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低频功率放大器的设计与制作 学院：电子信息工程学院 小组成员：李福强 兰景超 李凤 低频功率放大器的设计与实现 小组成员分工情况与进程:硬件部分由三人分工完成:兰景超负责前置功率放大器；李福强负责功率放大级电路；李凤负责带阻滤波器一：3月27号接到赛题，大家初步讨论并决定选熟悉的B组题。二：第二天,小组搜寻资料，并准备好仿真软件。同时复习整理所学过的有关放大器的知识。三；第三天上午，小组成员分工设计各个功能模块。下午大家去了元件店。四，第四天上午，各模块初步确定。大家用软件进行仿真与调试。下午李福强去了元件店购买实验的器件。晚上小组成员分工制作各功能模块，兰景超负责前置功率放大器；李福强负责功率放大级电路；李凤负责带阻滤波器。五，第五天中午大家的制作完成。下午调试发现问题，大家回去进行改进。同时安排一名队员进行报告初步设计。六，第六天因初期制作有问题，安排一名操作较熟练的队员将各模块整合进行新的一次焊接。下午及时完工，焊接效果较为理想，于此同时另外两位成员进行报告设计。七，由于时间紧急，下午没能及时进行调试。但焊接较为精致，料想出错几率不大。 摘 要 本文介绍了一种基于NE5532而设计的低频功率放大器。由直流稳压电源，前置放大器，功率放大器，带阻电路，峰值检测和数据采集显示六个模块组成。直流稳压电源主要由15V双电源与LM317与LM337，7805构成可输出正负15V电压和5V电压，分别为功率放大器和显示模块提供所需电压。前置放大器为两级放大，构成一个带通放大器。功率放大器由BD139和BD140三极管构成OCL电路。带阻电路用于滤除电源公共频率。峰值检测将负载输出稳定电压并将电压降低至5V以下。液晶显示模块显示结果。主要功能是将20HZ20KHZ的小信号放大，输出功率大于5W，并将系统的输出功率，直流电压输出功率，整机效率显示出来。关键词：功率放大器 ， 三极管， NE5532，OCL任务要求:一、任务 设计并制作一个低频功率放大器，要求末级功放管采用分立的大功率(双极或MOS晶体管）。二、要求1基本要求 （1）当输人正弦信号电压有效值为10mV时，在8电阻负载（一端接地）上，输出功率 5W，输出波形无明显失真。（2）通频带为20Hz10kHz。（3）输入电阻为600左右。（4）输出噪音电压有效值Von10mv。 （5）尽可能提高功率放大器的整机效率。2. 发挥部分（1）具有测量并显示低频功率放大器输出功率正弦信号输入时）、直流电源的供给功率和整机效率的功能，测量精度由于5%。（2）低频功率放大器通频带扩展为10Hz20kHz。（3）在满足功率5W、通频带为20HZ10KHZ的前提下，尽可能降低输入信号幅度，提高增益。三、说明1不得使用功率集模块。 2本题输出噪音电压定义为输入端接地时，在负载电阻上测得的输出电压，测量时使用快 带为2MHZ的毫伏表。 3本题功率放大电路的效率的整机效率定义为：功率放大器的输出功率与整机的直流电源供给功率之比。电路中应预留测试端子，以便测试直流电源供给功率。4 设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要的流程图主要的测试结果、完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。4、 评分意见设计报告项 目主要内容满分系统方案总体方案设计6理论分析与设计电压放大电路设计输出级电路设计显示电路设计10电路与程序设计总体电路图；工作流程图5测试方案与测试结果调试方法与仪器测试数据完整性测试结果分析5设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的规范性图表的规范性4总分30基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项5完成第（2）项5完成第（3）项5特色与创新5总分207 一、 绪论1.1 系统背景 功率放大器是的作用主要是给负载提供所需要的功率，它不仅仅是音频设备中必不可少的器件，同时在测量系统和控制系统中也有广泛的应用。