低頻放大器研究性能 畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 低頻功放的性能研究 年 月 日 摘 要關(guān)鍵詞： abstractkeyword: 引言第一章 緒論1.1課題研究背景低頻功率放大器在家電、數(shù)碼產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，與我們?nèi)粘Ｉ钣兄芮嘘P(guān)系。隨著生活水平的提高，人們越來越注重音質(zhì)的享受。在大多數(shù)情況下，增強(qiáng)系統(tǒng)性能，如更好的聲音效果，是促使消費(fèi)者購買產(chǎn)品的一個(gè)重要因素。低頻功率放大器作為音響等電子設(shè)備的后級(jí)放大電路，它的主要作用是將前級(jí)的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大以推動(dòng)負(fù)載工作，獲得良好的聲音效果。同時(shí)低頻功率放大器又是音響等電聲設(shè)備消耗電源能量的主要部分。因此實(shí)用、簡潔、低價(jià)格是低頻功率放大器的發(fā)展方向。低頻功率放大器是

2、一個(gè)技術(shù)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無論從線路技術(shù)還是元器件方面都取得了長足的進(jìn)步。隨著科技的不斷發(fā)展，一開始是電子管功率放大器，發(fā)展到現(xiàn)在的集成功率放大器，它經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段：電子管功放、晶體管功放、集成功放。 1906年美國人德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開創(chuàng)了人類電聲技術(shù)的先河。1927年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了負(fù)反饋技術(shù)后，使音響技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，比較有代表性的如威廉遜放大器，較成功地運(yùn)用了負(fù)反饋技術(shù)，使放大器的失真度大大降低，到50年代電子管放大器的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)高潮時(shí)期，各種電子管放大器層出不窮。60年代晶體管的出現(xiàn)，使廣大音響愛好者進(jìn)入了一個(gè)更為廣

3、闊的音響天地。晶體管放大器具有細(xì)膩動(dòng)人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)。在60年代初，美國首先推出音響技術(shù)中的新成員-集成電路，到了70年代初，集成電路以其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、體積小、功能多等特點(diǎn)，逐步被音響界所認(rèn)識(shí)。70年代的中期，日本生產(chǎn)出第一只場效應(yīng)功率管。由于場效應(yīng)功率管同時(shí)具有電子管純厚、甜美的音色，以及動(dòng)態(tài)范圍達(dá)90db、thd0.01%（100khz時(shí)）的特點(diǎn)，很快在音響界流行。現(xiàn)今的許多放大器中都采用了場效應(yīng)管作為末級(jí)輸出。 功放有很多種分類方法，按所用放大器件來分類，可分為晶體管式功率放大器（包括場效應(yīng)管功率放大器）、電子管式放大器、集成電路功率放大器（包括厚膜集成功率放

4、大器），目前是以集成電路式功率放大器和晶體管為主，但是電子管功率放大器也占一席之地，它俗稱為膽機(jī)，離散性極小，產(chǎn)品的穩(wěn)定性很高，特別是由于它的工作機(jī)理，使得音色很溫柔很有磁性，很富有人情味，從而成為重要的音響電路形式。當(dāng)前伴隨著高保真立體聲的普及，許多功放也應(yīng)用到了高保真技術(shù)。它是指音頻電聲系統(tǒng)及設(shè)備以及部件保持聲音信號(hào)原本面貌的能力。對(duì)普通家庭音響裝置只要低音渾厚、豐滿，中音要堅(jiān)實(shí)有力，高音要清脆明亮，從而能夠使聽者感到滿意就認(rèn)為達(dá)到了高保真要求。然而，高保真包括對(duì)音高、音強(qiáng)、音色以及臨場感、混響感等復(fù)雜音質(zhì)狀態(tài)的保持能力，也不排除對(duì)聲音進(jìn)行加工美化。從而就對(duì)電路設(shè)計(jì)、元件性能提出了更高要求

