功率放大电路.doc

广东海洋大学广东海洋大学 模拟电子技术课程设计报告模拟电子技术课程设计报告 题 目 实用低频功率放大器 设计人员 林广海 仿真与实验 其他组员 李瑞龙 林天贵 学 号 201611911516 班 级 电科 1165 指导教师 徐国保 日 期 2017 12 11 12 15 一 一 课题名称 课题名称 实用低频功率放大器 二 设计任务与要求二 设计任务与要求 一 基本要求 一 基本要求 1 在放大通道的正弦信号输入电压幅度为 5 700 mV 等效负电 阻 RL 为 8 下 放大通道应满足 额定输出功率 POR 2W 带宽 BW 50 10000 Hz 在 POR 下的效率 45 2 自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源 二 一般要求 二 一般要求 1 综合运用电子技术课程中所学的理论知识完成课程设计 2 通过查阅手册和文献资料 提高独立分析和解决实际问题的能力 3 熟悉常用电子器件的类型和特征 并掌握合理选用的原则 4 学会电子电路的分析 调试及安装技能 5 进一步熟悉电子仪器的正确使用 三 方案选择与论证三 方案选择与论证 本次实验的系统原理框图如下 本次实验的系统原理框图如下 外供正弦 信号源 弱信号前置 放大电路 功率放大 电路 自制稳压 电源 8 欧姆 负载 其中前置级主要完成小信号的电压放大任务 功率放大级则实现对 信号的电压和电流放大任务 直流稳压电源部分则为整个功放电路 提供能量 由于方波中含有丰富的高次谐波分量 波形变换电路提 供方波 可通过对方波信号的测试来检验功放的转换速率 失真度 效率等指标 保护电路可以有效地保护负载不过载 对功率放大器 也有一定的保护作用 该系统是一个高增益 高保真 高效率 低噪声 宽频带 快响应 的音响与脉冲传输 放大兼容的实用电路 下面对每个单元电路分 别进行论证 1 1 弱信号前置放大电路弱信号前置放大电路 方案 弱信号前置放大电路可以采用集成运算放大器构成的前置放大 器 也可以采用专用前置放大器 IC 构成 从经济方面考虑本设计采 用的是集成运算放大器方案 符合低噪声 高保真 高增益 快响 应 宽带音响集成电路的集成电路有 LF347 LF353 LF357 LF356 0P 16 OP 37 M5212 LM5213 LLM1875 TDA1514 NE5532 NE5534 等很多 本系统设计选用 NE5532 因为同众多的运放相比 NE5532 具有高精 度 低噪音 高阻抗 高速 宽频带等优良性能 被称为 运放之 皇 这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能 较宽 的带宽能保证信号在低 中 高频段均能不失真输出 使电路的整 体指标大大提高 在该实验中 为简化电路结构 我们采用 NE5532 反相比例放大电路 来实现对输入电压的放大 2 2 功率放大电路 功率放大电路 方案一 功率放大输出级采用分立元件构成的 OCL 电路 驱动级采 用集成芯片 整个功放级采用大环电压负反馈 如果电路选择得好 参数选择恰当 元件性能优良 设计和调试的好 则性能也很优良 在分立元件组成功率放大电路中由三极管 二极管 电阻 电容等 器件组成的核心电路 提供了自由调整的余地 但分立元件组成的 功率放大电路只要其中一个环节出现问题 则性能会低于一般集成 功率放大电路 而且为了不致过载 过流 过热等损坏元件 需要 加以复杂的保护电路 方案二 采用 OTL 功率放大器 该放大器采用 TDA2030 音频放大器 芯片 TDA2030 音频放大器电路是最常用到的音频功率放大电路 TDA2030 是高保真集成功率放大器芯片 输出功率大于 10W 频率响应 为 10 1400Hz 输出电流峰值最大可达 3 5A 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 采用正输出单电源供电 最终方案 最终方案 根据题目设计要求 可供选择的功率放大器可由分立元件组成 也 可由集成电路完成 集成功率放大电路成熟 低频性能好 内部设 计具有复合保护电路 可以增加其工作的可靠性 尤其集成厚膜器 件参数稳定 无须调整 信噪比较小 而且电路布局合理 外围电 路简单 保护功能齐全 还可外加散热片解决散热问题 所以通过 各方面的比较 本实验的功率放大部分决定采用方案二 四 方案原理图四 方案原理图 弱信号前端放大电路图 弱信号前端放大电路图 U1A NE5532IP 3 2 48 1 R1 10k R2 