低频功率放大器已经是一个相当成熟的技术。几十年来，无论是从线路技术和元器件方面，乃至思想方面都有很大的进步。 它可以由集成元件构成，也可以由分立元件构成。集成功率放大器具有功放体积模块小，性能优越，外围电路简单，制作简单，易调试，保护功能齐全。而用分立元件制作，如果精心设计，则在效率和失真方面要远远优于集成功放。二、 系统电路设计2.1系统总体方案 本系统由前置放大器，带阻滤波器，功率放大级，峰值检测，数据采集及液晶显示等构成。其中，前置放大级有NE5532够成的两级放大电路组成，可选择通过带阻滤波器将4060HZ的信号衰减，通过NE5532和有功率三极管构成的放大电路放大输出，经过AD采样电路收集数据。系统方框图如图2-1所示。 带阻滤 前置 放大器 信号负载 功率 放大器 图2-1系统方框图 2.2单元电路设计2.2.1前置放大器的分析与设计 前置放大器主要完成小信号电压放大的任务，其失真度和噪声影响是优先考虑的指标。同时也起对信号的衰减作用。为此我们选用NE5534，NE5534的主要特性：等效输入噪声电压3.5nV/,频率带宽10MHZ，高转换速率13V/uS,较宽电压围正负3V到正负20V，同时有可外在补偿的能力。 图2-3(a)前置功率放大器 图2-3(b)1kHZ时仿真图形 在前置放大电路中，第一级采用电压并联反馈解法，可以增加共模抑制比，可提高抗干扰能力。第二级放大总体来说是个带通放大电路，当有信号时，电容C1与电阻R7构成高通电路2.2.2功率放大级的设计 功率放大电路往往要求其驱动负载能力较强，从能量控制和转换的角度来看，功率放大器电路与其他放大电路在本质上没有根本区别。只是功率放大既不是单纯的要求输出高电压，也不是单纯的要求输出大电流，而是追求电源电压稳定的情况下，输出尽可能大的功率。功率放大电路的主要任务是 ：在允许的失真限度内 ，尽可能高效率地向负载提供足够大的功率。因此，功率放大电路的电路形式、工作状态、分析方法等都与小信号放大电路有所不同.对功率放大电路的基本要求是： (1) 输出功率要大。 输出功率 PO = UO IO，要获得大的输出功率 ，不仅要求输出电压高，而且要求输出电流大。因此 ，晶体管工作在大信号极限运行状态 ，应用时要考虑管子的极限参数。注意管子的安全。 (2) 效率要高。放大信号的过程就是晶体管按照输入信号的变化规律 ，将直流电源提供的能量转换为交流能量的过程 ，其转换效率为负载上获得的信号功率和电源供给的功率之比值。 功放级电路主要用一对BD139和BD140三极管（推动管）组成，加上末级的两个2N2222组成。对管的选择主要考虑其参数的对称性。一般输出管的电压增益在40左右。 图2-4(a)功率放大级电路图 图2-4 (b)功率放大级仿真结果2.2.3带阻滤波器的分析与设计 输入电压同时作用于低通滤波器和共同滤波器就构成了带阻滤波器。设低通滤波器f1应低于高通滤波器f2，带阻滤波器能衰减f1f2之间的信号。放大器选择OP07。带阻滤波器主要用于滤除公频干扰。下图为所设计的二阶滤波器。 图2-5(a)带阻滤波器频率特性 图2-5(b)4060HZ带阻滤波器2.2.4峰值检测峰值检测电路是为了将整流分压后所得到的电压曲线取得最大峰值，从而为先一步计算提供条件。峰值检测电路（PKD，Peak Detector）的作用是对输入信号的峰值进行提取，产生输出Vo = Vpeak，为了实现这样的目标，电路输出值会一直保持，直到一个新的更大的峰值出现或电路复位。 图2-6(a)峰值检测仿真图 图2-6(b)峰值检测仿真结果三、总结3.1实验结果本设计完整的介绍了低频功率放大器的设计，选用高性能的NE5532运放，保证了足够大的增益和电压输出且性能稳定通过给出的实验数据可以看出，本电路具有很好的频率响应，从测的得带宽10HZ60KH左右看出，该功率放大器可以很好的实现对低频信号的放大。值得注意的是功率放大级与前置放大级应采用分离电源模式的接线放大，否则容易造成干扰。在设计功率放大器的同时应考虑对非线