OTL音频功率放大器--模电课设报告.doc

1 课程设计说明书课程设计说明书 课程设计名称：课程设计名称： 模拟电路模拟电路课课程程设设计计 课程设计题目：课程设计题目： OTLOTL 音频功率放大器音频功率放大器 学学 院院 名名 称：称： 南昌航空大学信息工程学院南昌航空大学信息工程学院 专业：专业： 通信工程通信工程 班级：班级： 学号：学号： 姓名：姓名： 评分：评分： 教师：教师： 20132013 年年 3 3 月月 1313 日日 2 模拟电路 课课程程设设计计任任务务书书 2020121220201313 学年第学年第 2 2 学期学期 第第 1 1 周周 3 3 周周 题目题目OTL 音频功率放大器音频功率放大器 内容及要求内容及要求 一、设计要求一、设计要求 1. 设音频信号为设音频信号为 vi=10mV, 频率频率 f1KHz。2.额定输出功率额定输出功率 Po2W； 3.负载负载 阻抗阻抗 RL=8； 4.失真度失真度 3% 进度安排进度安排 第第 1 1 周：查阅资料，到机房学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真；周：查阅资料，到机房学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真； 第第 2 2 周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计；周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计； 第第 3 3 周：检查设计结果、撰写课设报告。周：检查设计结果、撰写课设报告。 学生姓名： 指导时间：周一、周三、周四下午指导地点：E 楼 311 室 任务下达2013 年 2 月 25 日任务完成2013 年 3 月 15 日 考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它 指导教师 系（部）主任 3 摘摘 要要 功率放大器的作用是给音响放大器的负载提供一定的输出功率。当负载一定时， 希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。如 今功率放大器常见的是 OTL 和 OCL 电路。本文设计的是一个 OTL 音频放大器，该 放大器采用 LM386 芯片，确保功率大于 2W，并减少失真。 关键词：关键词：OTL 功频放大电路，交越失真，输出功率功频放大电路，交越失真，输出功率 4 目录目录 第一章第一章 设计任务设计任务.5 1.1 课设题目.5 1.2 设计内容与要求.5 第二章第二章 电路设计原理电路设计原理.5 2.1 电路原理.5 2.2 设计思路.5 2.3 OTL 功放各级的作用和电路结构特征.6 2.4 功放计算过程.7 第三章第三章 安装与调试安装与调试.8 3.1 电路调整与测试.8 3.2 通电观察.8 第四章第四章 仿真结果与说明仿真结果与说明.9 第五章第五章 结论结论.10 第六章第六章 参考文献参考文献.10 附录附录 元器件清单元器件清单.11 LM386 的特性.11 UA741 的特性.12 5 第一章第一章 设计任务设计任务 1.1 课设题目课设题目 OTL 音频功率放大器 1.2 设计内容与要求设计内容与要求 1.设音频信号为 vi=10mV, 频率 f1KHz。 2.额定输出功率 Po2W 3.负载阻抗 RL=8 4.失真度 3% 第二章第二章 电路设计原理电路设计原理 2.1 电路原理电路原理 LM386 是一种音频集成功放，LM386 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优点。当一个 10mv，10kHz 的小信号输入到 电路中时，先进过 UA741 的一级放大，再输入到二级电路中经 LM386 放大，得到 想要的信号。当电源电压为 12v 时，在 8 欧姆电阻的负载情况下，可提供几百 mw 的功率，可达到设计要求。同时，电路中特定的电容和电阻够成了一个选频网络， 筛选了不合格的信号，之后调节滑动变阻器，得到合适的信号并在示波器上显示出 来。 6 2.2 设计思路设计思路 功率放大器的作用是给负载 RL 提供一定的输出功率。当 RL 一定时希望输出功 率尽可能的大，输出信号的非线性失真尽可能的小，且效率尽可能的高。 由于 OTL 电路采用的是直接耦合方式，为了保证电路的工作稳定，必须采取有效 措施抑制零点漂移。为了获得足够大的输出功率驱动负载工作。故需要有足够大的 电压放大倍数。因此性能良好的 OTL 功率放大器应由输入级，推动级和输出级等组 成部分 2.3 OTL 功放各级的作用和电路结构特征功放各级的作用和电路结构特征 1) 输入级：主要是抑制零点漂移，保证电路工作稳定同时对前级，音调控制级， 传来的信号作低失真，低噪音放大。为此采用带恒流源由复合管组成的差分放大电 路，切设置的静态偏置电流较小。 2) 推动级：推动级的作用是获得足 够高地电压放大倍数以及输出级提供足够大的驱动电流。为此采用带集电极有源负 载的共射放大电路，切静态偏置电流比输入入级大。 3) 输出级：输出级的主要作用是为负载提供足够大的输入信号功率。可采用由复合 管构成的甲乙互补对称功放的准互补功放电路。 1）实验原理图： 7 2）实物图： 2.4 功放计算过程功放计算过程 欲使 Po=2w , UoUom=Po*R(L), R(L)=8 所 以 Uo=4v , 2.2Uom=Vcc 有 8 Vcc=12 Uom=4.24v 4.244 满足设计要求 Ui=10mv Au=Uom/Ui=4.24v/10mv=424 即 Au=400 对 LM386 来说最大的放大 倍数为 200 倍，无法满足 400 倍的设计要求，故需在 LM386 前面串一个 ua741。 