音频功率放大器设计报告.doc

专业课程设计报告题目：音频功率放大器系 别 信息工程学院电子系 专业班级 电子信息工程电子083班 学生姓名 王燕青 指导教师 廖庆洪 提交日期 2011年12月 2日 15目录一、设计要求和设计目的二、设计总体方案2.1设计思路2.2 音频功放各级的作用和电路结构特征2.3简要原理分析三、选择器件及参数计算 3.1电路元件参数及介绍 3.2参数计算3.2.1参数计算 3.2.2功率的计算四、用multisim仿真音频功率放大器五、实物电路安装调试及使用 5.1电路调整与测试5.2通电观察六、设计体会与总结七、参考文献1、 设计要求和设计目的音频功率放大器具体要求：功率5W到10W。电源电压20V以下。最后一级功率放大级必须采用三极管电路，中间级可以采用运放等集成电路。（可选功能）加分频器，输出高频低频两路信号（用于接高音喇叭和低音喇叭）。最后要算出功耗、输出功率和频率响应曲线。根据设计要求，完成对音频功率放大器的设计。进一步加强对模拟电子技术知识的理解和对Protel软件的应用。了解集成功率放大器内部电路工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法。学习音频功率放大器的设计方法与小型电子线路系统的安装调试方法。二、设计总体方案2.1设计思路音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有很多种，故输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般动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的话，对于输入信号过低的，功率放大器功率输出不足，不能充分发挥功放的作用；加入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。这样就失去了音频放大的意义了，所以一个实用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。最后音频放大器由前置放大器和音调控制电路和功率放大器三部分组成。组成框架如下图：2.2 音频功放各级的作用和电路结构特征本次设计是基于10瓦音频放大器 ，由于时间有限，上网找了一些电路图，下幅电路图稍微修改后是最合适的。由于电路采用NE5532芯片，芯片内部已包含了放大功能和音量控制功能，故省去了前置放大的一部分电路，使电路不用那么复杂。图中前置放大由芯片NE5532实现，并通过变阻器P1实现音调的控制，最后一级采用互补功率放大电路。最后扬声器用负载电阻R11代替。2.3简要原理分析电路为音频功率放大器原理图, 其中NE5532A 是高性能低噪声运放，这使得该IC特别适合应用于高质量和专业音响设备、仪器仪表及控制电路,和电话信道功率放大器。其输出功率在9.5 11.5W的范围内，电源轨不能超过+-18V。其内部电路包含输入级、中间级和输出级,且有短路保护和过热保护,可确保电路工作安全可靠。一般这种电路的低音被牺牲了，所以植入一个低音提升控制插入电路中（电路图中下方电路部分）。P1是音量调节电位器，C1是输入耦合电容,P2提供更多的低音线性提升。三、选择器件及参数计算3.11运放NE5532A介绍NE5532 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。（1）小信号带宽：10MHz；（2）输出驱动能力：600，10V；（3）输入噪声电压：5nV/HZ（典型值）；（4）DC 电压增益：50000；（5）AC 电压增益：10KHz 时2200；（6）电源带宽：140KHz；（7）转换速率：9V/S；（8）大电源电压范围：320V。极限参数：电源电压：Vs 22V输入电压：VIN V 电源V差分输入电压：VDIFF 5V工作温度范围：TA 070存贮温度：TSTG -65150结温：Tj 150功耗（5532FE）：PD 1000mW引线温度（焊接，10S） 300封装形式：如图4-45-1 所示。直流电气参数：如表4-45-1 所示。交流电气参数：如表4-45-2 所示。