低频功率放大器毕业论文

低频功率放大器毕业论文内容摘要：

．2 V左右，然后利用电阻分压得到要求的正负对称的峰一峰值为200 mV 的方波信号。 运放选用NE5532。 本系统采用方案二，且施密特电路采用高精度、高速运算放大器LF357构成。 弱信号前置放大级方案一： 采用分立元件组成放大电路。 用小功率三极管组成差分放大电路作为输入级。 该电路的优点是：共模抑制比高、性价比高。 方案二： 采用集成电路构成。 该电路的优点是：电压增益易调且高、电路简单。 根据题目要求需要低输入电阻，高增益的前置放大级。 方案一要求的性能相同的小功率三极管电路设计、计算相对复杂。 而方案二具有更大的优越性和灵活性河南城建学院本科毕业设计（论文） 总体方案设计13弱信号前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。 符合上述条件的集成电路有：M521LM521LLM187TDA151NE553NE5534 等。 本系统设计选用 NE5532，因为同众多的运放相比, NE5532 具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能, 被称为“ 运放之皇”。 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、高频段均能不失真输出, 使电路的整体指标大大提高。 中间放大级方案一：采用分立元件组成多级放大。 用功率小三极管组成多级共射放大电路，性价比好。 方案二：采用集成芯片和分立元件相结合组成多级放大。 根据题目要求，放大器的通频带要宽，放大倍数大。 方案一各放大级如直接耦合，各级的静态工作点相互影响，难以设置；如采用电容耦合，通频带将受影响，放大倍数要达到要求，放大级数多，难以达到要求。 方案二采用集成芯片做一级放大，放大倍数易达到要求，设计易于实现，价比高。 因此选方案二。 功率放大级 方案一： 功率放大输出级采用分立元件构成的OCL电路，驱动级采用集成芯片，整个功放级采用大环电压负反馈。 这种方案的优点是：由于反馈深度容易控制，故放大倍数容易控制。 且失真度可以做到很小，使音质很纯净。 但外围元器件较多，调试要困难一些。 方案二：采用专用的功放集成芯片。 LM1875是 一 款 功 率 放 大 集 成 块 ， 体 积 小 巧 ，外 围 电 路 简 单 ， 且 输 出 功 率 较 大。 该 集 成 电 路 内 部 设 有 过 载 过 热 及 感 性 负 载反 向 电 势 安 全 工 作 保 护。 根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。 由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，河南城建学院本科毕业设计（论文） 单元模块设计14且制作和调试得好，则性能很可能高过较好的集成功放。 许多优质功放均是分立功放。 但其中只要有一个环节出现问题或者搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载、过流、过热等损坏还得加复杂的保护电路。 现在市场上有许多性能优异的集成功放芯片，如TDA2040A、LM187TDA1514等。 集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求是没有问题的。 另外集成运放还有性价比高的特点。 故 本 系 统 设 计 选 用 方 案 二。 该 方 案 的 优 点 是 ： 技 术 成 熟 ， 外 围 元 器 件 少 ，保护功能较完善，调 试 简 单 ， 便 于 扩 功 等。 自制稳压电源本系统设计采用三端集成稳压电源电路，选用 LM781LM7918 三端集成稳压器。 测量模块方案一： 输出电压经分压后用 A/D 直接采集计算，由于输出电压较大，但 A/D 的基准电压是 5 V，所以必须利用分压将电压降到 5V 以内进行测量。 方案二：采用小阻值的采样电阻如图 我们知道，如果 R2 的阻值远小于R1 的阻值时，那 R2 对图 ADC0804 是低功耗的用 CMOS 集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片。 分辨率 8 位，转换时间 100us，输入电压范围为 0~5V。 增加某些外部电路后，输入模拟电压为 5V。 该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在 CPU 数据总线上，无需附加逻辑接口电路。 ADC0804 的外围电路比 ADC0832 复杂，但是 ADC0832 的体积比 ADC0804 小，并河南城建学院本科毕业设计（论文） 单元模块设计15且 ADC0832 使用的是串口，节省了 IO 口，ADC0804 使用的是并口，但是使得程序编写简单。 显示模块根据设计要求，需要显示输出电压、电源供给功率、输出功率和效率。 方案一： 用液晶屏显示。 液晶显示屏具有低耗电量、无辐射危险，可视面积大、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强等特点。 方案二：使用传统的数码管显示。 数码管具有低能耗、低损耗、耐老化、防晒防潮、易于维护、操作简单的特点。 本设计要显示的数据较多，方案二要求数码管位数多、硬件焊接繁琐、且显示的数据易混淆。 方案一使硬件电路简单、数据显示清晰、不易混淆，因此采用方案一，用 1602 液晶屏显示。 方案选择 由前面的方案论证得知，设计本系统有两种方案，一种方案是采用集成电路与分立元件相结合的方案，另一种是全部采用集成芯片的方案。 为尽可能的降低噪声影响，减小非线性失真，以及考虑到外围元器件过多会给系统引入噪声等干扰因素造成不利影响，本设计采用方案二：全部采用集成运放芯片搭建电路。 为满足题目规定的指标要求, 减小非线性失真, 提高电路的高频和低频特性, 我们决定在前置放大级电路中采用集成双运放 NE5532, 在正弦波一方波转换电路中采用集成运放 LF357，在功率放大级中采用运放 LM1875。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统调试16第四章 单元模块设计 各单元模块功能介绍及电路设计 波形变换电路 设计电路如图 所示，我们直接采用施密特触发器进行波形变换与整形，选用高精度、高速运算放大器 LF357 构成施密特触发器。 根据题目要求，变换后的方波要正、负对称，频率为 1000Hz，上升和下降时间 ≤1us，电压的峰峰值为 200mV。 