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九江职业技术学院毕业论文 题 目： 数 显 MO S管 功 率 放 大 器 姓 名： 曹 沁 系 名： 电 子 工 程 系 专 业： 汽 车 电 子 技 术 班 级： 汽 车 电 子 0701 班 学 号： 20072751 指导教师： 李 伟 明 2010年 05 月 10 日目录摘 要2关 键 词2Summary2Key Words 2一、论分析与设计方案选择31、系统方案选择 152、总体设计思路 15二、各模块具体实现原理分析和说明2 （1）带阻滤波电路6（2）前置放大及滤波电路8（3）功率放大电路 11（4）采样电路 11（5）信号处理 11（6）显示部分 11（7）电源部分 113、软件流程 11 三、测试方案与测试结果 81、用到的仪器仪表 112、测试方法 113、测试数据 12四、总结14参考文献 18致 谢19附件：1、信号采集电路图19 2、电源供给功率测量电路193、信号处理电路194、单片机最小系统电路19数显MOS管功率放大器摘要低频功率放大器是目前普遍应用于音频放大上的一种放大器，本方案采用分立MOS管IRF640和IRF9640组成，分立元件功放的优点是可以对工作状态和性能进行逐级调整，具有通频带宽，负载能力强，高保真等优点。本设计的低频功率放大器同时还具有测量显示功率输出、电源供给功率和整机效率的功能。关键词： MOS管 低频功率放大器 功率输出 IRF640 SummaryThe low frequency power amplifier is to apply to VF amplification at present commonly go ahead one kind amplifier , the scheme adopt capital to stand separately MOS is in charge of IRF640 and IRF9640 composition , discrete component meritorious service readjust oneself to a certain extent merit is that the ability is strong , Hi-Fi waits for merit can carry out width , loads one by one step, adjusting , having band on duty and the function. The low frequency power amplifier designing that originally has the function measuring the power supplying and complete machine efficiency demonstrating the power output , power source at the same time. Keywords: MOS is in charge of low frequency power amplifier power output IRF640一、 理论分析与设计方案选择1、系统方案选择低频功率放大电路主要可以分为两部分，一是前置放大电路，另外一个是功率放大输出电路。其中前级放大部分基本上都是一样的，功率放大部分目前有以下三种方案可供选择：方案一：功率放大部分采用专用的集成MOS芯片功率放大器，采用专用的集成MOS功率放大器可以达到要求但是它的参数都是固定的，一旦使用便不可改变各级的参数和工作，不够灵活，成本较高。方案二：采用三极管为核心做功率放大电路，这种功放电路输出小，效率低，功耗大，很难满足题目要求。方案三：采用分立的MOS管做功率放大电路，分立元件低频功率放大器虽快被淘汰，但是由于分立元件低频功率放大器可对每级工作状态和性能逐级调整有很大灵活性和自由度，输出波形稳定性好，效率高，成本较低。经比较，决定采用分立的MOS管做功率放大电路。2、总体设计思路根据题目的要求，经过仔细分析，本设计题目按题意主要有三部分组成：前置放大器、功率放大器和功率测量显示。如何实现题目中要求的指标，关键在于对两级放大的设计和制作。另外还有测量显示功放输出功率和电源供给功率的电路。系统总框图如下：电源前置放大器功率放大器采样电路信号处理带阻/带通滤波电路显示单片机图-1 系统框图二、各模块具体实现原理分析和说明（1）带阻滤波电路 图-4 带阻滤波图-5 本系统设计的带阻滤波器用的芯片是UA741高增益运算放大器，功耗小，成本低。是一种普遍使用的高精度运放。输出端交流分析的数据参数的仿真图形如图-5所示，分析得到中心频率为50Hz，阻带频率范围为4060Hz，4555Hz时输出功率衰减大于6dB。电路中元件选择要通过计算实现,其中500KR11K C1=C3200PFR4=0.5R1 C1=C3 C2=2C1 品质因数 当 时 因为 （2）前置放大及滤波电路图-6集成运放的Vcc采用15V。对第一级A1要求在信号最强时，保证输出不失真。即要求输入最大为5mV，所以Av1 500/5100，取Av1100。第二级要求输出大于等于5V，在输入信号最小为500mV时，曾以为Av22.5/0.0735.7，取Av236。根据前面计算可确定各个电阻的值。电容C3和C4为耦合电容，由于运放同向放大器输入阻抗很高，所以可选用1-10uF电容。上面电路中包含了带通滤波电路，通频带可以达到8Hz60KHz，满足了题目要求。经过改进后已经大大降低了输入幅值达到了2mV输入，输出波形不失真。（3）功率放大电路题目要求在8电阻负载上，输出功率5W，本方案采用的是MOSFET功率管，具有激励功率小，输出功率大，输出漏极电流具有温度系数，安全可靠无需加保护措施，而且还具有工作频率高、偏置简单等优点。因此我们用MOSFET功率管设计功放电路既简单又方便。 图-7本方案采用的MOS管是大功率的对管IRF640和IRF9640组成的低频功率放大。调整电位器使两管的静态电流为15mA-20mA左右，即为正常工作状态。电路图如图-7所示。对参数做了一些改进后，最大输出功率达到了7.6W。 （4）采样电路采样部分共有4处，电流采样用的是霍尔传感器TBC25C04,它可以采集直流电流，功耗低，精度高。另外两路采集分是别对功率输出端的电压电流进行采样，其中电流用普通的交流互感器采集就行，电压直接采集功率电阻两端的电压。