数字课程设计-音频小信号功率放大电路.doc

电子技术 课程设计说明书题目： 音频小信号功率放大电路 学生姓名： 学 号： 201106020126 院 （系）： 电气与信息工程学院 专 业： 电子科学于技术 指导教师： 张俊涛 2013 年 12 月 13 日目录1.设计要求22.方案设计22.1 指导思想.22.2 方案论证.23.电路设计33.1 总体方框图33.2 工作原理.33.3 各单元电路及工作原理.43.4 原理总图.64.安装与调试64.1仿真检查.74.2 通电前检查.94.3 通电检查.94.4结果分析.105.总结和体会10参考文献121.设计要求:设计并制作音频小信号功率放大电路。具体要求如下：(1) 音频放大倍数AV1000；(2) 3dB带宽不小于100Hz10KHz；(3) 输入电阻RI1M；(4) 负载电阻为8时，输出功率2W； (5) 整机效率50%；(6) 输出信号无明显失真。发挥部分：（1）3dB带宽扩展至20Hz20KHz； （2）负载电阻为8时，输出功率5W；说明：(1) 功率放大电路用分立元件制作，不能选用集成音频功放；(2) 技术指标在输入正弦波信号峰值Vp=10mV的条件进行测试；(3) 设计报告中应有详细的测试数据说明设计结果； （4）输入电阻通过设计方案预以保证。主要参考元器件：NE5532/OPA2134，1N4148/1N40017，S8050/8550或2N3904/3906，TIP41/42或2N3055/MJ2955。2.方案设计;21 指导思想利用运算放大器构成第一级放大电路对输入信号进行放大；把放大后的信号接入第二级功率放大电路进行功率放大。 22 方案论证方案一：可使用NE5532配合集成功放TDA2030进行功率放大。这样实现电路简单方便且电路的实现效果会很好，但由于题目要求不允许使用集成音频功放所以此方案不符合，故舍弃此方案。方案二：用NE5532运算放大器对输入信号进行放大，然后用2N3904/2N3906和TIP41/42配合设计成的功率放大电路对放大后的信号的进行功率放大，在输出端加上扬声器实现对音频小信号的功率放大。经论证采取方案二。 3电路设计3.1 总体方框图输出到负载负反馈放大OCL功率放大输入信号负反馈放大图3.1 总体方框图 3.2 工作原理信号接入电路后，通过用电容过滤掉输入信号中的直流部分首先经第一个NE5532与电阻33k和1k组成放大倍数为34倍的负反馈电路，再进入第二个放大倍数为36倍的负反馈电路。输入信号经两个负反馈电路放大已经达到1224倍，在流经电路会造成一定衰减但放大倍数依然能够达到1000倍以上。信号经第一级放大放大后经过电容过滤掉直流信号后流进第二级功率放大电路，通过两个复合管构成的OCL互补放大电路对电路进行功率放大。整个电路实现对输入信号的功率放大。3.3 各单元电路及工作原理3.3.1 第一级-输入信号放大电路 图3.3.1NE5532负反馈放大电路工作原理：Au1=（R2+R3）/R2=(33k+1k)/1k=34倍 Au2= (R5+R6) /R5=(35k+1k)/1k=36倍Au=Au1*Au2=34*36=1224倍所以由第一级连续两个负反馈放大电路理论放大倍数能达到1224倍，虽然在电路中会发生衰减，但是衰减后依然能够大于1000倍。对信号的放大倍数能够达到1000倍以上。3.3.2 第二级-功率放大电路 图3-4 OCL互补功率放大电路 工作原理：由2N3904和TIP41构成一个NPN型的复合管，2N3906 和TIP41构成一个PNP型的复合管。用复合管增大对电流的放大系数 ，以此实现对功率的放大。使用了二极管和电阻配合消除电路的交越失真问题。3.3.3直流信号过滤电路 图3-5 直流信号过滤电路工作原理：使用电容形成交流通路将电源中产生的交流信号引入接地，避免其对电路产生影响。在输入信号后接电容阻挡输入中附带的直流信号，使信号中的直流信号不能流入从而避免直流信号对放大电路的影响。