因为 LF357 属于 FET 管，具有良好的匹配性能，输入阻抗高、低噪声、漂移小、频带宽、响应快等特点，完全可以满足技术指标要求。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统调试171 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itl eN u m b e r R ev i sio nS iz eBD at e: 3 0 N o v 2 0 0 9 S h e e t o f F ile : F :\p ro te i1 9 9 \业 业 业 业 \业 业 业 业 .D d b D ra w n B y :L F3 5 7R 11 0 KR 21 0 KR 37 5 KR 41 .5 KR 51 0 KD 1D 2C 15 6 P FC 21 0 0 P FR W5 .6 KV C C+ V C CU iU oU o 1U o 0Vz = 177。 3V 图 波形变换电路河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统调试18 弱信号前置放大级电路：前置级的任务是完成小信号的电压放大，其失真度和噪声对系统的影响最大，故采用了低噪声、高保真度的双通道专用音响前置集成放大器 NE5532，均采用电压并联负反馈电路，因为电压并联负反馈具有很好的抗共模干扰能力，且具有改善波形失真的作用。 且 NE5532 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、高频段均能不失真输出, 使电路的整体指标大大提高。 放大后的信号失真度和噪声都很小。 前置放大级电路的主要功能是将 5mV~700mV 输入信号不失真地放大到功率放大级所需要的输入信号。 因此，需要解决的问题是本级 225 倍的电压放大倍数和带宽 BW50Hz10KHz 的矛盾。 对此可以采用二级放大电路，因为放大器的增益带宽积是一个常数，增益减小，带宽就可以提高。 同时我们在第二级中用电位器（47K）引入增益调节环节，使本级的总增益在一定范围内持续可调。 增益调节可用电位器手动调节，也可采用自动增益控制，但考虑到题目中的“实用”两字，本装置采用手动增益调节。 根据以上思路，设计的前置放大级电路如下图 所示。 图 ：前置放大级电路第一级前置级增益为：河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统调试19 Au1=R2/R1=150/10=15（约为 24dB）第二级前置级增益为： Au1=R5/R4=150/10=15（约为 24dB） 考虑到输入信号的变化范围很大（5～700mV），在第一级用 RP1（100K）做分压器来实现各级增益可调，达到可连续改变整个系统的增益的目的。 为了稳定功率放大级的工作点，前置级和功放级之间采用钽电容耦合。 功率放大级电路：，本级电路实现对电压和电流信号的放大。 放大信号的过程就是电路按照输入信号的变化规律，将直流电源提供的能量转换为交流能量的过程，其转换效率为负载上获得的信号功率和电源供给的功率之比值。 在上述方案论证中，我们选择了集成运放。 我们熟悉的集成运放有TDA20LM187TDA1514等，其中TDA2040A功率裕量不大，TDA1514外围电路较为复杂，且易自激。 这两种功放的低频性能都欠佳，LM1875外围电路简单。 电路成熟，低频特性好，保护功能安全。 它的不足之处是高频特性较差（BW≤70kHz） ，但对于本设计的要求的50Hz～10kHz已足够，因此选择LM1875做功放。 它 是 一款 功 率 放 大 集 成 块 ， 形 如 一 只 中 功 率 管 ， 体 积 小 巧 ， 在 使 用 中 外 围 电 路 简单 ， 且 输 出 功 率 较 大。 该 集 成 功 放 内 部 设 有 过 载 过 热 及 感 性 负 载 反 向 电 势 安全 工 作 保 护。 由 于 在 本 电 路 中 选 用 了 集 成 功 放 LM1875， 它 在 应 用 中 外 围 元 器 件 少 ，调 试 简 单 ， 便 于 扩 功 ， 使 得 功 率 放 大 级 电 路 简 洁 ， 实 用 ， 输 出 功 率 大 ， 非 线性 失 真 小。 自制稳压电源电路 直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量，根据以上设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，仅需要稳压电源输出的一种直流电压即+18V。 因三端稳压器具有结构简单、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，本设计中采用三端稳压电路，电源经 1000uF 电解并并上 电容依次滤掉各河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统调试20种频率干扰后输出, 输出电压直流性能好, 实测其纹波电压很小。 电路如图 所示。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统调试21图 功 率 放 大 电 路 图河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统调试22图 稳压电源电路图河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统调试23 电路参数的计算及元器件的选择 增益分配 由于系统要求输出额定功率不小于10 w，同时，输出负载为8Ω，则Uomax= = = ．RPo 810故Uopp＞ Uomax＞系统的最大增益为：Aumax=20 lg (／)≈65dB．系统的最小增益为：Aumin=20 lg （／）≈22dB．则需整个放大电路的增益应在22 dB～65 dB范围内可调．为保证放大器性能，单级放大器的增益不宜过高，通常在2040 dB(放大倍数10～100倍)之间．故整个放大器增益需通过三级放大实现。 为方便增益调整，可使功放级的增益固定，且必须小于65dB ，故其增益取为21 dB．则前置级需要两级放大，且其总增益应在1～45dB之间可调。 前置放大器的参数设计：由于从信号源输出的小信号非常微弱, 只有经过放大之后, 这种信号才能激励功率放大器,且由上述分析可知前置放大级由两级组成。 故在前置放大级中采用低噪声、高保真度的双通道专用音响前置集成放大器NE5532。 第一级前置级增益为： Au1=R2/R1=150/10=15（约为 24dB）第二级前置级增益为： Au1=R5/R4。