基于LM3886TF的功放设计_课程设计报告x.docx

湖南工学院模拟技术课程设计说明书湖南工学院模拟电子技术课程设计报告学 院：电气与信息工程学院专业班级：电气本1101班2013年6月5日湖南工学院电信学院题目：音响放大器设计与制作 本次实训作品是基于LM3886TF的功率放大器，采用NE5532P高精度运放作为前级电压放大部分，用LM3886TF专用音频放大芯片实现后级电流放大，实现对输入弱小信号的电压电流放大，即完成功率放大的目的，并运用了LM7815和LM7915稳压芯片实现对前级、混合级供电，电压的稳定15V。带宽BW（4020000）Hz（功放部分）;在POR下的效率50%;在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8上的交流声VPP400mV;前置放大器具有低音、高音调节功能;具有音量调节功能；实现前级稳压供电输出电源；实现过载保护和断电切断输出保护功能的OTL类型实用功率放大器。 关键词：LM3886TF;LM7815；LM7915;LM7812;功放;OTL 30目录引言 . 51 总体方案设计 . 6 1.1总体设计方案. 61.2 单元部分. 82 前级电压放大部分 . 10 2.1 NE5532P简介 . 10 2.2 前级电路分析 . 10 2.3 NE5532P前级电路仿真结果. 113 音量控制级. 123.1音量控制器的介绍. 123.2音量控制器电路分析.134 混合放大电路 . 174.1混合前置放大器的设计.174.2混放级仿真. 175 功率放大部分 . 18 5.1 LM3886TF简介 . 18 5.2 LM3886TF组成电路分析 . 195.3 LM3886TF电路的负反馈.206 电源供给部分 . 206.1总电源部分.206.2散热电路供电部分. 21 7 测量波形及其数据分析. 217.1 测量示波器图. 217.2 误差分析. 238 总结和体会. 23参考文献. 24附录A 功放元件清单. 25附录B 总原理原理图. 26附录C 功放PCB图.27附录D 功放整机实物图. 28引言 功率放大器简称功放,它是使弱小的音频信号电压功率放大的一种器件，以其主要用途来说,功放可以分为专用功放与民用功放。以输出类型可分为OTL类、BTL类、OCL类等。以功率放大方式可分为甲类、乙类、甲乙类等。我们常见的功放都是把放大小信号的前置放大器(前级)与功率放大器(后 级)做在一个机壳中,这种功放常被称为“合并功放”。合并功放使用方便,又有比较好的性能价格比。但这种合并功放有它一些固有的缺点,其中最不好克服的就是前级与后级之间的相互干扰问题了。为了解决这一问题,于是便把前 级与后级分别做在两个机壳中,这样就有了纯后级功放。大多的纯后级功放都是双声道的结构形式,但这种结构形式使得两个声道相互干扰问题又不太好解决,为了解决两个声道相互间的干扰便又出现了把两个声道分开的单声道纯后 级功放。这些都是人们在解决功放产生的一系列问题的解决方案。当然问题不知是这一点点，还有诸如：信号输出方式，放大的类型，交越失真，通频带窄小等等问题，总而言之功放已经融入了人们的日常生活当中，在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场所扩声,以及录音监听等处所使用的功放,一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求,于是它成为了人们在生产生活不可缺少的一部分。1 总体方案设计1.1 总体设计方案音量控制级散热级信号源功率放大混合放大电路Ne5532p前置放大(话音放大电路)负载电 源图1-1. 方案流程图系统的原理方案图如图1-1所示。它主要由前级电压放大器（高精度运放）、音量控制器（双联电位器）、后极电流放大器（LM3886TF构成的模块、电源供给部分。该系统是一个具有低噪声、高电源利用率、自设保护电路、输出功率可调控、稳定实用的OTL功放电路。此功放功率为单边45W，双边达90W，为功率90W的功放。 其电路原理图如图1-2所示图1-2. LM3886TF功放总电路图1.2 单元部分整张原理图分为5个部分，即NE5532P前级部分（图1-3）、uA741混合放大部分（图1-4）、电源部分（图1-6）、反馈部分、功率放大部分（图1-5）、散热部分。电源部分又可细分为NE5532P前级电源部分、混合电源部分、功率放大部分和风扇散热部分。反馈部分也可细分为两个部分,即电阻反馈部分和运放反馈部分。从而组成一款具有宽通频带、低噪放大、具有自我保护功能且散热很好的功率放大器。