电子线路课程设计-基于LM386的简单功放设计.docx

电子线路课程设计基于lm386的简单功放系统设计一、 系统概述、设计思路功率放大器的作用是给音响放大器的负载（扬声器）提供一定的输出概率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。功放常见的电路形式有otl（output transformer less）和ocl(output capacitor less)电路。有用集成运算放大器和晶体管组成的功放，也有专用集成电路功放。lm386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻或电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，工作电压范围宽,4-12v or 5-18v，在6v电源电压下，它的静态功耗仅为24mw, 且外围元件少。设计功放电路由输入级、中间级和输出级三部分组成的：输入级是由100uf的耦合电容及100的电位器组成的，它具有隔直、调节音量及增益的作用； 中间级是由集成运放lm386以及由r1、rv4、c2等组成的可调增益放大电路；输出级是由低通滤波器及扬声器组成的，其中l1为高频扼流圈；由于该电路为双声道功率放大器，所以下部分电路与上部分电路完全对称，故电路原理同上。二、 系统组成与工作原理1、lm386的工作原理lm386是一个单电源供电的音频功放，为美国国家半导体公司产品，采用8引线双列直插封装和贴片式 lm386集成功率发达器的引脚排列 引脚图1）lm386集成电路的引脚、功能及数据引脚2：反相输入端； 引脚3：同相输入端； 引脚4：接地端；引脚5：输出端； 引脚6：工作电源引入端； 引脚1与8：电压增益设定端；引脚7与地之间串接旁路电容，旁路电容容值一般取10f。2） lm386功能框图lm386集成功放属于直接耦合的多级放大器结构，它是一个三级放大电路。2、功放电路图如下：如图，该电路是由输入级、中间级和输出级三部分组成的。输入级是由100的耦合电容及100的电位器组成的，它具有隔直、调节音量及增益的作用。 中间级是由集成运放lm386以及由r1、rv4、c2等组成的放大电路。其工作原理如下：输入信号通过c1耦合，由反相输入端输入运放，需要大增益时，将与r1相邻的开关j2闭合，集成运放5输出端经过r1反馈到反相端，形成电压并联反馈。根据反相比例运算关系可知，当rv1滑点在中点时，放大倍数约为-50。当rv1滑点在底端，运算放大器的输入端被短路，对低频信号来说负反馈增强，增益下降，反之亦然。同时滑动rv1时还可调节输入电压，当rv1滑点在底端时，输入电压为零，此时增益也最小；当rv1滑点在顶端时，输入电压为输入音频交流电压，且此时增益也最大。（此时应调节rv4使运放固有增益最大，约为200）当仅需要小增益时，将与r1相邻的开关断开，靠运放固有放大增益放大，在lm386的1脚和8脚之间有一只外接可变电阻和电容，可调节可变电阻将电压增益调为任意值，直至200（反向放大）。同时滑动rv1还可调节输入电压，当rv1滑点在底端时，输入电压为零，音量也为零；当rv1滑点在顶端时，输入电压为输入音频交流电压。输出级是由低通滤波器及扬声器组成的，其中l1为高频扼流圈。当高频噪声被l1扼制，通过r2及c5流入地线。低音频信号通过l1、c6后，流经扬声器放出音乐。由于该电路为双声道功率放大器，所以下部分电路与上部分电路完全对称，故电路原理同上。三、单元电路的设计与分析1、 输入级如图，100的耦合电容及100的电位器起隔直、调节音量及增益的作用。 对于音频信号3003.4khz，100的耦合电容阻抗为0.475.2.2、中间级集成运放lm386以及由r1、rv4、c2等组成的放大电路。输入信号通过c1耦合，由反相输入端输入运放，当与r1相邻的开关闭合时，集成运放5输出端经过r1反馈到反相端，形成电压并联反馈。根据反相比例运算关系可知，当rv1滑臂在中点时，如果放大倍数约为-50，则，可知r1约为250，根据市场上电阻阻值有240和270，同时为保证50的增益，故选择270。当与r1相邻的开关j2断开时，在lm386的1脚和8脚之间有一只外接可变电阻和电容，可调节可变电阻将电压增益调为任意值，直至200。根据lm386的资料，当1脚和8脚之间什么都不接，放大增益为-20，当1脚和8脚之间接10的电容，放大增益为-200，当1脚和8脚之间有一只外接可变电阻和电容，可调节可变电阻将电压增益调为任意值，直至200。2、 输出级由低通滤波器及扬声器组成。其中l1为高频扼流圈。对于音频信号3003.4khz，1.0mh的线圈阻抗为1.921.3，对于100khz高频噪声，1.0mh的线圈阻抗约为630，故可选1.0mh的线圈作为高频扼流圈。当高频噪声被l1扼制，通过r2后及c5流入地线。3003.4khz的低音频信号通过l1、r2后，c5的阻抗约为0.9911，故只能流经c6，后经过扬声器放出音乐。另外c6起隔直和耦合的作用：隔断直流电压，因为直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈，同时耦合音频的交流信号。3、 电源电源由6v的直流电源供电，此直流电源由220v交流电源经变压器输出6v的直流电压。开关可控制电源连接和断开。另外电源并接220和10nf的电容，两个电容器可滤去变压器提供的直流电源中的纹波，使供给运放的6v电压保持恒定。四、元器件明细表元器件名称参数备注c1100电解电容2c2220电解电容3c310电解电容4c410nf1c547nf2r12702r2102r310可变电阻器4l11mh2电源适配器220v交流到6v直流1lm3862开关3五、调试所需的仪器设备仪表工具：万用表、手机、示波器、电烙铁、proteus仿真。六、设计的难点和可能出现的问题设计的难点在于使用两种增益对音频信号就行放大，当需要小增益时，可断开反馈电阻上的开关j2、j3（与r3相邻的开关），用lm386本身的放大增益进行放大，若需要大增益放大时，将lm386增益调至最大，同时将j2、j3闭合，滑动音量调节钮即可大范围调节输入电压及增益。第二个难点在于输出级，用高频扼流圈阻止高频信号通过，流入地线。可能出现噪声问题：尽管lm386的应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。因此需要注意以下几点：1、 在pcb设计时，所有外围元件尽可能靠近lm386。2、 同时地线尽可能粗一些；输入音频信号通路尽可能平行走线，输出亦如此。3、 另外选好调节音量的电位器也可以降噪，质量要稍微好点的，阻值10k最合适，太大也会影响音质。4、 需要加装第7脚（bypass）的旁路电容。实际应用时，bypass端必须外接一个电解电容到地，起滤除噪声的作用。工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致，因此增大这个电容的容值，可减缓直流基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。 5、仿真时输入幅度不能太大，否则输出波形易失真，范围调制20mv200mv。七、出现的问题及解决方案1、调节不管用，经老师知道后知道是可变电阻悬空未接地，重新接地后，问题解决，音量大小调节很正常。2、焊工要提高，布线有些飞线，得到经验后明白布线要横直适宜。3、在输出接口以及电源接口上有待提高，插接不是很方便。八、预期达到的性能指标 输出功率:在8负载上输出每路不少于0.5w的不失真功率，其相对应的音乐功率为1w。频率响应频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器的频响范围应不底于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20khz。国际规定一般音频功放的频率范围是40-16 khz1.5db。九、工与进度安排小组成员学号分工备注收集资料、设计电路、焊接、调试收集资料、分析电路、焊