低頻功率放大器報(bào)告

1、2013年課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)用低頻功率放大器學(xué)院:班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):序號(hào):、任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作具有弱信號(hào)放大能力的低頻功率放大器。其原理示意圖如下:EtL=SQ二、技術(shù)指標(biāo)：1. 基本要求：(1) 在放大通道的正弦信號(hào)輸入電壓幅度為(50700) mV ,等效負(fù)載電阻RL為8Q下，放大通道應(yīng)滿足：a. 額定輸出功率 POR羽0W;b. 帶寬 BW 列5010000)HZ;c. 在POR下和BW內(nèi)的非線性失真系數(shù) <3%;d. 在POR下的效率 弟5%;e. 在前置放大處級(jí)輸入端交流短接到地時(shí)，RL=8 Q上的交流聲功率<10mV(2) 自行設(shè)計(jì)滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求用的穩(wěn)壓電源，畫(huà)出實(shí)際

2、的直流穩(wěn)壓電源原理圖 即可。2. 發(fā)揮部分(1) 放大器的時(shí)間響應(yīng)：a. 方波產(chǎn)生由外供正弦信號(hào)源經(jīng)變換電路產(chǎn)生正、負(fù)極性的對(duì)稱(chēng)方波瀕率為1000HZ;上升和下降時(shí)間 <us;峰一峰值電壓為 200mVP-P。用上述方波激勵(lì)放 大通道時(shí)，在 RL=8 Q下，放大通道應(yīng)滿足。b. 額定輸出功率 POROW;c. 在POR下輸出波形上升和下降時(shí)間<12us;d. 在POR下輸出波形頂部斜降%;e. 在POR下輸出波形過(guò)沖量 <5%;(2) 放大通道性能指標(biāo)的提高和實(shí)用功能的擴(kuò)展(例如：提高工作效率、減小非線性失真)3. 要求：設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告；方案設(shè)計(jì)與論證，理論分析與計(jì)算，電路圖

3、，測(cè)試方法與數(shù)據(jù)，結(jié)果分析，要有特色與創(chuàng)新主要參考元件：LM1875、LF353、LM311、UA741、NE5532三、方案設(shè)計(jì)：1.波形轉(zhuǎn)換電路先經(jīng)過(guò)前級(jí)放大后再直接采用施密特觸發(fā)器進(jìn)行變換與整形。而施密特電路可用高精度、高速運(yùn)算電路搭接而成，利用穩(wěn)壓管將電壓穩(wěn)定在6. 2V左右，然后利用電阻分壓得到要求的正負(fù)對(duì)稱(chēng)的峰一峰值為 200 mV的方波信號(hào)。運(yùn)放選用 NE5532,施密特電路采用高 精度、高速運(yùn)算放大器 LF357。用multisim 軟件畫(huà)電路圖如下：XFG1 VCCVDQVDDC1 -IF 1QljFJR5 .AW-75kQ .LF357H仿真后波形如下: 產(chǎn)生方波2. 前置

4、放大電路選用NE5532芯片，因?yàn)镹E5532具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、寬頻帶等優(yōu)良性能 且是雙運(yùn)放集成，具有很高的性?xún)r(jià)比。這種運(yùn)放的高速轉(zhuǎn)換性能可大大改善電路的瞬態(tài)性能較寬的帶寬能保證信號(hào)在低、中、高頻段均能不失真輸出，使電路的整體指標(biāo)大大提高。前置級(jí)的任務(wù)是完成小信號(hào)的電壓放大，其失真度和噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響最大，故采用了集成放大器NE5532,均采用電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，電壓并聯(lián)負(fù)反饋具有很好的抗共模干擾能力，且具有改善波形失真的作用。放大后的信號(hào)失真度和噪聲都很小。前置放大級(jí)電路的主要功能是將50mV700m輸入信號(hào)不失真地放大到功率放大級(jí)所需要的輸入信號(hào)。因此，需要解決的問(wèn)題是本級(jí)

5、225倍的電壓放大倍數(shù)和帶寬 BW>50Hz-10KHz的矛盾。對(duì)此可以采用二級(jí)放大電路，因?yàn)榉糯笃鞯脑鲆鎺挿e是一個(gè)常數(shù)，增益減小，帶 寬就可以提高。同時(shí)我們?cè)趦杉?jí)放大中用電位器引入增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，使本級(jí)的總增益在一定范圍內(nèi)持續(xù)可調(diào)。由于從信號(hào)源輸出的小信號(hào)非常微弱，只有經(jīng)過(guò)放大之后，這種信號(hào)才能激勵(lì)功率放大器，且由于系統(tǒng)要求輸出額定功率不小于10 w，同時(shí)，輸出負(fù)載為8Q,則Um= Po R = 10 8 =8.95V.故 Uop-p > 2 Um> 12.6V系統(tǒng)的最大增益為：Amax=20 lg （8.95/ 0.05） 45dB.系統(tǒng)的最小增益為：Amin=20 lg

