音频功率放大器的设计.doc

武汉理工大学专业课程设计（一）课程设计说明书学 号： 课 程 设 计题 目音频功率放大器的设计学 院理学院专 业电子信息科学与技术班 级电信科1102班姓 名指导教师2013年01月23日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电信科1102班 指导老师： 工作单位：武汉理工大学理学院 题目：音频功率放大器的设计初始条件：直流可调稳压电源两台，数字示波器一台，万用电表一块，面包板一块，元器件若干，剪刀、镊子等必备工具。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求以及说明书撰写等具体要求）1、 技术要求：设计一音频功率放大器；要求输入信号Vi=10mV，频率f=1kHz，负载电阻为8时，输出功率P01W；2、 主要任务：（一）设计方案（1） 按照技术要求，提出自己的设计方案（多种，芯片不限）并进行比较；（2） 以功率放大集成电路和运算放大器为主，设计一种简易的音频功率放大器（实现方案）；（3） 依据设计方案，进行预答辩；（二）实现方案（4） 根据设计的实现方案，画出电路逻辑图和装配图；（5） 查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；（6） 在面包板上组装电路；（7） 自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求；（8） 撰写设计说明书，进行答辩。3、 撰写课程设计说明书：封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期任务书目录（自动生成）正文：1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案；4、调试过程及结论；5、心得体会；6、参考文献成绩评定表时间安排：课程设计时间：20周21周20周：明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩；21周：按照实现方案进行电路布线并调试通过；撰写课程设计说明书。指导教师签名： 年 月 日系主任（或负责老师）签名： 年 月 日1 目录1.技术指标22.设计方案及其比较22.1 方案一32.1.1 运算放大电路的设计32.1.2 功率放大电路的设计42.1.3 音频功率放大电路52.2 方案二62.2.1 运算放大电路的设计62.2.2 功率放大电路的设计62.2.3 音频功率放大电路7 2.3 方案三82.3.1 前级放大电路的设计82.3.2 后级放大电路的设计92.3.3 音频功率放大电路92.4 三种方案的比较103.实现方案103.1 操作方案的原理图103.2 相应的说明103.2.1 原理说明103.2.2 元器件功能及说明113.3 电路的布线图114.调试过程及结论114.1 调试过程114.2 结论135.心得体会136.参考文献14本科生课程设计成绩评定表15音频功率放大器的设计1.技术指标根据所学的模拟电子技术基础的理论知识设计并制作一个音频功率放大器。其中要求输入信号Vi=10mV，频率f=1kHz，负载电阻=8时，输出功率=1W；根据要求我主要采用了运算放大集成电路和功率放大集成电路来构成了音频功率放大器。2.设计方案及其比较我使用运算放大集成电路和音频放大集成电路总共设计了三种设计方案来进行分析和比较，其中方案一和方案二的基本设计结构为： 图一 音频功率放大器基本设计结构a方案三的基本设计结构为： 图二 音频功率放大器基本设计结构 b 设计所需的元器件如下表所示： 表一 设计所需器件2.1 方案一2.1.1 运算放大电路的设计 由于输入的信号比较弱，我在音调控制前加了一个前置放大器，又进一步考虑到噪音等的影响，我使用了芯片为LF353集成运算放大器。