行了。点选PSpice/Run，屏幕会出现PSpiceA/D视窗执行模拟功能。分析完后系统自动调用Probe.然后呼叫波形:选Trace/AddTrace„从中选择V(VI)后即可看到分析波形。如下图所示同理，输出端如图:下面看RL输出的功率变化:分析:上面给出的是瞬态分析，从瞬态分析我们可以看出，随着输入电压随着时间的变换，输出电压也是随着输入电压的变化而变化，图中我们还看出该功率放大器的放大倍数:数入电压为289mv，从图中可以看出输出电压大约为5.9v左右，所以放大倍数大约为20倍。再看输出功率，从图可以看出输出功率最大为4.2w左右，这符合一般音频功率放大器的功率范围——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------7.交流分析(ACSweep/Noise)即频率分析如下图:参数设定完后，就可以执行了。点选PSpice/Run，屏幕会出现PSpiceA/D视窗执行模拟功能。分析完后系统自动调用Probe.然后呼叫波形:选Trace/AddTrace„如下图所示从上图我们可以看出随着频率的也来也大，放大倍数也逐渐增大。到了一定的高度以后不再增大而是保持不变，但随着频率的不断再增大，放大倍数不再增加而是逐渐减小，频率增大到一定的高度时，不但没有放大反而减小，所以我们就可以看出，功率放大的频带宽度在一定的范围内，从图可以看出应该是在几十赫兹到几十k赫兹之间下面我们分析幅频特性和频率特性，如下图:幅频特性:向频特性如下图:做幅频特性分析和向频特性分析是为了能够更好的分析电路的特性和放大倍数，从图中就可以很清楚的看出它的放大倍数和放大的频率范围为了更能够很好地反映出该音频功率放大器的特点和它的准确性我们再计算出该放大电路的输入电阻很输出电阻，如下图所示:要测量放大电路的输出电阻就要必须修改电路。撤销输入源(或者将输入源的幅度设为0)以及负载电阻(或将其值设为无穷大)，然——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------后在输出级加上交流信号的电压与电流值，如下图所示:所以输出电阻如下图:从图中可以看出当频率范围在几十赫兹到几十K赫兹时，输入电阻为47K,输出电阻为几欧，而从电路图中可以看出，输入电阻就为47K，输出电阻为8欧，所以测出的电阻和实际接入的输入和输出电阻基本符合，说明该电路的设计正确。元件属性及连接情况**Profile:"SCHEMATIC1-wjx1".lib"nom.lib"RL0VO8R2N01428N012481kR3N01248VO20KQ3N02503N03968N001570Q2N2222R4N10281N0250325KR12N06693VO30C30N066930.1ufV2N02503012VD1N03526N03556D1N4531R5N03739N0358611kR6VON03968240R15N03526N1028110KV1VI0AC280mv——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------+SIN0280mv1k000U1N01079N01248N02503N03739N03556uA741D2N03556N03586D1N4531R7N03739N04715240Q4VON04715N04768Q2N2222C1VIN0107910ufR8VON0015701R9N03739N047681c20N0142810ufR10N002011N02503100Q2N04715N03586N04256MPSA55R10N0107947kR11N04256VO100Q1N002011N10281N03968MPSA06V3N037390-12V.END****DiodeMODELPARAMETERS(二极管模型参数)D1N4531U1.dxU1.dyIS168.100000E-21800.000000E-18800.000000E-18ISR8.267000E-09BV75IBV5.000000E-06——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------RS.111.000000E-03TT25.950000E-09CJO4.000000E-1210.000000E-12VJ.75M.3333****DIODES(二极管参数)NAMED1D2X_U1.dcX_U1.deX_U1.dlpMODELD1N4531D1N4531X_U1.dyX_U1.dyX_U1.dxID3.18E-047.45E-04-1.24E-11-9.58E-12-3.96E-11VD5.70E-016.19E-01-1.24E+01-9.58E+00-3.96E+01REQ1.78E+027.83E+011.00E+121.00E+121.00E+12CAP1.51E-103.38E-102.73E-123.07E-120.00E+00NAMEX_U1.dlnX_U1.dp——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------MODELX_U1.dxX_U1.dxID-4.04E-11-2.40E-11VD-4.04E+01-2.40E+01REQ1.00E+121.00E+12CAP0.00E+000.00E+00BJTMODELPARAMETERS(三极管模型参数)Q2N2222MPSA55MPSA06X_U1.qxNPNPNPNPNNPNIS14.340000E-1512.270000E-128.324000E-15800.000000E-18BF255.991.6312.160000E+0393.75NF1111VAF74.03100100IKF.28471.009.1096ISE14.340000E-1512.270000E-1273.270000E-15NE1.3071.5311.368BR6.0921.28711.11NR1111——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------RB101010RC1.6.25CJE22.010000E-12106.700000E-1255.610000E-12MJE.377.5168.3834CJC7.306000E-1248.280000E-1218.360000E-12MJC.3416.5615.3843TF411.100000E-12865.800000E-12516.100000E-12XTF3.86VTF1.724ITF.6.2.5TR46.910000E-09496.300000E-0972.150000E-09XTB1.51.51.5CN2.422.22.422.42D.87.52.87.87****BIPOLARJUNCTIONTRANSISTORS(三极管参数)NAMEQ3Q4Q2Q1X_U1.q1MODELQ2N2222Q2N2222MPSA55MPSA06X_U1.qx——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------IB8.09E-038.09E-03-1.61E-046.88E-057.98E-08IC6.74E-016.74E-01-1.48E-021.47E-027.48E-06VBE9.21E-019.21E-01-5.41E-017.31E-015.94E-01VBC-1.04E+01-1.04E+018.36E+00-8.20E+00-1.20E+01VCE1.13E+011.13E+01-8.90E+008.93E+001.26E+01BETADC8.34E+018.34E+019.19E+012.14E+029.38E+01GM1.55E+011.55E+015.63E-015.12E-012.89E-04RPI3.28E+003.28E+001.64E+025.11E+023.24E+05RX1.00E+011.00E+011.00E+011.00E+010.00E+00RO1.24E+021.24E+027.34E+037.36E+031.00E+12CBE0.00E+00——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------CBC0.00E+00CJS0.00E+00BETAAC9.38E+01CBX/CBX20.00E+00FT/FT24.60E+15NAMEMODELIBICVBEVBCVCEBETADCGMRPIRXROCBECBCCJSBETAACCBX/CBX2FT/FT26.80E-092.96E-120.00E+005.10E+010.00E+003.64E+08X_U1.q2X_U1.qx7.97E-087.47E-065.94E-01-1.20E+011.26E+019.38E+012.89E-043.24E+050.00E+001.00E+120.00E+000.00E+000.00E+009.38E+010.00E+004.60E+156.80E-092.96E-120.00E+005.10E+010.00E+00