6、（8.95 / 0.7 ） 22dB.則需整個(gè)放大電路的增益應(yīng)在 22 dB45 dE范圍內(nèi)可調(diào).為保證放大器性能，單級(jí)放大 器的增益不宜過(guò)高，通常在 20-40 dB（放大倍數(shù)10100倍）之間.故前置放大器增益需通過(guò) 兩級(jí)放大實(shí)現(xiàn)，且其總增益應(yīng)在145dB之間可調(diào)。第一級(jí)前置級(jí)增益為：Au1=R3/R2=150/10=15（約為 24dB）第二級(jí)前置級(jí)增益為：Au1=R4/R5=150/10=15（約為 24dB）為了滿足輸入信號(hào)的幅度在 50mV700m的范圍內(nèi)，功率輸出級(jí)的輸出功率的額定功率 10W勺要求，在前置放大級(jí)的第二級(jí)的輸入端采用電位器對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減。同時(shí)也起到了 可實(shí)現(xiàn)增益

7、調(diào)節(jié)的作用。為了穩(wěn)定功率放大級(jí)的工作點(diǎn)，前置級(jí)和功放級(jí)之間采用電容耦合。用軟件畫(huà)電路圖如下：仿真后波形如下:T1 * +時(shí)間通道T2-T1時(shí)吧 比例麗石莎xffiS麗加載叫咚I通道At匕例 | Z V/DivAC I 0 I DC通11B 比例 I 500 mV/Divvf&HAC I Q IDC反向保存I觸岌邊沿e i外部iExt Trigger電平 opv類(lèi)型正弦I標(biāo)劇自動(dòng)底"3. 功率放大級(jí)采用專(zhuān)用的功放集成芯片 LM1875。LM1875是一款功率放大集成塊，體積小巧，外圍電路簡(jiǎn)單，且輸出功率較大。該集成電路內(nèi)部設(shè)有過(guò)載過(guò)熱及感性負(fù)載反向電勢(shì)安全工作保護(hù)。 集成功放具

8、有工作可靠，外圍電路簡(jiǎn)單，保護(hù)功能較完善，易制作調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，雖不及頂級(jí)功放的性能，但滿足并超過(guò)本設(shè)計(jì)的要求是沒(méi)有問(wèn)題的。另外集成運(yùn)放還有性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)。本級(jí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓和電流信號(hào)的放大。放大信號(hào)的過(guò)程就是電路按照輸入信號(hào)的變化規(guī)律，將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為交流能量的過(guò)程，其轉(zhuǎn)換效率為負(fù)載上獲得的信號(hào)功率和電源供給的功率之比值?？紤]到前置放大第二級(jí)中如果 RP1不是處在最大的衰減位置，而輸入信號(hào)又比較大，則 這時(shí)功率放大級(jí)的輸出功率會(huì)遠(yuǎn)大于額定功率，很有可能燒壞功率放大器。因此前置放大第二級(jí)的輸出端接電位器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入功放信號(hào)的衰減，以此來(lái)保護(hù)功放電路。另外與8Q電阻并聯(lián)的電阻和電容的作用是防

9、自激。由于實(shí)驗(yàn)前在軟件中沒(méi)有找到 LM1875芯片，沒(méi)有仿真，然后直接畫(huà)在紙上了，但是做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)出來(lái)的波形不對(duì)，然后再次找軟件仿真，發(fā)現(xiàn)電路仿真出來(lái)的波形不對(duì)，不是正確的正弦波。后來(lái)改進(jìn)，將二極管去掉后，發(fā)現(xiàn)波形正確了！用軟件畫(huà)電路圖如下：XFG145V-I .VDDLMlftrSTR3 -AAAZDkQ :C1HHIOuF±47uF；0 ：一 Id- .I .-C3fl仿真波形圖（失真）:D1： ： ： ： LiiNm?XSC1島他 .!t=l0:D2：:G4i：20hF世閔I-C2-= lODhF改進(jìn)后的電路圖:VCC1AVXFG14牛'9J- D ' 

10、9;' kJ-J ''''±：22DuEz：1：0DnF :*1 1 -Q- 1* b * »-»»»-< 1-LM1R3 : -WV- 22kflC1 -XSC12kQC7 47iiF.1 ：.:ic5 : 一 n，卜T,I-重新仿的波形圖:4. 穩(wěn)壓直流電源設(shè)計(jì)采用三端集成穩(wěn)壓電源電路，選用LM7818 LM7918E端集成穩(wěn)壓器。直流穩(wěn)壓電源部分則為整個(gè)功放電路提供能量，根據(jù)以上設(shè)計(jì)的前置放大級(jí)電路和功率放大級(jí)電路的要求，僅需要穩(wěn)壓電源輸出的一種直流電壓即+18V。因三端穩(wěn)壓器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外