根据设计要求,计算参数可得：所以我设计前端放大器放大倍的增益为2，及,后置功放的增益就为200，由此可得前置集成运放电路图如下： 图三 运算放大电路 a其中所用电源, 电阻经过前置放大器放大后可以得到，于是我得 到了下一级的输入。2.1.2 功率放大电路的设计由于实验室实验仪器的限制及要求，我这种方案采用的功率集成放大器芯片为LM386，此芯片的主要特点是：具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等，工作电压范围宽为4-12V或5-18V，电压增益可调范围为20-200。由2.1.1可得我需要功率放大器的增益为200，即:即在放大器LM386的引脚1和8之间加一个10uf的电容，便可得增益为200，所设计的电路图如图四所示： 图四 功率放大电路a2.1.3 音频功率放大电路 由2.1.1的运算放大电路及2.1.2的功率放大电路合可得音频功率放大器的电路图如图五所示： 图五 音频功率放大电路 a其中,，扬声器的电阻即负载电阻；总的增益为所以输出功率,满足要求。2.2 方案二2.2.1 运算放大电路的设计此方案的运算放大电路的设计与方案一的运算放大电路的设计一样，即由LF353集成运算放大器组成前一级放大电路，只是增益有所变化，增益为20，即由此可得电路图如图六所示： 图六 运算放大电路b其中,所以所以可得到下一级的输入。2.2.2 功率放大电路的设计 此部分我采用的是甲乙类互补功率放大电路，由2.2.1可得我需要设计的功率放的电路的增益为20。有前级放大电路输入的信号200mV,在经过T1管对信号进行放大，T1管选用的是3DG6三极管，它的放大倍数一般为1030，进而可以得到输出电压为2V6V，可满足我的需求，所以功率放大电路如图七所示： 图七 功率放大电路b2.2.3 音频功率放大电路 由2.2.1的运算放大电路及2.2.2的功率放大电路组合可得音频功率放大器的电路图如图八所示： 其中,，；输出功率而0.25W1W2.25W，所以可以满足要求。 图八 音频功率放大电路b2.3 方案三2.3.1 前级放大电路的设计此部分我采用的是用一个普通的集成运算放大器来对输入信号进行放大，增益为20，由此可得电路图如图九所示： 图九 运算放大电路c其中,增益由前级放大电路输出的信号。2.3.2 后级放大电路的设计 后级放大电路的设计和前级放大电路的设计相同，均采用普通的集成运算放大器进行对信号的放大，电路图如图十所示： 图十 运算放大电路d其中,增益。2.3.3 音频功率放大电路 由2.3.1的运算放大电路及2.3.2的功率放大电路组合可得音频功率放大器的电路图如图十一所示： 图十一 音频功率放大电路 c 由于所以输出功率，满足要求。2.4 三种方案的比较对三种方案进行仿真及进行实现比较可得： 三种方案均能达到设计的要求； 其中第一种方案的实现非常的简单，实验容易进行，电路比较容易理解，且所需的原件较为常见且便宜，能够尽可能的减小实验成本，而且这种方案的主要器件有自我保护的措施，能够更好的保护实验器件，减少不必要的损失；并且较为容易实现，结果也较为准确，受外界的干扰相对也较少。对第二种方案而言，当然也能达到设计的要求，但这种方案有很多不可避免 的地方，比如说三极管的放大倍数不确定，从而导致输出功率的不确定，而且电路也比较复杂，容易出错。而第三种方案来说，虽然能够较好的实现400倍的放大，但对音调（也可以说功率）没有较好的放大，从而可能导致声音的失真等问题的出现。三种方案比较来说，第一种方案是最好的，最容易实现及操作的，因此我选用了方案一来进行操作实现。3.实现方案3.1 操作方案的原理图我选用的是方案一来进行操作实现，原理图如图五所示。3.2 相应的说明3.2.1 原理说明 当输入信号后，由于输入的信号较小，所以前一级先对信号进行放大，使用的是一个LF353的同向运算放大器来对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入；而后一级是对经前一级放大了的电压进行功率放大，使用的是一个由LM386功率运算放大器及相应的元件所组成的功率放大电路；最后输出所需要的功率。