3.1.2三极管TIP41C/TIP42C电流 - 集电极截止（最大）：700µA 最大集电流-基极直流电压： 最大值120V 发射极直流电压： 最大值100V 基极直流电压： 最大值5V 最高有效结温：最大值150摄氏度 封装形式： 直插封装 TO-220 极限工作电压： 100V 最大电流允许值： 6A 最大耗散率： 65W 放大倍数： 未知放大倍数 功率 - 最大：2W 频率 - 转换：3MHz 安装类型：通孔 包装：散装 晶体管类型：NPN /PNP在某 Ic、Vce 时的最小直流电流增益 (hFE)：15 3A, 4V 主要用途： 适用于电子开关线路 主要特点： 功率大、驱动电流大 性质：低频或音频放大 （LF），功率放大 （L）3.1.2其他零件： P1_22K 滑动变阻器 P2_100K 电位器 R1_820R 1/4W电阻 R2，R4 R8_4K7 1/4W电阻 R3_560R 1/2W微调金属陶瓷 R5_82K 1/4W电阻 R6，R7_47K 1/4W电阻 R9_10R 1/2W电阻 R10_两个5R 5W并联的水泥电阻 C1，C8_470nF 63V涤纶电容器 C2，C5_100F25V的铝电解电容器 C3，C4_470F25V的铝电解电容器 C6_47pF 63V陶瓷或聚苯乙烯电容器 C7_10nF 63V涤纶电容器 C9_100nF 63V涤纶电容器 D1_1N4148 75V150毫安二极管 IC1_NE5532低噪音双运放 Q1_BC547B 45V100毫安NPN晶体管 Q2_BC557B 45V100毫安PNP晶体管 Q3_TIP42A 60V 6A PNP晶体管 Q4_TIP41A 60V 6A NPN晶体管 J1_3.5mm mini音频输入插座 3.2参数计算3.2.1参数计算R1是NE5532A同相输入端偏置电阻；C2/C3/C4/C9为滤波电容由R5/R6/R7/R8/C6/C7/C8组成级间负反馈回路作用是产生20350Hz低频提升当Q1/Q2相同时，不需要R3，但实际上需要一个500R以上的电阻 3.2.2功率的计算1、 计算输出功率Po输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来表示。设输出电压的幅值为Vom，则因为Iom=Vom/RL，所以.当输入信号足够大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES VCC和Iom=Icm时，可获得最大的输出功率 由上述对Po的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压VCC或降低负载阻抗RL。以下为仿真电路图中函数发生器是采用 6kHz 200mVp 的正弦函数其中XMW1功率表是测量输出功率的其中XMW2功率表是测量代替喇叭的8欧姆定制电阻功率的22K变阻器是从10%开始上升，每一次提高10%10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%四、用multisim仿真音频功率放大器1、功放电路原理图波形比对仿真图2、功放电路仿真波形图幅度较低的为输入的500mV 6kHz正弦信号。幅度高为输出信号3、频响曲线五、实物电路安装调试及使用5.1电路调整与测试实践证明，新安装的电路板往往难以达到预期的效果，这是因为我们在设计的时候不可能周全地考虑元件的误差、器件参数的分散性、寄生参数等各种各样的客观因素。此外，电路板的安装中仍存在有可能没有查出来的错误。通过电路板整体测试与调整，可发现和纠正设计方案中的不足，并查出电路安装中的错误然后采取措施加以改进和纠正，就可以使之达到预定的技术要求。本次设计采用的是PCB制作电路板，步骤繁琐，流程较为复杂。所以在电路调整与测试的应注意的问题较多，具体如下：u 通电前调试电路安装完毕后，必须在不通电的情况下，对电路板进行认真细致的检查，以便纠正安装错误。检查应特别注意：1. 元器件引脚之间有无短路。因为我们该组是第一次用PCB制作板，在检查电路引脚间的有无短路的时候出现了不少的问题。首先板子在腐蚀的时候就没有腐蚀好（这可能是板子的质量、腐蚀时间的长短、FeCL3溶液的配置等原因）所以在用万用表测量的时候真的是处处短路，而有的地方就是处处断路，为了保证的电路的正确性，只有通过万用表一条条的线路检查是否导通，引脚间是否短路。所以本次设计实物的走线用导线和焊锡补了不少，同时为了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。 2. 电源的正负、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、地线是否接触良好。关于电源正、负极问题主要是在本次设计中的单电源供电的导线插在功放电路的插座上，在此应特别注意在测试极性的时候，应注意红、黑表笔不要弄反。红表笔接正极，黑表笔接负极。该设计为了避免次问题在PCB制图的时候将地线稍微加宽。不但满足制图制板的要求，而且使其极性区分明显。 3. 二极管有电解电容极性有没有接反，三极管、集成器件引脚有没有接错，集成电路的型号及安插方向对不对，引脚连接处有无接触不良等。