10k R3 100k VEE 12V VCC 12V XFG1 COM XSC1 A B Ext Trig 电路详解 该电路的输入端是最左边的 R1 电阻 输出端是集成运放 NE5532 的 端口 反馈网络由 R3 和 R1 构成 在该放大电路中 电 压增益取决于 R1 与 R2 图中的信号发生器和示波器主要是用来检 测 电路设计是否达到要求 测试结果如下图所示 经过 Multisim 仿真测试 电压增益 Au 10 可以达到预期的设计效 果 功率放大电路图功率放大电路图 U1 TDA2030 1 2 35 4 R1 22k C1 22 F C2 22 F R2 680k VCC 12V VEE 12V D1 1N4001GP D2 1N4001GP R3 22k XFG1 COM XSC1 A B Ext Trig R4 1k C3 0 22 F R5 8 HB1 前前置置放放大大 IO1IO2 XMM1 XMM2 电路详解 如图所设计的电路 在一般实际的音响功放中 会有两 个如上图所示的相同结构 它们构成镜像接法 即所谓的双声道结 构 在本设计中 为方便模拟运行 只采用单声道模式 电路由正 负 12V 直流电源供电 信号的输入端是最左边的 22uF 电解电容 输出部分是最右边的 R5 8 欧姆负载 电路整体可以理解为采用 集成件的 OCL 电路 经测试相关的数据如下 经 Multisim 仿真测试 带宽 BW 50 10000 Hz 电压幅度较低时 效果良好 无失真现象 但电压幅度达到 700mV 时 信号稍微出现 底部和顶部失真现象 未能达到理想效果 额定输出功率 P 0 59A 4 73V 2 8W 2W 符合要求 自制稳压电源 自制稳压电源 D1 1B4B42 D2 1B4B42 C1 4700 F C2 4700F C3 4700F C4 4700F U1 LM7818CT LINEVREG COMMON VOLTAGE U2 LM7912CT LINEVREG COMMON VOLTAGE C5 100 F C6 100F C7 0 1 F C8 0 1F U3 2 XFG1 COM XSC1 A B Ext Trig 直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量 根据以上设计的前 置放大级电路和功率放大级电路的要求 需要稳压电源输出的两种 直流电压即 12V 因三端稳压器具有结构简单 外围元器件少 性 能优良 调试方便等显著优点 本设计中采用三端稳压电路 电源 经 4700uF 电解并并上 1uF 电容依次滤掉各种频率干扰后输出 输出 电压直流性能好 实测其纹波电压很小 主要元件列表 主要元件列表 弱信号前置放大电路 弱信号前置放大电路 1 NE5532 小信号带宽 10MHZ 输出驱动能力 600 10V 有效值 输入噪声电压 5nV Hz 典型值 直流 电压增益 50000 交流电压增益 2200 10KHZ 功率带宽 140KHZ 转换速率 9V s 大的电源电压范围 3V 20V 单位增益补偿 功率放大电路 功率放大电路 1 TDA2030 外接元件非常少 输出功率大 Po 18W RL 4 采用超小型封装 TO 220 可提高组装密度 开机冲击极小 内含各种保护电路 因此工作安全可靠 主要保护电路有 短路 过热 地线偶然开路 电源极性反接 Vsmax 12V 负载泄放电压反冲等 2 1N4001 自制稳压电源 自制稳压电源 TRANSFORMER CT RATED 1B4B42 LM7818 LM7812 五 电路调试五 电路调试 整个系统在调试时 分部分调试 首先是前置放大电路的调试 然 后是功率放大器的调试 出现的问题解决后再进行稳压电路的调试 经过日日夜夜的调试论证 由于各种的原因 我们所设计的这个方 案还是有诸多的问题 在一些细节方面没能达到要求 遇到的问题 有 1 输入信号波形失真 2 输入频率和输入电压过高出现仿真错误 3 有些元件在 Multisim 没能找到 4 地线的不当处理对实验结果影响很大 六 收获体会六 收获体会 在没有经过期末洗礼的现在让我去设计调试一个功能比较完整的电 路图真是太折磨人了 在我们的小组中 我是负责调试哪一块的 模电基础不好的我刚开始还真是没一点的头绪 自能按着同伴给出 的电路图在 Multisim 把各个组件拼接在一起 然后运行进行模拟 然而发现行不通 还是得参考各种资料 把电路图中各个元件的作 用琢磨个遍 然后边模拟 边和组员讨论如何解决遇到的问题 整 套过程下来 起码对模电的基础知识有