3.2.2 元器件功能及说明LF353：是一个集成运算放大器，和相应的元器件组成运算放大电路，对输入信号的进行电压放大，从而满足后一级所需要的输入；还可以根据后一级的需要来调节相应的放大倍数。LM386：是一个集成功率放大器，和相应的元器件组成功率放大电路，对经前一级放大后的信号进行功率放大，根据需要，可在引脚1和8之间接入相应的元器件来调节放大倍数。LS1：是一个扬声器，负载为8，对输入的信号以较为直观的声音形式输出。3.3 电路的布线图电路的布线图如图十二所示： 图十二 电路布线图4.调试过程及结论 按布线图在面包板上连好电路后，然后进行调试。4.1 调试过程首先，我和组员一起再次认真的检查我们所连接的电路布线，确保无误后，在信号发生器上调节一个输入信号Vi=10mV，频率f=1KHz的输入，调节过程中在发生器上显示的只有频率，所以要用示波器来监测并峰值读出电压；调节发生器，使示波器上的峰值电压读数为10mV。调节好之后接入电路。调节出来的波形图如图十三所示： 图十三 输入信号的波形然后，用示波器监测输出，看在误差允许的范围内输出是否满足要求；我们组做的比较成功，接入信号后，监测到的波形较为接近设计的要求，即输出电压的有效值,输出功率,输出的波形如图十四所示： 图十四 输出信号的波形4.2 结论 经过调试后可得：我们组的设计在误差允许的范围内较为准确，输出信号达到了设计的要求，有效地将输入信号放大了将近400倍，使得输出电压的有效值,输出功率，所以此次音频功率放大器的设计较为成功。5.心得体会课程设计一个多星期以来，我体会颇深，主要是在整个过程中基本上都是自己独立完成，自己设计方案，和一个伙伴布线电路图，然后又是自己动手调试，让我的动手能力得到了很大的提高。开始时，自己结合所学的理论知识及查阅一些资料、以及老师给的设计要求认真的完成了三个设计方案。在方案设计的过程中，让我对课本知识得到了进一步的学习，对一些以前不是很清楚的理论知识也加深了理解和记忆，并能很好的把知识很好的运用，而在查阅资料时，对书上没有的一些知识也进行了补充，从而进一步完善了理论，让我能更好的加以运用了；而且对一些常用的芯片及器件有了一些了解，使我在今后的电路布线时能够更好的灵活应用，对我所学的理论知识和实际有了更好的联系，达到了学习的真正目的。在连接电路的过程中，虽然很清楚的知道设计的原理，但还是遇到了很多的问题，比如说线路连接短路等。从连接电路的过程中，让我学到了很多，也有很多的感悟及体会，原理看上去貌似很简单，想着也很容易实现，但是并不是我想象的那么简单，稍不留神就容易接错线，所以我学会了细心；从而让我对原理有了更切实际的理解，并能更好的加以应用；自己亲自动手去连接电路，让我的动手能力得到了进一步的提高。我还学会使用面包板，了解了里面的结构。让我体会到很多的东西想着看着都很简单，但当自己亲自动手去做时，就变得是如此的艰难。所以，今后应该多动手，只有自己动手做出来了，才算是真正的学会了，否则就丧失了学习的意义。在调试的过程中，我和我的组员一起分工合作，完成得很好，结果较为接近设计要求。从中体会到团队合作的力量和优势，有些事一个人单独完成很难，但有一个团队的时候，兴许就会很简单了。还有调试是一个细活，一定要认真细心的对待，不能有半点马虎。这一次的课程设计，让我深深地体会到什么事都要自己亲自动手去做一做才能真正体会当中的真谛，自己一定要认真地去思考、理解，方能让我们所学的理论知识得到充分的发挥。还有就是干什么事有一个团队很重要，能够让难的事情变得简单，能够让也许不能实现的事变成现实，因此一些事我们应该分工合作，是完成的效率更高。6.参考文献1吴友宇.模拟电子技术基础（第一版）.北京：清华大学出版社，2009.2童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，2009.本科生课程设计成绩评定表姓 名 性 别男专业、班级电信科1102班课程设计题目：音频功率放大器的设计课程设计答辩或质疑记录： 1.输入的信号的峰值最低只有50mV，而我需要的是10mV，应该怎样