在安装的时候我们严格按照测量晶体管的步骤和要求进行，用万用表分别判断出二极管的阳、阴极；小功率三极管的类型、B极、C极、E极；大功率三极管的类型、B极、C极、E极。并作了相应的标注。 5.2通电观察改变RP电阻值或调节函数信号发生器的频率计幅度（在器件允许承受范围），用示波器观察输出与输入波形，并对比。同时观察喇叭发出的声音是否产生异同。频响曲线测试数据课程设计-频响曲线测试数据统计输入电压(VP-P)0.2频率（Hz）输出电压（VP-P）放大倍数频率（Hz）输出电压（VP-P）放大倍数频率（Hz）输出电压（VP-P）放大倍数201.880 9.400 2001.015 5.075 4k0.755 3.775 252.060 10.300 2200.945 4.725 5k0.750 3.750 302.180 10.900 2400.935 4.675 6k0.750 3.750 352.220 11.100 2600.930 4.650 8k0.750 3.750 402.220 11.100 2800.910 4.550 10k0.740 3.700 452.220 11.100 3000.885 4.425 12k0.720 3.600 502.160 10.800 3200.870 4.350 14k0.720 3.600 602.020 10.100 3400.865 4.325 17k0.715 3.575 701.870 9.350 3600.865 4.325 20k0.700 3.500 801.750 8.750 3800.850 4.250 23k0.685 3.425 901.620 8.100 4000.845 4.225 26k0.675 3.375 1001.470 7.350 5000.820 4.100 29k0.670 3.350 1101.410 7.050 6000.810 4.050 32k0.645 3.225 1201.260 6.300 7000.795 3.975 33k0.635 3.175 1301.245 6.225 8000.790 3.950 34k0.630 3.150 1401.180 5.900 9000.780 3.900 35k0.625 3.125 1501.135 5.675 1k0.775 3.875 36k0.625 3.125 1601.115 5.575 1.5k0.770 3.850 37k0.625 3.125 1701.070 5.350 2k0.765 3.825 38k0.615 3.075 1801.050 5.250 2.5k0.755 3.775 39k0.615 3.075 1901.035 5.175 3k0.755 3.775 40k0.610 3.050 六、设计体会与总结心得体会：通过电子技术课程设计的训练，可以全面调动学生的主观能动性，融会贯通其所学的“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“电子技术实验”等课程的基本原理和基本分析方法，进一步把书本知识与工程实际需要结合起来，实现知识向技能的转化，以便毕业生走上工作岗位能较快地适应社会的要求。而这次课程设计的题目是做一个有源滤波器的音频功率放大器，由于时间有限，只有一周时间，在查找和学习有关资料后，决定用网上找来的一副电路图进行稍微的改造，基本实现了这次课程设计的要求。在这次设计中，我们确实遇了很多难以解决的问题，同时也学到了很多知识。掌握了功率放大器电路的设计与制作，掌握了NE5532 等集成芯片的原理与作用以及晶体管极性的判断，如何去检查电路中的错误与线路是否导通，进一步熟练万用表的使用，如何制作PCB电路板。更让我明白团体精神的重要性。更懂得做好一件事情的不容易。接触到了与自己相关专业的具体的知识，感觉到所学的东西还是很有用的，通过实践不但巩固了学过的知识，而且其他的对所学知识进行实践论证，及时的发现了存在的许多不足。通过本次课程设计初步了解了一些专业软件的使用，如Multisim的软件的使用，也初步接触到了具体的制版全过程。在第一次调试的时候，出现了一次小意外，期间一接电，一个电容就烧坏，经过电路的检查，才发现在焊接时将铝电解电容的正负极接反，排除故障后，扬声器总算发声了。总之，这次课程设计我们还是比较满意的，学习到的东西也很多。七、参考文献1、模拟电子技术第五版. 康华光主编.北京：高等教育出版社，20052、模电数电基础实验及multisim7仿真 蒋黎红主编 浙江大学出版社，20073、标题：10W音频功放与低音提升 资料来源：www.elect