模电低频功率放大器课程设计.doc

长 沙 学 院课程设计说明书题目低频功率放大器系(部)电子与通信工程系专业(班级)姓名学号指导教师起止日期2012/12/17-2012/12/23模拟电子技术课程设计任务书（16）系（部）：电子与通信工程系 专业：电气工程及其自动化 指导教师：课题名称低频功率放大器设计内容及要求1、用集成运放和功率BJT设计低频功率放大器；2、最大输出功率Pom 8W(正弦输入Ui=10mV时)；负载电阻RL=8；效率 50%；输入阻抗Ri为100k。设计工作量1、系统整体设计；2、系统设计及仿真；3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。进度安排起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料第二天设计方案论证第三天进行具体设计第四天进行具体设计第五天编写设计说明书教研室意见年 月 日系（部）主管领导意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名学号专业电气工程及其自动化班级设计题目低频功率放大器指导教师指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目录一设计原理及要求51.设计要求52.设计原理5二设计方案的选取6三理论分析与计算8四改进及调试过程91.改进及调试分析92.Multisim仿真调试结果10五设计电路图11六设计体会12七参考文献13一设计原理及要求1.设计要求（1）.用集成运放和功率BJT设计低频功率放大器；（2）.最大输出功率Pom=8W(正弦输入Ui=10mV时)；负载电阻RL=8；效率等于50%；输入阻抗Ri为100k。2.设计原理低频功率放大器电路主要由集成运算放大器、功率放大器两部分组成，设计比较简单，从而满足最大输出功率Pom= 8W(正弦输入Ui=10mV时)；负载电阻RL=8；效率 50%；输入阻抗Ri为100k的要求。向电路提供的低频信号，前置放大电路可以放大输入信号的电压值，并且使用电位器调节放大倍数，电压可以增大一千多倍，实现了电压的放大，也控制最终实际输出功率的大小。再将输出信号输入功率放大器，电压大小基本不变，而电流却增大许多，从而实现了功率的放大。外加正弦低频信号源前置放大电路功率放大电路图1.原理框图图2.前置放大电路图前置放大电路主要由一个集成运算放大器组成，即可实现一千多倍的电压放大。功率放大电路的选用：甲类功率放大电路，支流输出电阻小，带负载能力强，但有用功效率比较低,一般用于信号源的推动放大。乙类功率放大电路，虽然管耗损少有利于提高效率，但存在严重的波形失真，输出信号的半个波形被消耗掉了，一般使用时是用互补的两个管子交替工作输出，加装一定的偏置电路后可以克服管子的交越失真，使之完整的输出放大信号。最常用的是甲乙类工作电路，他结合了甲类功放电路和乙类功放电路的优点，使之更好的放大信号。这里有两种合理的方案选择。二设计方案的选取方案一：如图3所示是变压器耦合单管乙类功率放大器，图中T1为输入变压器，T2为输出变压器，R1、R2组成分压偏置电路，Re是直流负反馈电阻，用来稳定工作点，C1、C2是偏置电路的旁路电容。输入变压器T1倒相作用，使Q1和Q2两管的基极信号大小相等、方向相反。输出变压器T2的初级也设有中心抽头，分别将Q1和Q2两管的集电极信号耦合到次级，使负载获得输出信号。图3变压器耦合单管乙类功率放大器电路方案二：图4所示为OCL 低频功率放大器。其中由晶体三极管Q1组成推动级（也称前置放大级），Q2、Q3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，它们组成互补推挽OCL功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。Q1管工作于甲类状态，它的集电极电流I一部分流经二极管D1、D2， 给Q2、Q3提供偏压。调节R3、R4，可以使Q2、Q3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。当输入正弦交流信号V1时，经U1集成运算放大器放大后作用于T1的基极，U1的负半周使Q2管导通（Q3管截止），有电流通过负载R5，在U1的正半周，Q3导通（Q2截止），由电源VDD供电，这样在R5上就得到完整的正弦波。图4 OCL 低频功率放大器电路经过对2个方案的分析，第一种方案中变压器体积大、重量大、耗损大、频率特性差、不易集成。此外乙类功率放大器存在交越失真，不能对整个周期的信号进行放大，降低了放大器的性能。而第二种方案中电路组成简单，耗能小，频率特性好。且OCL 低频功率放大器不存在非线性的失真，放大性能良好。所以我选择了第二种方案。三理论分析与计算1.根据最大输出功率Pom计算出U1。 