模拟电子技术基础课程设计-音频功率放大器的设计.doc

吉首大学信息科学与工程学院课程设计报告书课 程 模拟电子技术基础 课 题： 音频功率放大器的设计 姓 名：学 号： 专 业： 通信工程 年 级： 2012级 指导教师： 2014 年 6 月一、项目介绍与设计目的 音频功率放大器，简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放，比如：手机、mp4播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享受。此次课程设计目的是设计一个满足输出条件的实用音频功率放大器。二、设计方案1项目环境要求 采用运算放大集成电路和功率放大集成电路设计音频功率放大器，其要求如下：1 输入信号为vi=50mv, 频率f400hz;2 额定输出功率po2w； 3 负载阻抗rl=0.8k。2项目功能模块 音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。其原理如图所示，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。后一级主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。实验原理如图： 实验电路原理图3设计内容 3.1）前端放大器的设计 声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器lf353。前置放大电路是由lf353放大器组成的一级放大电路，电路图如图1，放大倍数为4，即 1+r2/r1=10，取r2=90k,r1=10k，所用电源vcc=+12v，vee=-12v。 图1 前端放大器电路图 注：r2=90k,r1=10k。经过前级运放的放大，由av=10，可以得到uo=0.5v。于是我们得到了下一级功率放大电路的输入电压，即为ui=uo=0.5v。3.2）功率放大器的设计由于实验室实验仪器的限制及要求，我们的方案选用了a386型单片集成功率放大电路（电路图如图2），其主要特点是：上升随率高、瞬态互调失真小；输出功率比较大；外围电路简单，使用方便；体积小；内含各种保护电路，工作安全可靠。 图2 功率放大器电路图注：c1=220uf，c2=0.1uf，c3=10uf，c4=0.1uf，r3=4.7k,rl=0.8k. 我们选择功率运放电路的增益为400，即把a386的运放调节电路两端短路。因为经过前端放大器我们已经得到了功率放大器的输入电压ui=0.5v。 由 av=400 ; 所以 uo=1.2kv; 进而得出 p0=1.8kw； 即最后的输出功率放大至1.8kw。3.3）实验原理总设计电路原图图3 音频功率放大器电路图注：c1=220uf，c2=0.1uf，c3=10uf，c4=0.1uf,r1=30k,r2=10k,r3=4.7k,rl=0.8k.4 仿真操作 4.1）按照上述方案，在multisim中连电路图操作图4 音频功率放大器仿真图 如图，该电路分为前端放大器和功率放大器两部分，其功能分别为完成对小信号的放大和对音频功率的放大。当输入信号后，通过两个放大器的作用后，实现对音频信号的放大，并通过扬声器放出。 4.2）设置输入信号，并运行人能听到的声音频率有一定的范围，大多数人能够听到的声音频率范围是20hz到20000hz；人能发出的声音频率也有一定的范围，大多数人能够发出的声音频率范围是85hz到1100hz且为了观察方便，本次试验将输入信号设为400hz，电压为50.00mv 4.3）观察输出信号本次试验输出结果：电压-1.181kv，周期为573.981ms，同输出比较，还是比较明显。3、 总结和分析本次课程设计目的是设计一个满足输出条件的实用音频功率放大器。由于声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以本次实验采用多级放大的原理进行音频放大，主要设计为第一级的前端放大器和第二级的功率放大器，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。后一级主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。实验中遇到最大的问题就是设计电路图并做仿真操作，但是经过不懈的努力，总算完成了本次课程设计。我们作为通信工程专业的学生，觉得能做这样的课程设计是十分有意义。在已度过的两年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。 我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种热处理工艺设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？做类似的作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书，并且在做课程设计时的那种团结与合作。 为了让我们的设计更加完善，更加符合工艺标准，一次次翻阅热处理方面的书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。通过这次课程设计我们也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。通过这次设计，我们懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为我们今后的学习和工作铺展了道路。另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我们又不得