（5）信号处理信号处理部分主要是处理两路信号，一路是从电源采集出来的电压电流信号，用于计算电源总输出功率；另一路是对功率放大器输出端采集的电压和电流进行处理，用于计算低频功率放大器的输出功率。题目要求的是还要显示整机效率，整机效率就是用测出的功率放大器输出功率与电源供给功率的比值，经单片机计算可得出。电源功率输出数据采集数据采集信号处理图-8（6）显示部分显示模块有很多种，像LED数码管显示、LED点阵显示、LCD1602液晶显示等等，但是考虑到本题目要求显示有三部分，用数码管显示的话需要来回切换档位，而且数码管不能显示字符功耗也很大，综合考虑我们选用LCD12864显示，功耗小，单片机易控制，可同时显示供给功率、输出功率和整机效率，显示界面简单直观。方案选用AT89S52作为控制显示和计算数据的单片机，AT89S52一个低功耗，低成本，高性能CMOS 8位单片机。 （7）电源部分题目要求测量并显示电源的供给功率，而总体电路需要用双15V和5V电源，如果用常规的稳压电源就需要对四路电源输出进行电流采样，这样很浪费霍尔传感器，成本高，电路复杂。所以设计了一种串联式直流稳压电源，其5V输出串接在15V的稳压管后面，这样只需对15V电源进行采样就可以实现测量电源供给功率的目的，从而大大节省了成本，降低的整机的功耗。3、软件流程 初始化输出功率测量供给功率测量计算并显示输出功率计算并显示整机效率计算并显示供给功率开始图-10三、测试方案与测试结果1、用到的仪器仪表：a双踪示波器：YB4360 b频率计： YB3371c高精度万用表：Agilent 34401Ad多功能标准功率表（可测波形失真度）：WT-30202、测试方法：用万用表直接测量电源输出的电流和电压，然后计算出电源供给功率, 与液晶显示的电源供给功率进行比较求出误差。同样的方法可以测量出低频功率放大器的输出功率，从而求出误差。整机效率. 3、测试数据：功率测量误差及波形失真度测试输入频率(KHz )输出功率(W)供给功率(W)整机效率波形失真度(%)显示值（W）实际值（W）误差%供给功率(W)实际值（W）误差%显示值实际值误差104.90 5.00 3.00 14.90 14.23.40 0.3 0.34 0.05 0.11 5004.90 5.00 2.00 14.70 14.23.60 0.3 0.33 0.04 0.11 5K5.40 5.60 5.00 14.30 14.93.90 0.4 0.38 0.00 0.25 15K5.90 6.00 3.00 14.70 15.34.20 0.4 0.39 0.02 0.27 20K6.80 6.90 2.00 16.60 16.22.60 0.4 0.43 0.04 0.33 25K7.30 7.60 4.00 17.50 17.22.00 0.4 0.41 0.03 0.41 30K7.10 7.40 4.00 17.00 16.81.40 0.4 0.44 0.05 0.44 40K5.80 6.00 4.50 15.80 16.43.80 0.4 0.37 0.00 0.55 50K4.90 5.10 4.70 16.80 16.14.20 0.3 0.29 0.04 0.87 55K4.70 4.90 5.10 16.00 15.44.10 0.3 0.29 0.04 1.10 表1经测量分析以上数据可以看出功放输出功率、电源供给功率和整机效率的测量误差均小于5%,在允许误差范围内。功率放大器在10Hz50KHz的通频带中波形基本上不失真，失真度小于1%。满足题目扩展部分的要求。四、总结 在紧张的四天三夜的比赛中，三个人齐心协力共度难关，在刚刚开始就遇到了不少问题，感觉很仓促，我们准备的也不够充分，但是我们还是加班加点把总的系统在规定时间内完成了，而且把题目的扩展部分也完成了。因比赛时间有限，该系统还有许多值得改进和优化的地方。大家共同的感觉就是这一个暑假的实验室训练比在学校三年学的东西都多。再次感谢相关单位给学生组织了这场电子大赛！ 参考文献部分1 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(19941999).北京：北京理工大学出版社，2003. 2 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训教程.北京：电子工业出版社，2007. 3 陶春鸣.单片机实用技术 北京：人民邮电出版社，2008年4月第一版. 4胡宴如.模拟电子技术 北京：高等教育出版社，2006. 5 NE5532 DatasheetJ/OL.WWW..2002.致 谢本论文的完成，得益于九江职业技术学院老师传授的知识，使本人有了完成论文所要求的知识积累，更得益于李伟明老师从选题的确定、论文资料的收集、论文框架的确定、开题报告准备及论文初稿与定稿中对字句的斟酌倾注的大量心血，在此对李伟明老师表示感谢！ 这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开您的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我们这个新的实验室 感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。但愿远大家平平安安，快快乐乐，顺顺利利，也愿离开我们寝室的同学开开心心。我们在一起的日子，我会记一辈子的。 感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完 成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的 谢意！附件： 1、信号采集电路图： 2、电源供给功率测量电路： 3、信号处理电路4、单片机最小系统电路主程序： START:MOV SP,#6FH MOV PSW,#00H MOV P0,#0FFH LCALL LCDINT ;LCD初始化程序 LCALL YDELAY LCALL DISP_0 ;主屏显示,初始化显示 SETB PSB SETB RST SETB CS MOV 50H,#0E8H MOV 51H,#03H ;F X 1000显示 MOV 52H,#64H MOV 53H,#00H ;OUT 的乘数 MOV 40H,#40H MOV 41H,#1FH ;OUT 的除数 MOV 42H,#0DCH MOV 43H,#05H ;IN 的乘数 MOV 44H,#0ACH MOV 45H,#3FH ;IN 的除数 STA: MOV 30H,#00H MOV 31H,#00H MOV 36H,#00H