毕业设计_车载章频功率放大器设计(编辑修改稿)

毕业设计_车载章频功率放大器设计(编辑修改稿)内容摘要：

12 第二 章 车载 功率放大器的设计 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。 设计 要求 ： 1．输出功率： 20W。 2．负载阻抗： 8Ω。 3．通频带 Δ fs: 为 20HZ– 20KHZ。 4．音调控制要求： 1KHZ（ 0dB）， 10KHZ（177。 12dB）， 100HZ（177。 12dB） 5．灵敏度：话筒输入： 5mV。 线路输入：。 设计过程 拟定总体方案： 甲类功放的主要优点就是电路简单易行，非线性失真小，适用于小功率的线性音频放大器，现在甲类功放主要用在高档功放产品中。 而乙类功放与甲类功放最主要的不同点就是静态电流小，因此无信号时消耗功率小，可获得较高的效率；但是，乙类功放在工作时，由于两只晶体管交替导通与截止，因而，在两管输出信号波形的衔接处，会产生交越失真；而且功放管在从反偏到零偏再转为正偏转换时，随着信号频率升高，输出信号就会在时间上延迟，出现所谓的开关转换失真。 因此，在实际 HiFi 高保真放音系统中，一般不采用乙类功放，而采用线性失真小的甲类功 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 放或甲乙类功放。 甲乙类功放是通过改变偏置的方法来减少交越失真，它将甲类功放的高保真度与乙类功放折衷，从而在一定程度上 解决了上述效率高与失真大之间的矛盾。 而且甲乙类功放的效率可达到 % ，故本次设计采用甲乙类功放。 通过对设计要求和设计方案的分析，本课题采用 LM1875 作为功率放大器。 图 21 系统组成框图 确定各级的增益分配 放大倍数 Vs. dB 数 0dB：一般将信号电平（ 0dB）即 作为衡量放大器灵敏度的参考标准。 5mV 的 dB数为： dB44)77 (20 。 因为采用的集成芯片 LM1875，其输出功率为 20W，则负载上的电压 ：为 话筒或者 CD/DVD 输入 为 5mV，则整个电路的增益为 前置放大级 音调控制级 功率放大级 自制稳压电源 负载 VRPU LoL  河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 20lg（ 26/） =136dB。 考虑到音调级必要的衰减，增益为－2dB 左右。 所以取整个电路的增益为 138dB。 则各级的增益如下： * 功放级： 52dB * 音调控制级： 2dB。 * 前置放大级： 44dB。 单元电路的设计 前置放大级 ① 电路形式的选择 由于信号远输入的信号幅度较小。 不足以推动以后的功放电路。 因此要用电压放大电路对信号输入的音频信号电压进行放大，对于信号源，其负载约为 47KΩ ，所以选用电压串联负反馈方式的同相比例放大器，它可以使输入电阻增大，输出电阻减小，且输入输出电压同相。 又因为前置放大级的增益为 44dB，即 158 倍，取 160 倍，前置放大级 电路采用二级，第一级与第 二级采用电容耦合方式，总的电压放大倍数为 Auf=160，设计中选用 Auf1=1， Auf2= 其中第一级实际上是一个电压跟随器，它提高了带负载的能力。 VRPU LoL  河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 图 22 前置放大器电路图 电路中二极管 D1 作用是：当线路输入是 时， D1导通，此时 LF353（ 2）也为一个电压跟随器，信号不经过放大直接到音调控制级的输入端。 当输入为 5mV 时，不足以让二 极管导通，此时 LF353（ 2）为放大器，信号将放大 160倍后到音调控制级的输入端。 ② 集成运放的选择 因为 Auf2=160，根据通频带 20HZ– 20KHZ，其上线频率为20KHZ，则集成运放的放大倍数带宽积应满足下列关系： GB≥ Auf2fh = 180*20KHZ = 从运放的资料手册中可查出 LF353 的单位放大倍数带宽 GB=4MHZ，满足要求。 ③ 各元件的参数选择和计算 电路中电容 C11 是用作噪声去耦合的，可以用小体积大容量的钽电容 或普通电解 电容，一般可选为 10μ F， R11 可选用较大的电阻，取 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 1MΩ ，电阻 R12 取 10K， LF353（ 2）构成的是放大倍数为 160 的电压放大电路，同相交流放大电路的平衡电阻可尽量选得大一些，一般为 10K 以上，这样有利于提高放大电路的输入电阻，由于输入电阻为 47K，故选 RP2 的阻值为 47K， R21 取 1K，耦合电容 C12为 10μ F。 由 Auf2 = 1+R23/R22 及 R21=R23//R22， Auf2=180 可得 R21=R22=1K， R23=160K。 C21， C22， C23， C24，主要用于电源旁路滤波，一般 C21， C23用电解电容，其值为 220μ F， C22， C24用普通的电容，一般取值为 22μ F。 LF353 的电源为177。 15V 的直流稳压电源。 