3.4 原理总图 图4-1 原理总图4.安装与调试（或者仿真结果）为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。4.1仿真检查在仿真软件上画好电路图后放上信号发生器和示波器，调整好输入信号。4.1.1第一级仿真检查。1. 断开第二级，将信号发生器接入电路输入信号。将示波器连接到第一级的第一个负反馈输出上，调整输入信号的频率，仿真查看波形。波形如下：图6-1 第一个负反馈的输出波形 2.将示波器连接到第二个负反馈输出上观察波形如下：图6-2 第二个负反馈的输出波形经过仿真，观察波形可知电路第一级放大电路完好，输出波形未发生失真；4.1.2第二级仿真检查 输入信号调整到20V的Vp-p连接到第二级的输入上，观察输出波形如下图： 图6-3 第二级输出波形（1） 图6-4 第二级输出波形（2） 经过仿真，观察波形可知第二级功率放大电路可以完美的实现功率放大且不发生失真。4.2 通电前检查电路安装完毕后，经检查电路后确认各部分电路接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错。4.3 通电检查4.3.1第一级电路检查 断开第二级后通电接上输入信号。在第一级的第一个负反馈输出上连接示波器观察波形，示波器上出现了杂乱无章的波形。经检查发现接地处理没有连接，连接后波形不出现失真，与仿真所示图结果一样。第一个负反馈电路经验证无误。在第一级的第二个负反馈输出上连接示波器观察波形，波形不出现失真，与仿真所示图结果一样。第二个负反馈电路经验证无误。综上所述，第一级放大电路功能完好实现。4.3.2第二级电路检查将输入信号调整到20V的峰峰值连接到第二级的输入上，将输出接到示波器上观察发现波形不出现失真，即第二级电路功能玩好。4.3.3完整电路检查直接将第一级电路和第二级电路相连，将输出接到示波器上观察发现波形不出现失真，测量负载上的电压计算功率可以达到2w以上。所以完整电路功能玩好。4.4结果分析本设计方案在电路中采用了OCL互补功率放大电路。有效防止了交越失真，且在互补功率放大电路中其效率。经计算其效率能满足达到60%以上。所以不论在放大倍数、功率放大、还是效率上都能够满足要求。5.总结和体会 本次设计电路运用了两级放大，在第一级进行输入信号的放大，第二级进行功率的放大，有效改善了电路的失真现象。在第二级采用OCL互补功率放大电路有效消除了输出信号的交越失真；同时，OCL电路中还使用了可调电位器，可调节电阻使OCL电路对称更加准确，严格控制了失真问题。理论设计完成后使用了Multisim电路仿真软件对理论电路进行验证检查。确认电路原理无误后，购买了元器件，进行焊接，连接电路和调试。调试过程中采取了分级逐步调试的方法，避免了两级之间相互可能会发生影响，同时这样检查电路也可以较容易找到电路的问题出现在哪一块，其次这样检查还有效减小电路损坏的损失。经过上述步骤后终于完整的完成了整个实物作品。课程设计结束了，从选题，到构思，仿真，制作，调试，整个过程让我受益匪浅。制作过程中我们遇到了不少问题，这让我深深感受到电子系统设计需要扎实的理论基础，更需要不断实践，不断积累经验。在整个设计过程中运用到了很多我们学过的模拟电路知识，既是对知识结合实践的运用，也对知识有了更深一层次的理解。对以后学习知识，运用知识有很大的帮助。在设计实践中也遇到了很多问题，从收集积累资料、画理论图到仿真焊接电路以及调试。都是经过一次次的尝试、修正与更改才最终完成。当然付出了辛勤与汗水后，还是有很多收获的。理论总是偏理想化的，在实际中会遇上各种不同的实际困难。在处理了这些问题后我不仅熟悉了仿真软件Multisim的使用与操作，还学会了多种调试电路的方法和电路中一些细节处理的方法。调试中又多次使用了信号发生器和示波器等常用电路调试仪器，对很多操作和知识加深了巩固。最后，这次课程设计让我得到了很多在课堂上无法获得的知识，