因为Pom=1/2* (Uom* Uom/ R）=8WUom=11.3137V则U=8V所以集成运算放大器的输出电压为U1=8V2.根据U1计算出R1、R4的阻值因为Ui=（U1/(R1+R4)）*R1R1/R4=1/800所以选取R1=1 ,电位器电阻取R4=1K 3.根据输入电流Ii，使得输入阻抗Ri=Ui/Ii=100K Ii是通过调节R2、R3的阻值，使得满足此条件，同时也满足Uo=8V4.根据计算出两个直流电源的电压=Po/Pv=/4*（Uom/VCC）=0.5得VCC=17.8V即两个直流电源的电压分别为：+17.8V，-17.8V四改进及调试过程1.改进及调试分析因为集成运算放大器的输出电压UiUo=8V,所以将R4的阻值调整到850 左右，再调节R2、R3的阻值，使得满足输出功率为8W，效率为50%。同时调整输入、输出电流。先使R310，R4=10，在输入端接入f60Hz的低频正弦信号U,逐渐加大R3，R4的阻值，此时， 输出波形应出现较严重的失真，然后缓慢调整R3，R4的阻值，当失真刚好消失时，停止调节R3，R4。此时毫安表读数即为输入、输出电流。如过大，则要检查电路。调试过程如下表。表一.调试的过程R1R2R3R4UoIiICCIDDIoPoPv185010103.498785.743430.592-948.2292000.7728.67064.91850100100.81810.63102.642-184.875453.59428.8411.41850101007.814910.984976.972-186.0152000.2377.88743.21850204007.976462.74997.213-46.1031000.3118.12824.01850489007.984213.018835.135-20.346998.5468.10216.22.Multisim仿真调试结果图5.示波器输出波形(波形不失真)图6.Uo的数值图7.Po的数值图8.电流源VCC的数值图9.电流源VDD的数值刚开始时使用了一般的集成运算放大器，使得调节R2、R3的阻值也无法得到Uo=8V，只有4V左右，差距很大，最后将其改为理想的运算放大器后，可以满足要求使Uo=8V。当R1=1 ，R2=850 ，R3=48，R4=900时，输出电压Uo=7.984V，此时U1的波形与Uo的波形基本重合，并且没有发生失真。五设计电路图图10低频功率放大器电路我的设计通过同相集成运算放大器对电压的放大作用及甲乙类功率放大器对电流的放大作用，最终实现了低频的功率放大，且输出波形未出现失真。满足了设计的要求。六设计体会刚拿到课程设计的题目时，我就感到很大的疑惑。集成运算放大器在电路中有什么作用？功率BJT是什么？如何才能实现低频功率放大？经过一周的学习，我不仅查找了相关书籍，还在网上查找了资料。最后能够理解设计原理，并且设计出了正确的电路。在这期间的学习、查资料、设计、仿真电路过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识，更加牢靠的掌握了所学的理论知识。通过这次课程设计，使我把平时做模拟电子实验所掌握的知识得到更深次的了解和掌握，对仪表的使用更加的熟练，学会了怎样去搭好一个的电路，学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路，还学会使用Multisim软件。课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程。在设计过程中，可以说是困难重重，电路原理图的设计，电路元器件的选取，电路的调试等等，都是相当困难的问题。比如，在调试电路的时候，开始的时候没有波形出现，之后发现是电路接错了。经模拟运行表明，我设计的电路可以实现将输入的低频信号进行放大后，产生足够大的电流，实现对功率的放大。通过这次实习，我认识到了动手能力，团队合作的重要性和交流的必要性；同时也发现了自己的许多不足：1.理论知识掌握的不够牢固。平时在上课时，老师在讲台上讲课，自己感觉都听懂了。可是到了自己做题目的时候却发现题目都不会做，等到自己再回头来看书时，却发现有太多的知识不懂了，根本就看不完啊。2.动手实验的能力不足。平时的模拟电子技术实验，我在老师和同学的协助下都能顺利的完成实验，却忽视了独立动手实验的重要性。等到自己动手时，我就完全疑惑了，我不懂得如何接电源，不懂得如何调节示波器，也不懂得如何接电路等等。太多太多的问题暴露出来，可是自己却没有找时间去解决问题。结果到现在自己还有一堆的疑惑。经过这次实习，我认识到要尽快的解决自己的问题，不然到学习更多的专业课时，我就会跟不上进度了。此次课程设计实习虽然结束了，我也留下了很多遗憾，因为由于时间的紧缺和知识的不足，我并没有做到最好，但是，最起码我没有放弃，我尽了自己最大的努力，它是我的骄傲！相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、