11、圍元器件少、性能優(yōu)良、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中采用三端穩(wěn)壓電路，電源經(jīng)1000UF電解并并上O.luF電容依次濾掉各種頻率干擾后輸出，輸出電壓直流性能好，實(shí)測(cè)其紋波電壓很小。1B4H42匚4 dL 2.2mF 丁 IC-36V 丁C21時(shí)：U1LWMBCT匕I陋IMGViXAtEr nMirh4 C7C4 1pF3cas>ievU2LM791BCT四、測(cè)試結(jié)果輸出功率：Po=(Uo2/2R輸入功率：Pi =U 1* I 1 U 2* I 2效率：n =Po/Pi輸入端接地，測(cè)輸出端在 8Q負(fù)載條件下的噪聲峰峰值。交流噪聲：U=1V(測(cè)試)正弦輸入幅度頻 率輸出電壓(Vpp)輸出功 率

12、電源電壓電源電 流效率50mv50Hz14.00V3.06W17.9V17.9V0.30A0.29A29.00%50mv10kHz19.10V5.70W17.9V17.9V0.42A0.40A38.83%300mv50Hz25.60V10.24W15.7V15.2V0.54A0.53A62.00%300mv10kHz29.55V13.64W17.9V17.9V0.62A0.60A62.48%500mv50Hz24.20V9.15W17.7V14.4V0.50A0.49A57.53%500mv10kHz28.2V12.43W18.0V18.0V0.60A0.58A58.52%700mv50Hz2

13、5.8V10.40W15.5V14.3V0.55A0.54A64.01%700mv10kHz26.6V11.06W18.0V18.0V0.56A0.55A55.36%方波產(chǎn)生:頻率：1kHz 上升時(shí)間：1us；下降時(shí)間：2us無(wú)失真，無(wú)過(guò)沖，無(wú)斜降方波放大：峰峰值：22VVs=15V，ls=0.62A上升時(shí)間：5us;下降時(shí)間：12us無(wú)失真，有斜降，有過(guò)沖。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表格知，正弦放大時(shí)，輸入電壓較低，小于100mv時(shí)，功率放大倍數(shù)不夠，沒(méi)有達(dá)到要求的功率，效率也小于55%。但是輸入較高時(shí)，功率放大倍數(shù)足夠，而且效率也大于55%，符合要求。方波產(chǎn)生完全符合實(shí)驗(yàn)要求，但是經(jīng)

14、過(guò)兩級(jí)放大和功放后，方波產(chǎn)生了斜降和過(guò)沖。輸入端接地，測(cè)輸出端在 8 Q負(fù)載條件下的噪聲峰峰值過(guò)大，是一個(gè)穩(wěn)定的正弦波，超 過(guò)要求的噪聲功率。六、實(shí)驗(yàn)過(guò)程問(wèn)題及解決方法：1實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常遇見(jiàn)自激問(wèn)題，通過(guò)并聯(lián)電容可以有效改善，另外有時(shí)候需要濾掉 其他頻率的雜波，也可以通過(guò)電容解決。2剛開(kāi)始時(shí)，功放部分波形總是失真，回去用軟件重新仿電路圖后，發(fā)現(xiàn)去掉兩個(gè)二極 管可以得到很好的波形！3還有就是電路連上后，負(fù)載處只有電壓沒(méi)有電流，后來(lái)也沒(méi)有改電路，就是換了個(gè)電 源就好了，也許是中間電路接觸不良吧。4在接高電壓和低電壓時(shí)，如果開(kāi)了電源，再接進(jìn)電路中，就容易出火花，所以，最好 先將電源接入電路中，再開(kāi)

15、電源。5注意接帶有正負(fù)極的電容時(shí)，一定要接好正負(fù)極，否則會(huì)使電容損壞。6在方波轉(zhuǎn)換電路中，方波輸出可以直接從滑動(dòng)變阻器的中間管教接出來(lái)，這樣出來(lái)的 波形比較好。7方波轉(zhuǎn)換電路剛開(kāi)始用 LF357 ,電路無(wú)法轉(zhuǎn)換成方波，后來(lái)?yè)Q成了NE5532就可以實(shí)現(xiàn)了，但是NE5532產(chǎn)生的方波上升下降時(shí)間比較大。其實(shí)LF357應(yīng)該是樂(lè)意轉(zhuǎn)換方波的，可能 是我的那個(gè)芯片壞了吧。8實(shí)驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)電路現(xiàn)在好好地，等會(huì)兒就不能用了，所以插電路時(shí)，一定要注意 電路分布，最好每個(gè)模塊分開(kāi)，要不然不容易查錯(cuò)。七、實(shí)驗(yàn)誤差分析:由測(cè)量的數(shù)據(jù)可以知道實(shí)測(cè)參數(shù)并沒(méi)與計(jì)算的參數(shù)或仿真參數(shù)完全一致，原因可能是各計(jì)算公式為近似由于各個(gè)元器件并非是理想的，如電阻的實(shí)際值與標(biāo)稱(chēng)值不盡相同； 的公式； 測(cè)量?jī)x器儀表的讀數(shù)誤差 電路中負(fù)