模拟电路课程设计报告-2

-10-模拟电路课程设计报告设计课题：OTL音频功率放大器专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：2012年12月30日目录一、设计任务与要求………...2二、方案设计与论证….……..2三、单元电路设计与参数计算……..……….3四、总原理图及元器件清单……………..….8五、安装与调试………………9六、性能测试与分析………….10七、结论与心得……………….11八、参考文献………………….11设计一OTL音频功率放大器一、设计任务与要求1.设音频信号为vi=10mV,频率f＝1KHz;;2.额定输出功率Po≥2W；3.负载阻抗RL=8Ω；失真度γ≤3%；5.用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源。二、方案设计与论证方案一、图1音频功率放大器组成框图前置放大电路音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。可由两个集成运放构成，要选择低噪声、低漂移的集成运算放大器。对于前置放大器的另外一要求是要有足够宽的频带，以保证音频信号进行不失真的放大。音调控制电路音调控制电路的主要功能是通过对放音频带内放大器的频率响应曲线的形状进行控制，从而达到控制放音音色的目的，可以用负反馈式放大电路。功率放大电路功率放大器的作用是给音响放大器的负载（一般是扬声器）提供所需要的输出功率。可用分立元件晶体管组成的功率放大器；也有采用集成运算放大器和大功率晶体管构成的功率放大器。方案二、先用uA741进行放大，放大倍数调为1~5倍，然后对LM386进行放大，可在1和5号脚之间用可调电位器调节，放大倍数小于20倍。方案三、先用uA741进行放大，放大倍数调为1~5倍，然后对LM386进行放大，在1和8号脚之间接一个电位器和一个电容，使其放大倍数在20~200倍。根据实验要求，最后输出功率要≥2W，Po=Uo^2/RL,RL=8Ω，又Po≥2W，所以的Uo≥4V，而最大不失真电压为LM386输出的最大不失真电压Uom=Vcc/2，而我们设计的直流电压源输出电压为12v，所以Uom=12/2=4.24V，4.24>4，所以能达到要求。设计要求输入Ui=10mv，即要求放大倍数大于400倍，但是LM386的最大放大倍数为200倍，远不能实现，所以在LM386之前要用uA741进行放大。通过对比，方案一中用的器件多、电路图多，操作比较困难，故不可选。方案二中用的第二级的放大倍数小于二十倍，对第一级要求高，也不可选。而方案三中LM386在1和8号脚之间接一个电容和一个电位器，放大倍数在20~200倍，因而降低了对uA741的调节要求，只要uA741的放大倍数大于两倍即能满足设计要求，这样操作起来更方便，器件也比方案一用的少。在实际电路中，方案三第二级放大倍数不可能达到200倍，所以再加一个1K的电位器来调节其放大倍数，在第一级与第二级之间接一个10uF的电容以稳定第二级的静态工作点因此选择方案三。三、单元电路设计与参数计算1.用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源，其方框图如图3所示图3直流稳压电源方框图波形转换如图4图4波形转换图电路原理图如图5图5直流电源电路图（1）变压：用变压器（220~15的变压器）将交流220V变为副边电压U2=15V;(2)整流部分：将交流变为直流的过程（单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压U2的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变）用桥式整流法对交流进行整流，（用IN4007二极管）整流后电压Uo1=0.9U2=13.5V;(3)滤波部分：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。（电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑）用大电容（3300uf的电解电容），因为设计中要求输出正负12V，所以要用两个大电容，滤波之后电压为UO2=1.2U2=18V;（4）稳压部分：分别用W7812和W7912进行稳压。将电压稳定在正负12V,要注意对稳压块的保护，故安装保护二极管，最后的输出部分应装发光二极管，观察电路是否导通；在稳压二极管所组成的稳压电路中,利用稳压管所引起的电流调节作用,通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿,来达到稳压的目的。图6uA741的引脚及连接示意图LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗小，电压增益可调节，电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中图7LM386内部电路LM386内部电路原理分析第一级电路为T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；信号从T3和T4管基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路，它可以使单端输出电路的增益近似等于双端输出电路增益。第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。电路由单电源供电为OTL功放电路。输出端应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与R5和R6构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。LM386的电压放大倍数当引脚1和8之间开路时Uf=UR5+UR6≈Ui放大电路用电流源作为有源负载,双入单出电压放大倍数与双入双出相同.2.当引脚1和8之间外接电阻R时3.当引脚1和8之间对交流信号相当于短路时4.在引脚1和5之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数电压放大倍数可以调节，调节范围为20~200。图8LM386引脚图OTL音频功率放大器电路图为方案三的图根据实验要求Po≥2W,Po=Uo^2/RL其中RL=8Ω得出Vcc=11.314V,取正负12V直流电源输入电压有效值Uim=(Vcc/2√2)/Au=10mv得出Au=424.26而LM386的最大放大倍数为200倍，因而需要用uA741先放大，用方案三LM386放大倍数在20~200倍之间，通过调节电位器来满足设计要求，前面用uA741放大，放大倍数大于两倍，总放大倍数最大为不大于424倍，但要在400~424倍之间。对于uA741的同相比例运算电路来说，R1和R2取一样的数值，由于放大倍数Auf需要达到2倍以上，取R1=R2=1K,所以Rf的取值可以取2K以上，把它取为10K使之可以调节，可以通过调节电位器来改变放大倍数。对于LM386来说，引脚7与地之间接旁路电容，通常取10uF，在引脚1和8之间也取10uF，对于引脚5输出的那个大电解电容，由于公式f=1/(2πRC)，其中π=3.14、R=8Ω、f=80Hz,得出C=248.8057uf,为了确保频率要大于80Hz，即电解电容仅需大于250uF即可，但是市场上对于250uF的供给很少，所以此电路用了一个220uF的电容和一个47uF的电容并联上去，在引脚6那里接一个0.1uF的电容接地，对于引脚1和引脚8处的电阻选择则由四、总原理图及元器件清单1、OTL音频功率放大器图图10OTL音频功率放大器图2．元件清单表1直流稳压电源器件元件序号型号主要参数数量备注（单价/元）R1定值电阻1K20.1C1耐压值35V3300uF21.5C2耐压值50V0.1uF20.1D1IN4007耐压1000V,电流1A60.1D2发光二极管1.5V~2V10~20mA20.3保险丝管10.06变压器220V~15V110稳压器件W7912输出电压-12V输出电流100mA11.2表2OTL音频功率放大器器件元件序号型号主要参数数量备注（单价）R1定值电阻1K20.1R2电位器10K11R3定值电阻10欧10.1R4电位器1K11C1耐压值50V10uF30.2C2耐压值50V0.1uF30.1C3耐压值50V47uF20.5电路板（中）12集成功率放大器LM386电压增益26~46dB11集成运放uA74131扬声器DH85W14五、安装与调试 1.元件的安装

