低频小信号功率放大_毕业论文_好!(编辑修改稿)

低频小信号功率放大_毕业论文_好!(编辑修改稿)内容摘要：

止 ，继电 器 J1 释 放，同 时 C14 通 过 Q R24 放 电。 当输 出降低后， Q2 截止，但 C14 通 过 R15 和 Q3 发射结 充 电 ， Q3 继续J13 A / 1 5VQ29 01 4Q39 01 4Q49 01 4R 2 34 7KR 2 41 0KR 1 51 2KR 2 52 7KRL8 / 3 0 WR 2 62 7KR w 35 0KC84 70 0 p F+ C 1 42 2u F+ C72 2u FD7I N 4 1 48D9I N 4 1 48D 1 0I N 4 0 07D8I N 4 1 48+ 15 V+ C?4 7u FC?1 uFC?0 .1 u FC?0 .0 1 uFOUT功放输入P or tP or tT e x t T e x tT e x tT e x t实用低频功率放大器设计 12导 通； 当 C14 充 电结 束后， Q3 截止， Q4 导 通 ，继电 器 J1 吸合， 装 置重 新输 出。 C8 是 为 了吸收 个别 尖峰 脉冲 起 滤 波作用， Rw3 用于设定保护电压。 本 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。 实用低频功率放大器设计 13 简要说 明： 低频小信 号功率放大器 系 统框图见图 ，原 理图件附图 1。 由低 频 功率放大器（前置放大器和功率放大器）、 波形变换电 路、直 流稳压供电电 路、保 护电 路、 数 据采集 处 理 电 路和 显 示 电 路等 组 成。 低 频 功率放大器用 来 提供 5W 以上的 输 出功率； 波形变换电路将 正弦信 号电压转换 成 规 定的方波信 号电压 ；用 来测试放 大器的 时 域的特性指 标 ； 稳压电 源 为 功放 电 路和波形 变换电 路提供 稳 定的直流 电源； 数 据采集 处 理 电 路和 显示 电路 为实时 地 显 示功率放大器的 转换 效率。 由于系 统要 求 输 出 额 定功率不小于 5W，考 虑 留出 50%的裕量， 故设计输 出功率 应 在 8W 以上，同 时输 出 负载 8Ω， 则负载上正弦波输出电压幅值为： Uo=≈ 11V Ui的范围是 5mV700mV之间，所以 系统的最大增益： AMAX =20lg〔 11V/(5 mV)〕 =≈ 68db 系统的最 小 增益： AMIN =20lg〔 11V/(700 mV)〕 =≈ 24db 整个放大电路的增益应在 ～ 围内可调。 为 了保 证放大器的性能， 单级 放大器的增益不宜 过 高，通常在 20db ～ 40db（放大倍 数 10 ～ 100倍） 之间。 故整 个 放大器增益通 过 三 级 放大 实现。 为方便增益 可调 ，可使功放 级 （包括功率管和直接推 动 功率管的 运 放）增益固定，且必 须 小于 AMIN， 故增益取 20db。 则前置级需要两级，其总增益应在 4db ～ 48db之间可调。 前置运放电路的设计 目前有大量高性能的集成运放和专用的低频前置放大器集成电路，其开环增益都在 100db 左右，能提供足够的增益。 前置放大级主要完成小信号电压放大的任务，其失真度和噪声对系统的影响是优先考虑的指标。 实用低频功率放大器设计 14 方案一：采用运算放大器构成的前置放大电路 设计前置放大级时可供选用的集成运算放大器很多，如 National Semiconductor 公司的 LF34 LF35 LF357， Precision Monolithics 公司的 OP1 OP37,Sigics 公司的 NE553 NE5534 等。 主要考虑的技术指标是带宽、电压增益、转换速率、噪声和电流消耗等。 为了提高前置放大器电路的输入阻抗和共模抑制性能，减少输出噪声，采用集成运算放大器构成前置放大器电路时，必须采用同相放大电路构成。 如图 所示。 图 4. 1 采用同相放 大电路构成前置放大器电路 为了尽可能保证不失真的放大，图 中采用两级运算放大器电路 A1 和 A2，每级放大器的增益取决于 R R2 和 R R4，即 121 1 RRAV  342 1 RRAV  由上述分析可知，低频功率放大器的总增益为 68db，两级前置放大器的增益安排在 50db 左右比较合适，每级增益在 25db 左右，以保 证充分发 挥每级的线性放大性能并满足带宽要求，从而保证不失真，即达到高保真放大质量。 图 中 C C2 分别为隔直流电容，是为了满足各级直流反馈。 稳定直流工作点而加的。 但对于交流反馈， C C2 必须呈现短路状态，即要求 C C2 的容抗远小于 R R3 的阻值。 C C4 为耦合电容，为了保证低频响应，要求其容抗远小于放大器的输入电阻。 RR6 为各级运放输入端的平衡电阻，通常 R5=R2,R6=R4。 +A1+A2C3C A PC1C A PC2C A PC4C A PR1R E S 2R2R E S 2R5R E S 2R3R E S 2R6R E S 2R4R E S 2R w 1R w 2P o r tP o r t实用低频功率放大器设计 15前置放大采用集成运放 NE5532,同众多的运放相比，它具有高精度、低噪声、高阻抗、频带宽等优良性能，具体指标参数为：转换 速率 9V/us，增益带宽 10MHz，直流增益为 50000 倍，最高工作电压为177。 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、高频段均能不失真地输出，是电路的整体指针大大提高。 如图 所示，一个采用两级 NE5532(IC)构成的前置放大电路，各级均采用固定增益加输出衰减组成，要求当各级输出不衰减，输入 = 5mV 时，输出 ≥。 