程控音频功率放大器

1程控音频功率放大器（A题）摘要：本程控音频功率放大器由ATMEGA16为主控制器，前级由跟随器和两级运放组成，OCL功率放大部分用分立元件制作。设定功率初值后，通过DA转换，对电压控制，从而实现程控功率。该系统能够测量的音频信号频率范围为20Hz-22KHz，其幅度范围为10mV-1000mV（有效值）；在音频信号源的幅度和频率固定为某一值时，功率相对误差小于等于3%；其失真度小于等于3%时，输出功率大于等于7.5W，是理想的程控音频功率放大器的解决方案。关键词：ATMEGA16OCL程控功率Abstract:Theprogram-controlledpoweramplifierisbasedonATMEGA16controller,itconsistsofvoltage-followerandtwostageofoperationalamplifier,OCLpoweramplifierismadeupofdiscretecomponents.Aftersettingpowerinitialvalue,throughtheADconverterforvoltagecontrolling,andthencontrolpower.Thesystemcanaccuratelymeasuretheinputaudiosignalfrequencyrangeof20Hz-22KHz,theamplituderangeof10mV-1V(rms).Bothaudiosignalfrequencyandamplitudearedefinitevalue,powerrelativeerror%3.OutputpowerWPO5.7whendistortion%3.Itistheidealprogram-controlledpoweramplifiersolution.Keyword:ATMEGA16OCLProgramPower21方案论证与比较..............................................................................................................................31.1各级运放的比较与选择...........................................................................................................31.2A/D转换芯片的比较与选择....................................................................................................31.3D/A转换芯片比较与选择........................................................................................................42系统设计............................................................................................................................................42.1总体设计...................................................................................................................................42.2单元电路设计...........................................................................................................................52.2.1前级阻抗匹配和放大电路设计........................................................................................52.2.2AD及DA转换控制、检测模块电路设计........................................................................62.2.3OCL分立元件电路设计.....................................................................................................72.2.4发挥部分（其他）电路设计............................................................................................83软件设计............................................................................................................................................94系统测试........................................................................................................................................104.1功率测量（室温条件下）...................................................................................................104.2失真度测量（室温条件下）................................................................................................115结论..................................................................................................................................................11参考文献：............................................................................................................................................11附录：....................................................................................................................................................12附1：元器件明细表.......................................................................................................................12附2：仪器设备清单.......................................................................................................................12附3：电路图图纸...........................................................................................................................12附4：测试结果...............................................................................................................................16附5：程序清单...............................................................................................................................1731方案论证与比较1.1各级运放的比较与选择方案一、选用OP07OP07是一种高精度单片运算放大器，具有很低的输入失调电压和漂移。OP07的优良特性使它特别适合作前级放大器，放大微弱信号。使用OP07一般不用考虑调零和频率问题就能满足要求。方案二、选用AD827以AD827高速运放为基础设计的高速、高精度、低漂移、宽频带偏转放大器,其开环增益优于130db。单位增益带宽达500MHz(±15V),输出电流为±5A。但是设计时容易产生失调电压，结合题目要求，在此题中不适用。方案三、选用OPA2132OP2132具有高开环增益130dB(600欧)；低失真（0.00008%）；高速的转换速度；可选单路、双路和四路放大，设计空间自由；宽带可达到8MHz，出色的共模抑制，抗干扰能力强；用于音频，数据采集和通讯方面。方案四、选用AD603根据题目对放大电路的可控的要求,考虑直接选取可调增益的运放实现,如运放AD603。其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成,加在其梯型网络输入端的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定;而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来,从而实现较精确的数控。此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作带宽,单级实际工作时可提供超过20dB的增益,两级级联后即可得到40dB以上的增益,通过后级放大器放大输出,在高频时也可提供超过60dB的增益。参考题目综合比较，选择由一片OP2132构成初级运放，两片AD603级联构成的次级放大电路。1.2A/D转换芯片的比较与选择方案一、采用ADC0832ADC0832是串行接口的8位A/D转换器，双通道A/D转换，输出输入电平与TTL/CMOS相兼容，接受0－5V的模拟输入，在250KHz工作时，转换速度为32uS，功耗为15mW。方案二、采用MAX187MAX187是串行12位模数转换器可以在单5V电源下工作，接受0－5V的模拟输入。MAX187为逐次逼近式ADC，快速采样/保持（1.5uS），片内时钟，高速3线串行接口。MAX187转换速度为75Ksps。通过一个外部时钟从内部读取数据，并可省却外部硬件而与绝大多数的数字信号处理器或微控制器通讯。MAX187有内部基准，优异的AC特性和极低的电源消耗，同时及其容易的使用和较小的封装尺寸使得MAX187能理想的应用于远程4DSP和传感器，或者应用于对电源消耗和空间极为苛刻的地方。1.3D/A转换芯片比较与选择方案一、采用D/A芯片AD7520D/A芯片AD7520的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D/A转换芯片,其输出Vout=Dn×Vref/210,其中Dn为10位数字量输入的二进制值,可满足210=1024挡增益调节。它由CMO