音调控制级 音调控制器主要是控制，调节音响放大器的幅频特性，他只对低频与高频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持 0dB 不变。 因此，音调控制器的电路可以由低通滤波器和高通滤波器构成。 由运算放大器构成的音调控制器，电路调节简单，元器件少，因此，我们选用这种电路形式。 图 23 音调控制级电路图 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 图中，电位器 33RP 用来调节音量的大小，即为音量控制电路。 设电容 C31=C32 C33，在中，底音频区， C33 可视为开路，在中，高音频区， C31， C32 可视为短路。 工作状态及元件参数计算： 第一：低频时的情况： 低频提升与衰减，电路图如下图 4（ a）和图 4（ b）所示： 1 2 3 4ABCD4321DCBATitleNumber RevisionSizeA4Date: 13May2020 Sheet of File: F:\新新新新新\ Drawn By:R1 R2R4RP1C2A1GND+VCCVeeViVo新新a新A1R1 R2R4C1RP1Vee+VCCGNDViVo新新b新 图 24 低频提升与衰减电路 增益为： A（ jω ） =ViVo =[(RP31+R32)/R31]*[1+(jω )/ω2]/[1+(jω )/ω 1] 式中：ω 1=1/（ RP31*C32）， ω 2=（ RP31+R32） /（ RP31*R32*C32） 当 ffL1 时， C32 可视为开路，运算放大器的反向输入端视为虚地，R34 的影响可以忽略，此时电压增益 AVL=(RP31+R32)/R31 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 在 f=fL1 时，因为 fL2=10fL1，故可得 AV1=(RP31+R32)/ 2 R31 此时，电压增益 AV1 相对于 AVL 下降了 3dB。 在 f=fL1 时，可得 AV1=[(RP31+R32)/R31]*（ 2 /10） = AVL 此时，电压增益 AV2 相对于 AVL 下降了 17dB。 同理可得低频衰减的相应表达式。 第二：高频提升与衰减： 高频等效电路如图 25 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 13 M a y 20 03 S he e t of F i l e : F : \新建文件夹 \ M yD e s i gn .ddb D r a w n B y:R P 2R1 R2R4C3A1R3+ V C CGND V e eViVo高频等效电路（ a ）R3Ra RbRcC3R P 2A1 V e eGND + V C CViVo等效电路图（ b ） 图 25 高频等效电路 电阻关系式为： Ra=R31+R31+（ R31R31/R32） Rb=R34+R32+（ R34R32/R31） Rc=R31+R32+（ R32R31/R34） 若取 R31=R32=R34， 则上式为： Ra=Rb=Rc=3R32=3R34 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 高频提升与衰减的等效电路如下图 6 所示： 1 2 3 4ABCD4321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 13May2020 Sheet of File: F:\新新新新新\ Drawn By:Ra RbR3C3A1GND+VCCVeeViVo新新a新A1Ra RbR3C3Vee+VCCGNDViVo新新b新 图 26 高频提升与衰减电路 增益函数表达式为： )(jA = ioVV= 43/)(1/)(1  jjRRba  式中， ])/[(1 33333 CRRa  ， )/(1 33334 CR 1Hff 时， 33C 视为开路，电压增益 AV0=1（ 0dB）。 在 f=fH1时 AV3= 2 AV0 此时 电压增益 AV3 相对于 AV0 高 3dB。 在 f=fH2 时， AV4= 210 AV0 此时电压增益 AV4 相对于 AV0 提高了 17dB。 当 2Hff 时， 33C 视为端路，此时电压增益 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 AVH=（ Ra+R33）∕ R33 同理可以得图示电路的相应表达式，其增益相对于中频增益为衰减量。 又已知 .12,10,1 0 0 dBxK H ZfHZf HxLx  ，由计算式得 ： HZff xLxL 4002* 6/2  ，则 HZff LL 4010/21  ； K H Zff xHxH  ，则 KHZff HH 2510 12  AVL=（ RP31+R32） /R31≧ 20dB 其中， R31， R32， RP31 不能取得太大，否则运放漂移电流的影响不可忽视。 但也不能太小，否则流过它们的电流将超过运放的输出能力。 通常取几千欧姆至几百千欧姆。 现取 RP31=470KΩ ，则 AVL=（ RP31+R32） /R31=11（ ）。