Av = 对于第一级放大器，要求信号在 最强时，输出不失真，即在 p = 700mV 时，输出 Uo≤ 11V（低于电源电压 1V）。 所以 POUUA 1 = 11/ = ≈ 15 当输入信号最小，即 = 10mV 而输出不衰减时 PPIPPO UAU   . = 15 X 10 = 150mV 第二级放大要求输出 ≥ ,考虑到元件误差的影响，取 = 3V，而输入信号最小为 150 mV，则第二级放大倍数为 PPOPPO UUA  . = 3/ = 20 取 A2 = 22。 因此，取 R6 =1K,R7 =15K, R17 =22K,R18 =1K。 图 NE5532(IC)构成的前置放大 R71 5KR?1MR?1MR61KV+8O U T B7I N B 6I N B +5O U T A1I N A 2I N A +3V4U1N E 55 3 2V+8O U T B7I N B 6I N B +5O U T A1I N A 2I N A +3V4U2N E 55 3 21 2J?C O N 2C?4 .7 u F123J?C O N 3+C?1 0u F+ C?4 7u F+C?1 0u F+ C?4 7u FR?1MR 1 81KR 1 72 2K 1 5 V+ 15 V+ 15 V 1 5 VR?33R?1M+ C?1 0u FR?33C?0 .1 u FC?0 .0 1 uFC?0 .1 u FC?0 .0 1 uF+C?4 7u F+C?4 7u F+C?4 7u F+ C?4 7u FC?0 .1 u FC?0 .0 1 uFC?0 .1 u FC?0 .0 1 uFC?1 uFC?1 uFP or tP or t实用低频功率放大器设计 16 方案二：采用专用前置放大器 IC 构成的前置放大电路 目前有很多性能优越的专用低频前置放大器 (IC)，如日本夏普公司的 IR3R1 IR3R16，工作电压分别是 和 8V 单电源，闭环增益均为 45db，频带 BW =30Hz ～ 20KHz，在输出峰值 UOM = 时失真系数 γ ≤ 1%； NEC 公司的 upc1228H， Vcc =10V,闭环增益为40db， BW =30Hz ～ 20KHz, UOM = 2V 时，失真系数 γ ≤ 1%；富士通公司的 MB3105， Vcc =，闭环增益为 42db， BW =30Hz ～ 20KHz， UOM = 2V 时，失真系数 γ ≤ 1%；对于 MB3106， Vcc =6V，闭环增益为 42db， BW =30Hz ～ 20KHz, UOM = 时，失真系数 γ ≤ 1%。 uPC1228H 片内具有双前置放大器，采用 8 引脚单列直插封装。 图 单级 uPC1228H前置放大器电路 在本设计中，前置放大器所需要提供的闭环增益为 40db 以上，采用图 所示单级 uPC1228H前置放大器电路，其电压增益为 AVC = 1 + 39 X 1000/330 = 专用前置集成放大级的优点是外围元件少，安装方便，无需调整，与专用集成低频功放电路配合进行设计，器件优越性更突出。 实用低频功率放大器设计 17综合上面方案一和方案二，从性价比方面比较选择方案一，不一定要用专用的前置放大器 uPC1228H,而且集成芯片 NE5532 同众多的运放相比，它具有高精度、低噪声、高阻抗、频带宽等优良性能 (转换速率 9V/us，增益带宽 10MHz，直流增益为 50000 倍，最高工作电压为177。 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、高频段均能不失真地输出。 完成前置放大器电路是很理想的。 功率放大器电路设计 简要说明： 功率放大器的输出功率：功率放大电路的任务是推 动负载，因此，功率放大电路的重要指标是输出功率而不是电压放大倍数。 功率放大级电路的非线性失真：功率放大电路工作在大信号时，非线性失真不是必须考虑的问题。 因此，功率放大电路不能用小信号的等效电路进行分析，而只能用图解法进行分析； 功率放大电路的效率：效率的定义为：输出信号功率与直流 电源供给功率之比。 功率 放大电路的实质就是能量转换电路，因此它存在着转换效率。 甲类功率放大电路，在信号全范围内均导通，非线性失真小，但输出功率和效率低，因此低频功率放大电路中主要用乙类或甲乙类功率放大电路。 设计要求放大器的带宽 BW ≥ 10Hz ～ 50KHz，为了满足 10Hz 的低频响应，要求各级的输入耦合电容和输出耦合电容必须足够大，特别是耦合到负载 RL =8Ω 的 电容 CL，根据 1/wCL ﹤﹤ RL，可以得到 CL 1/wRL =1/2π X 10 X 8 =。 为了满足耦合要求， CL 应大于1/wRL 值的 50 倍，即必须选用 CL =50 X = uf 实际设计无法选用如此大数值的电容，所以功放输出级智能采用无输出耦合电容 CL 的 OCL (output capacitorless)电路形式。 OCL 电路形式需要采用对称式电源供电。 设计要求的非线性失真系数 (γ ≤ 3% )和效率 (η ≥ 55%) 两个指标是相互关联。 若要求非线性失真小，则末级功放就必须工作在甲乙类，这时候效率必然降低。 因此，设计 时两者必须相互兼顾。 实用低频功率放大器设计 18 采用分立元件构成的低频功率放大器电路 (1)采用分立元件构成的 OCL 低频功率放大器电路 分立元件构成的低频功率放大器电路课分为输入级、功率激励级和OCL 输出级三部分。 如图 所示。 为了确保电路的低频响应采用直接耦合形式，同时为了使电路工 作稳定，输入级采用双管差分放大器。 电路中各级的直流工作点分别 采用三个可调电阻 Rw Rw Rw3 进行调整。 为提高整个功放电路的直流稳定性，电路中采。