图1-3 NE5532p前级放大电路图1-4 uA741混合放大电路图1-5 LM3886TF功率放大电路图1-6 电源部分2 前级电压放大部分2.1 NE5532P简介 NE5532P（如图 2-1所示）是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如1458）相似，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。 图2-1.NE5532p（1）小信号带宽：10MHz；（2）输出驱动能力：600，10V；（6）电源带宽：140KHz；（8）大电源电压范围：320V。电源电压极限：Vs22V2.2 前级电路分析前级放大部分如图2-2所以： 图2-2.前级模块电路图话音放大级增益为10与27K话筒配接作为话音放大器电路，其交流放大倍数由下式 （2-1）高阻话筒要求输入内阻很大，采用同相放大电路R9 取标称值为270K，R8标称值为27K，电阻R4作用是集成运放平衡作用，所以取标称值为24K。电容C5作用是去直流，C5标称值为10uF，电容C6在电路中起耦合作用，C6取标称值为10uF。考虑到电路接线出错直流电压被放大电压为38.5V, C6两端电压达到38.5V, 电容C6采用耐压值为50V，C5、C4两端的电压为4.5V，耐压值16V和50V均满足要求，C5采用耐压值为16V。2.3 NE5532P前级电路仿真结果红蓝图2-3 前级仿真结果（蓝色为输出，红色为输入）3 音量控制级3.1 音量控制器的介绍音量控制器主要是控制、调节音量放大器的幅频特性，理想的控制曲线如图3-1中折线所示。图中，f0（1kHz）表示中音频率，要求增益A=0dB；fL1表示低音频转折（或截止）频率，一般为几十赫兹；fL2（10fL1）表示低音频区的中音频转折频率；fH1表示高音频区的中音频率转折频率；fH2（10fH1）表示高音频转折频率，一般为几十千赫兹。由图可见，音调控制器只对高音和低音的频率进行衰减，中音频的增益保持0dB不变。因此，音调控制器的电路可由低通滤波器与高通滤波器构成。，由运放构成的音调控制器，如图3-2所示。这种电路调节方便，元器件少，在一般收录机、音响放大器中应用较多。图 3-1 音调控制曲线图3-2 音调控制电路3.2 音量控制器电路分析电容C1=C2C3,在中、低音频区，C3可视为开路，在中高音频区，C1、C2可视为短路。（1）当ff0时，音调控制级的低频等效电路如图3-3所示。其中，图（a）为当R2的滑臂在最左端低频时，对应于提升最大的情况 ；图（b)为当R2滑臂在最右端时，对应于低频衰减最大的情况，分析表明，图(a)所示电路是一个一阶有源低通滤波器，其增益函数的表达式为（3-1）式中 1=1/（R2C2） 或 fL1=1/(2R2C2) (3-2)2=(R2+R3)/(R2R3C2) 或 fL2=（R2+R3）/(2R3R2C2) （3-3） （a）低频提升 （b）低频衰减图3-3 音量控制器的低频等效电路当ff0时，音调控制器的高频等效电路如图3-4所示。由于此时可将C1、C2视为短路，R4与R1、R2组成星型连接，将其转换成三角形连接后的电路如图3-5所示。 图3-4 音量控制级的高频等效电路 图3-5 图3-4的等效电路电阻的关系式为（3-9）若取R1=R2=R5，则上式为 Ra=Rb=Rc=3R1=3R2=3R5 （3-10）图3-5所示的高频等效电路如图3-6所示，其中，图（a）所示的为R2的滑臂在最左端时，对应于高频提升最大情况；图（b）所示的为R2的滑臂在最右端时，相对应于高频衰减最大的情况。分析表明，图（a）所示电路为一阶有源高通滤波器，其增益的表达式为（3-11）（3-12）式中 或 （3-13） 或 （a）高频提升 （b）高频衰减图3-6 高频等效电路（3-14）当f fH1时，C3视为短路，此时电压增益（3-16）根据音响放大器的设计技术指标，要使AVL=AVH20dB，结合AVL的表达式可知，R1、R3，R2不能取得太大，否则运放漂移电流的影响不可忽略，但也不能太小，否则流过它们的电流将超出运放的输出能力。一般取几千欧姆至几百千欧姆，R2最大只能取470K，R1、R3取47K，则AVL=(R2+R3)/R1=11(20.8dB)，C=1/2R2fL1=0.008uF,取标称值47nF，即C2=C2=47nF。又R1=R2=R4=8.2K，则 Ra=3R4=24.6k,R3=Ra/10=2.4k，C3取2200pF。4混合放大电路4.1混合前置放大器的设计图4-1混合放大电路混合前置放大器的电路由运放组成，是一个反相加法器电路，话放级的输出作为混放级的输入，录音机的输入为Vi2,输出与输入电压间的关系为：V0=-(R1/ R2) Vi1 +(R1/ R3) Vi2 (4-1)红蓝取R2=R3=10K，R1=20 K。电阻R4作用是使运放处于平衡状态，R4=R1|R2=8.2K。C1、C2、C5在电路中起耦合作用，C2在电路中起去直流作用。 C1、C2、C5都取标称值为10uF。4.2 混放级仿真 图4-2 混放级仿真电路图 图4-3 仿真结果（蓝色为输出，红色为输入）从示波器波形的输入、输出信号反相。