即根据电路图正确地焊接好电路板，焊接时特别注意电容的正负和二极管的正负，布局应该合理。

2.直流稳压电源的调试接通电路，用万用表测+Vcc和-Vcc

测得+Vcc=11.85V-Vcc=12V7812两端电压9.2V7912两端电压-9.1V

3.静态工作点的调试正确连接电路用万用表测uA7416号脚对地的电压U6Q和LM3865号脚对地的电压

元月3、4号进入了实验室调试了自己焊的电路板，发现问题较多，改进了几次才算成功，测得LM386的为5.9V，uA741的为9.8V.

4.输入信号后的调试调节电位器，看波形的变换情况和数字毫伏表的示数六、性能测试与分析

（一）直流电源部分

测试值输出电压+Vcc=11.85V,-Vcc=-12V

7812两端电压9.2V7912两端电压-9.1V

理论值+Vcc=12V–Vcc=-12V相对误差（12-11.8）/12×100%=1.7%

（12-12）/12×100%=0（二）功能部分

静态

uA741U6Q=9.8V

LM386U5Q=5.9V

动态

1.输入电压Ui=10.02mV

2.uUA741输出电压Uo1=22.52mV

3.LM386最大不失真电压Uom3.68V

理论值为

静态

uA741U6Q=Vcc=（11.85+12）/2×100%==11.925V

LM386U5Q=Vcc/2=5.9625V

动态

LM386最大不失真电压Uom=Vcc/2√2)=4.21V输出最大功率Po=Uom２/RL=3.68*3.68/8=1.6928W<2W放大倍数Au应该大于400倍误差分析:1.所用仪器的数值不是标准值，如电阻和电容，造成误差

2.读数不准确造成

3.焊接电路板导线太长及焊点不光滑造成，焊电路板不够熟练

4.计算时省略产生误差

5.信号发生器不稳定产生误差6.自己做的直