5、。 電子管電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試比較簡單，但缺點(diǎn)是電源變壓器、輸出變壓器繞制工藝麻煩，耗電大、體積大、而且有一定使用期限，因而實(shí)際使用中有很多的局限性。如今大功率晶體管的種類很多，優(yōu)質(zhì)功放電路層出不窮，因此應(yīng)用最廣泛的形式是晶體管功率放大器。如今科研人員發(fā)明出很多優(yōu)質(zhì)新型電路使功放諧波失真能夠降低到0.05%甚至更低。場效應(yīng)管很有發(fā)展前途，它有很多特性比如動(dòng)態(tài)范圍大、負(fù)溫度、噪聲小，音色與電子管相似，保護(hù)電路很簡單。場效應(yīng)管的生產(chǎn)技術(shù)有很大的發(fā)展?jié)摿?，場效?yīng)管放大器有更為強(qiáng)大的生命力。因?yàn)榧呻娐芳夹g(shù)快速發(fā)展，集成電路的功率放大器也大量出現(xiàn)，制作工藝以及各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到很高水平，它突出的特點(diǎn)是性能

6、優(yōu)越、電路簡單、體積小、保護(hù)功能齊全等等。因?yàn)楹芏鄷r(shí)候主機(jī)額定輸出功率不能夠完全勝任帶動(dòng)整個(gè)音響系統(tǒng)的任務(wù)，所以就要在主機(jī)及播放設(shè)備之間安裝功率放大器用來補(bǔ)充所需功率缺口，功率放大器在整個(gè)系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的交通樞紐作用，在一定程度上決定著整個(gè)系統(tǒng)能不能提供優(yōu)秀的音質(zhì)輸出?，F(xiàn)如今功率放大器不僅是消費(fèi)產(chǎn)品(音響)中不可缺少的裝置,并且還廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中。當(dāng)前市上集成功放產(chǎn)品價(jià)格很低并且種類很多,典型的有l(wèi)m1875、tda1514，此類低頻功率放大器體積小、保護(hù)功能齊全、性能優(yōu)越、易制作易調(diào)試，且外圍電路簡單?；谀壳把芯楷F(xiàn)狀，本文章給出的是一種簡單實(shí)用、制作成本比較低廉的

7、實(shí)用低頻功放的設(shè)計(jì)方案。其功率放大由分立元件組成，也可以由集成電路組成。分立元件組成的功率放大器，如果能夠進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，就會(huì)在效率和失真方面優(yōu)于集成電路，價(jià)格會(huì)便宜，但如果參數(shù)設(shè)置和電路選擇不恰當(dāng),元件的很多性能就不會(huì)很好體現(xiàn)出來,甚至制作調(diào)試比較困難。從電路易調(diào)性和簡單性，集成電路會(huì)顯得更好些，所以本次設(shè)計(jì)功放采用集成電路完成。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21世紀(jì)將是數(shù)字化、信息化的時(shí)代，全新的技術(shù)體制將會(huì)引發(fā)全新的技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命。格式，然后到目前最新提出的sacd格式更是層出不窮，從mpeg-1到mpeg-2，從數(shù)字杜比（ac-3）到dts等。數(shù)字功放更是國際上各大廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)了解，全球最大的

8、視聽設(shè)備制造商sony公司最近準(zhǔn)備推出它的數(shù)字功放產(chǎn)品，就連非常著名的日本汽車音響制造商（alpine）也將推出數(shù)字功放（這兩家均采用美國tripath的芯片）。在數(shù)字信號(hào)處理方面極具實(shí)力的德州器公司（ti），2000年3月16日宣布成立自己的數(shù)字功放事業(yè)部，致力發(fā)展采用數(shù)字技術(shù)把高保真音質(zhì)帶入各種類型的音頻設(shè)備中。因此，數(shù)字功放的春天即將到來，而且，在這場數(shù)字功放技術(shù)競爭中，唯有不斷創(chuàng)新才能保持技術(shù)的領(lǐng)先地位。數(shù)字音頻功放不僅僅能應(yīng)用在家庭影院系統(tǒng)、高保真重放系統(tǒng)，同時(shí)也可將該技術(shù)應(yīng)用到特別需要省電、體積小的地方，如數(shù)字電視、汽車音響功放、便攜聽音設(shè)備，甚至是移動(dòng)電話等設(shè)備。應(yīng)該說該項(xiàng)技術(shù)的

