实用低频放大器

1课程设计(论文)题目名称低频功率放大器课程名称电子技术课程设计学生姓名彭绍峰学号1341201070系、专业电气工程及其自动化指导教师杨波2015年6月5日2邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业13级电气工程及其自动化学生姓名彭绍峰学号1341201070题目名称低频功率放大器设计时间2015．5．252015．6．5课程名称电子技术课程设计课程编号121202306设计地点电气楼电子实验分室、机房一、课程设计（论文）目的通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，及系统电路的构成。进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。二、已知技术参数和条件用中小规模集成芯片设计并制作将弱信号放大的低频放大器，具体要求如下：1、在放大器的正弦信号输入电压幅值为5～700mV，等效电阻RL为8Ω条件下，放大通道应满足：1）、额定输出功率PON≥10W；2）、带宽BW≥50～10000Hz；3）、在PON下和BW内的非线性失真系数≤3％；4）、在PON下的效率≥55％；5）、在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8Ω上的交流噪声功率≤10mW。2、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1000Hz，上升和下降时间≤1μs、峰一峰值电压为200mV。三、任务和要求1.按学校规定的格式编写设计论文。2.论文主要内容有：①课题名称。②设计任务和要求。③方案选择与论证。④方案的原理框图，总体电路图、布线图，以及它们的说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和电路参数计算的说明等。⑤用protuse或其它仿真软件对设计电路仿真调试。对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。⑥收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。3四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）胡宴如主编.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社.2011年张克农主编.《数字电子技术.高教出版社出版.第一版.2010年彭介华主编.《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年《电子电工实验指导书》电子电工实验室可以提供的主要仪器设备：示波器型号规格VP-5220、电子学习机型号规格WL-V、万用表MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。LM1875，NE5532N，74LS04，二极管、电阻、电容若干。五、进度安排2015年5月25日-26日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2015年5月27日：总体方案设计，方案比较，选定方案；2015年5月28日-6月2日：单元电路设计，参数计算，元器件选择，电路图；2015年6月3日：系统调试改进2015年6月4日：整理撰写设计论文；2015年6月5日：答辩六、教研室审批意见设计目的明确，要求合理，难度适中，符合课程设计教学要求。教研室主任（签字）：2015年月日七|、主管教学主任意见符合课程设计要求主管主任（签字）：2015年月日八、备注指导教师（签字）：学生（签字）：4邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名彭绍峰学号1341201070系电气工程系专业班级13电力一题目名称低频功率放大器课程名称电子技术课程设计一、学生自我总结学生签名：2015年月日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权重304030单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）：年月日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。5目录一、前言.........................................................9二、总体方案设计..............................................112.1总体方案论证.................................................112.2单元模块方案论证与比较：.....................................112.2.1波形变换电路：..............................................112.2.2弱信号前置放大级：.............................................................................122.2.3功率放大级：...............................................................................................122.2.4自制稳压电源：.............................................132.3方案选择.....................................................13三、单元模块设计：............................................................................................................133.1各单元模块功能介绍及电路设计：...............................133.1.1波形变换电路：.............................................133.1.2弱信号前置放大级电路：.....................................153.1.3功率放大级电路：...........................................173.1.4自制稳压电源电路：........................................193.2特殊器件的介绍..............................................19四、系统调试：..................................................214.1.稳压电源的调试：.............................................214.2.前置放大电路和波形转换电路的调试：...........................21五、系统功能、指标参数：........................................225.1要求指标与实测指标对比，见表1：..............................22设计总结..........................................................23附录：............................................................246前言功率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。低频功率放大器作为音响等电子设备的后即放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。同时低频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。因此设计出实用、简洁、低价格的低频功率放大器是一个发展方向。功率放大器随着科技的进步是不断发展的，从最初的电子管功率放大器到现在的集成功率放大器，功率放大器经历了几个不同的发展阶段：电子管功放晶体管功放集成功放。功放按不同的分类方法可分为不同的类型，按所用的放大器件分类，可分为电子管式放大器、晶体管式功率放大器（包括场效应管功率放大器）和集成电路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶体管和集成电路式功率放大器为主，电子管功率放大器也占有一席之地。电子管功率放大器俗称胆机，电子管功放的生产工艺相当成熟，产品的稳定性很高，而离散性极小，特别是它的工作机理决定了它的音色十分温柔，富有人情味，因而成为重要的音响电路形式。电子管电路的设计、安装、调试都比较简单，期缺点是输出变压器、电源变压器的绕制工艺稍麻烦，耗电大、体积大、有一定的使用期限。因此在实际使用中有一定的局限性。现在大功率晶体管种类很多，优质功放电路也层出不穷，因此晶体管功率放大器是应用最广泛的形式。人们研制出许多优质新型电路使功放的谐波失真，很容易减少到0.05%以下。场效应管是一种很有潜力的功率放大器件，它具有噪声小、动态范围大、负温度特性等特点，音色和电子管相似，保护电路简单。场效应管生产技术还在不断发展，场效应管放大器将7有更为强大的生命力。由于集成电路技术的迅速发展，集成电路功率放大器也大量涌现出来，其工艺和指标都达到了很高水平，它的突出特点是体积小、电路简单、性能优越、保护功能齐全等。由于在很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。现今功率放大器不仅仅是消费产品(音响)中不可缺少的设备,还广泛应用于控制系统和测量系统中。然而低频功率放大器已经是一个技术相当成熟的领域,几十年来,人们为之付出了不懈的努力,无论从线路技术还是元器件方面,乃至思想认识上都取得了长足的进步。目前市场上的集成功放产品价格已经很低并且种类也很多,典型的有LM1875、TDA1521、TDA1514。这些优质功放模块体积小、性能优越、保护功能齐全、外围电路简单、易制作易调试。最近，一种应用砷化钾MESFET制成的功率放大器MMIC，在移动电话和个人数据终端领域中应用越来越广泛，一片尺寸为2.5×3.48平方毫米的MMIC输出功率可达1.1W，工作频率达950MHZ。本文给出一种简单实用、制作成本低廉的实用低频功率放大器的设计方案,并给出实际测试结果。功率放大可由分立元件组成,也可由集成电路完成。由分立元件组成功率放大器，如果进行精心的设计，则在效率和失真方面更优于集成的，价格方面便宜一点，但如果电路选择和参数设置不恰当时,元件性能就不能很好的表现出来,制作调试比较困难。从电路的简单性和易调性，集成电路更好些。本次设计功放采用集成电路完成。本实用低频功率放大器设计有两部分组成前置放大级和功率放大级。前置放大级主要任务是完成小信号电压放大任务，同时要求低噪声、低温漂。功率放大级主要任务是在允许的失真限度内,尽可能高效率地向负载提供足够大的功率，要求是输出功率要大、效率要高。通过详尽的资料查询和严密的方案论证后，我们选择通过集成运放NE5532、LM1875、LF357的配套使用来使本电路系统设计简洁、实用并且达到高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的指标。8第二章总体方案设计2.1总体方案论证系统原理方框图如图1所示。根据题目任务,我们设计有五个基本电路①波形变换电路②弱信号前置放大级电路③自制稳压电源电路⑤保护电路外供正弦信号源波形变换电路弱信号前置放大电路自制稳压电源功率放大电路8欧姆负载保护电路图1系统原理框图其中前置级主要完成小信号的电压放大任务；功率放大级则实现对信号的电压和电流放大任务；直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量．由于方波中含有丰富的高次谐波分量，波形变换电路提供方波，可通过对方波信号的测试来检验功放的转换速率、失真度、效率等指标，保护电路可以有效地保护负载不过载，对功率放大器也有一定的保护作用。