Aumax =424 ua741 放大的倍数为 2 倍左右， 取 R1=1k, Au1=2, Au1=Rx/R1=2 Rx 用 5K 的电位器 取 C1=C5=10uf C2=0.1uf C3=0.05uf 521RCf C5=250uf 综上所述，电路符 合要求。 第三章第三章 安装与调试安装与调试 3.1 电路调整与测试电路调整与测试 根据理论，利用调试时间，在焊电路板之前，按照电路图在试验箱上连线做实验， 成功后就进行了电路板的焊接。焊接后，进了实验室调试了多次，直流电源部分因 为之前其完成测试，所以在课程设计的调试中对直流源的测试就相对少了用万用表 测出电压分别为 11.7V 左右。对功能部分前几次调试，均不成功，输出的电压达不 到设计要求，随后重新焊接了一块电路板，测试时测出 741 的 U6Q=11.68V,而 LM386 的静态输出电压为 5.89V，真实的最大不失真输出电压为 3.76V. 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。在电路调整与测试的应注意的问题较多. 通电前的检查通电前的检查 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。在检查电路引脚间的有无短路的时候出现了不少 的问题。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。 （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 9 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。 (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。 3.2 通电观察通电观察 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。 第四章第四章 仿真结果与说明仿真结果与说明 1)前置放大级信号输出： 芯片 UA741的输出信号：幅度：200Mv;频率：5000Hz；实验是先从输入端输入10mv 的正弦波，经过第一级放大电路，放大至200mv，充分利用了芯片的放大作用，得 到了合适的信号。 2）负载端信号输出： 10 负载上的信号：幅度：7v;频率：10KHz； 经过 UA741的放大，向第二级放大电路输出了合适的正弦信号，经过滤波、选频， 负载端输出了7v 的信号，达到了实验效果 第五章第五章 结论结论 本设计还可以选择其它集成块来完成.例如，选用 TDA2030 来完成此实验。 TDA2030 和 LM386 一样是音频集成功放，同样可以实现同样的功能。 通过这次开放性实验，我学会了制作电路，熟练了电路焊接方法以及掌握调试 方法与测试参数，同时还提高了我们的动手能力和测试技术能力。 在此次试验中遇 到一些困难，比如有一些元器件不能买到，我只能用其他元件代替，或买的与要求 的参数稍有偏差，致使好多参数达不到要求。 LM386 的一号脚和八号脚之间即使 不接电阻也很难达到 200 倍的放大要求，所以当要放大倍数大时，一般选择在 LM386 之前接个 ua741 一起来调节放大倍数。本实验时 LM386 的一号脚与八号脚 之间接个电位器来调节电压放大倍数确保放大倍数的可调。 静态工作点得调试一 定要合理，否则后面的是要内容就很难达到设计要求。一开始调试时静态工作点没 达到要求所以后面的设计要求也就无法达到要求。后面调整电路后静态工作点达到 要求后，后面的要求也就基本上就满足了关键点还是静态工作点。 电路的布局要合 理。电路板中的线如果过长的话，容易产生自激振荡。所以布局一定要合理不让 其产生子激振荡。 11 第六章第六章 参考文献参考文献 1.童诗白, 华成英， 模拟电子技术基础, 北京： 高等教育出版社 2.毕满清， 电子技术实验与课程设计, 天津： 机械工业大学出 版社 3.谢自美, 电子线路设计、试验、测试第二版， 湖南：华中理工 大学出版社 4. 李万臣， 模拟电子技术基础与课程设计 ， 哈尔滨：哈尔滨工 程大学出版社 5. 张友汉， 电子线路设计应用手册 ， 福建：福建科学技术出版社 6. 陈兆仁， 电子技术基础实验研究与设计 ， 北京：电子工业出版社 7. 康华光， 电子技术基础.模拟部分（第五版） ， 北京： 高等教育出 版社 附录附录 元器件清单元器件清单 元件清单： 器件数量（个）器件数量（个） 函数信号发生器 1 100nf 电容 3 直流稳压电源 1 5.1k 电阻 1 UA741 芯片 1 10k 电阻 1 LM386 芯片 1 10k 电阻 1 10uf 电容 3 5.1k 电位器 1 47uf 电容 2 1k 电位器 1 12 LM386 的特性的特性 LM386 的外形和引脚的排列如上图所示。引脚 2 为反相输入端，3 为同相输入端；引 脚 5 为输出端；引脚 6 和 4 分别为电源和地；引脚 1 和 8 为电压增益设定端；使用 时在引脚 7 和地之间接旁路电容，通常取 10F。 静态功耗低,约为 4mA,可用于电池 供电。 工作电压范围宽,4-12V or 5-18V。 外围元件少。 电压增益可调, 20-200。 低失真度。 LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应 用于低电压消费类产品。为 使外围元件最少,电压增益内置为 20。但在 1 脚和 8 脚 之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至