增益Av1= Vo2/输入信号为5mV，增益 |Av2| =| Vo1/Vi1|=2 (4-2)5 功率放大部分 5.1 LM3886TF简介 LM3886TF是美国NS公司推出的新型的大功率音频放大集成电路，它的功率较大，在额定工作电压下最大可达68的连续不失真平均功率，同样具有比较完善的过压过流过热保护功能， 最可贵的是它具有自动抗开关机时的电流冲击的功能，使扬声器能够安全的工作。其特点有：输出功率大（连续输出功率68W）、失真度小（总失真加噪声003）、保护功能（包括过压保护、过热保护、电流限制、温度限制、开关电源时的扬声器冲击保护、静噪功能）齐全，外围元件少，制作调试容易，工作稳定可靠。由于用它制作功率放大电路具有简易，适用的特点，常常被用于BTL与OTL功放电路。 LM3886TF的电气参数如下： 电源电压范围VCC+VEE为20V-94V； 总谐波失真+噪声：60W 20HzF 转换速率(SLEW RATE):VIN=2.0VP-P、tries=2ns 时的值为 19V/us 总静态电流：50mA 输入偏流： 0.2uA 增益带宽乘积: 8 MHZ 开环增益：92dB 其管脚定义和基本参数如图5-1所示。 图5-1 LM3886TF芯片管脚定义 5.2 LM3886TF组成电路分析这里运用LM3886TF经典放大电路，构成对输入信号电流的放大（伴随着一定量的电压放大），其电路图如图5-2所示。其中1,5脚为正电源供给脚，这里我们给他提供+33V的电压，其中4脚为负电源供给脚，这里我们给其提供-33V的电压。其中8脚为静音脚，由于我们是实际运用中并不用静音功能，所以我们常常让它流入一定量的电流，最佳外接电阻为Rm=（VEE|-2.6V）/IB；IB0.5mA。9脚为功能反相输入端，10脚为正相输入端，机信号输入端，3脚为信号输出端。7脚为参考电压接入点，这里常常接到地。由此构成了LM3886TF的OTL类型后级电路。图5-2 基于LM3886的功率放大电路图 电压增益 A=R3/R4+1=30+1=31(29.8dB) (5-1)5.3 LM3886TF电路的负反馈反馈能增加电路的稳定性，这里的负反馈电路如图5-3所示图5-3 LM3886TF反馈电路6 电源供给部分6.1总电源部分图6-1.电源电路图正负33伏是给LM3886TF功率放大部分供电的，正负15伏是NE5532P和混放级uA741供电的。6.2 散热电路供电部分图6-2 散热电源部分输出为正负12伏，使用的是稳压芯片78127 测量波形及其数据分析7.1 测量示波器图输入信号频率为100KHz，VP-P=5mV的正弦波。图7-1 高音输出波形 高音输出波形如图7-1所示，调节高音，输出VP-P变化很大；此时调节低音，变化不大，高音设计达标。 输入信号频率为10Hz，VP-P=5mV的正弦波。图7-2 低音输出波形 低音输出波形如图7-2所示，调节低音，输出VP-P变化很大，此时调节高音，变化不大，低音设计达标。输入信号频率为中频1KHz，VP-P=5mV的正弦波。图7-3 中频输出波形中频1KHz的输出波形，如图7-3所示，调节高音和低音，VP-P变化都不大，高音低音设计合适；此时，调节音量开关，调至最大时，波形未出现失真，波形如图7-4 图7-4 音调最大输出波形由图7-4可得出功放级设计达标，未出现失真。7.2 误差分析误差产生的原因，外界电阻是标称值本身有误差，影响增益。带入实际值R21=26.6k，R22=267k，R22=19.6k，R21=9.7k得到的理论值Av1=10.04;Av2=2.02，在焊接前找到匹配的电阻，可以误差减小，输入信号小易受外界干扰，每次测试时把没接信号的输入端接地，接线尽可能少裸露，从这两方面可以减少误差。8 总结和体会这个实验总共有两级电路，比前面做的都要复杂，对各方面的要求都很大。最大的难点就是调试，不能一开始就整机调试，必须得一级一级，一步一步的调否则很容易出现问题，很难一次就调试成功。在这次课程设计中，尽管做了很长时间，也熬了很多个通，我觉得挺值得的，从中我学到很多，也认识到很多。对没有做过课程设计的人来说，课程设计看似简单，当自己着手去做时，其实不然。平常做电子实验也不在少数，但课程设计与在实验室做实验是两个截然不同的状况，其中后者是别人已设计好的思路，只需在做实验之前搞懂实验原理，再根据已编写的实验步骤一步一步做下来便可；而课程设计从一开端全靠自己去弄清自己需要干什么，该怎样去做，怎样做更好。在这个过程中，强烈的发现课程设计一个非常烦索的事，不仅需要我们认真仔细，还要速度掌握规律，以便在最短的时间内用最简便的方法做自己想要做的事。另外做课程设计的同时一定要多与同学与老师进行交流，注重相互之间的合作与交流，在遇到问题时可在别人那获得处理事情的方法。所以就需要团结身边的人。 通过这次课程设计不仅可以巩固自己的基础知识，同时