9、應(yīng)用十分廣泛，既可用來做上千瓦功率輸出的專業(yè)功放，也可以是用來做幾十毫瓦的便攜機(jī)。數(shù)字音頻功放是全新一代的音頻功放，是模擬功放發(fā)展的必然趨勢和取代者。作為一種全新的技術(shù)，其市場的推廣需要一段培育過程。 功放有很多種分類方法，按所用放大器件來分類，可分為晶體管式功率放大器（包括場效應(yīng)管功率放大器）、電子管式放大器、集成電路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前是以集成電路式功率放大器和晶體管為主，但是電子管功率放大器也占一席之地，它俗稱為膽機(jī)，離散性極小，產(chǎn)品的穩(wěn)定性很高，特別是由于它的工作機(jī)理，使得音色很溫柔很有磁性，很富有人情味，從而成為重要的音響電路形式。當(dāng)前伴隨著高保真立體聲的普及，

10、許多功放也應(yīng)用到了高保真技術(shù)。它是指音頻電聲系統(tǒng)及設(shè)備以及部件保持聲音信號(hào)原本面貌的能力。對(duì)普通家庭音響裝置只要低音渾厚、豐滿，中音要堅(jiān)實(shí)有力，高音要清脆明亮，從而能夠使聽者感到滿意就認(rèn)為達(dá)到了高保真要求。然而，高保真包括對(duì)音高、音強(qiáng)、音色以及臨場感、混響感等復(fù)雜音質(zhì)狀態(tài)的保持能力，也不排除對(duì)聲音進(jìn)行加工美化。從而就對(duì)電路設(shè)計(jì)、元件性能提出了更高要求。1.3課題意義及主要內(nèi)容高頻電子線路中,放大器按電流導(dǎo)通角的不同,而工作于a、b、c狀態(tài)。a類放大器電流的導(dǎo)通角為180,b類放大器電流的導(dǎo)通角約90,c類放大器電流的導(dǎo)通角則小于90。a類工作狀態(tài)的效率為50%,b類工作狀態(tài)的最大效率為78.5

11、%,而c類工作狀態(tài)的效率隨導(dǎo)通角設(shè)置的不同而不同,但在導(dǎo)通角的選擇上,提高集電極效率與增大輸出功率之間是存在矛盾的。在具體電子線路設(shè)計(jì)時(shí),為了兼顧效率與功率,選擇最佳導(dǎo)通角的問題上,本設(shè)計(jì)給出了最佳導(dǎo)通角的經(jīng)驗(yàn)值取70左右,給出了最佳導(dǎo)通角的經(jīng)驗(yàn)值取6575,這是高頻電子線路專著的說法。由最佳導(dǎo)通角的理論定義,并通過嚴(yán)格的理論分析,給出了其求解方程及具體解,從而使對(duì)高頻電子線路中諧振功率放大器的最佳導(dǎo)通角的認(rèn)識(shí)從感性上升到理性,在最佳導(dǎo)通角的選擇上,首次實(shí)現(xiàn)了從依靠經(jīng)驗(yàn)結(jié)論到依靠科學(xué)理論結(jié)合實(shí)際結(jié)果的飛躍,為具體設(shè)計(jì)中控制導(dǎo)通角提供了理論依據(jù)。本課程設(shè)計(jì)是進(jìn)一步理解功率放大器的工作原理及負(fù)載阻

12、抗和激勵(lì)信號(hào)電壓變化對(duì)其工作狀態(tài)的影響。掌握功率放大器的調(diào)諧特性、放大特性和負(fù)載特性。1.4本文組織結(jié)構(gòu)論文的具體章節(jié)安排如下：第一章介紹了課題背景、低頻功放及其應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀；第二章介紹了低頻功放的基本分類及特性；第三章介紹了低頻功放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；第四章介紹了基于ne5532和lm1875的實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì)；第五章總結(jié)全文。第二章 低頻功放基本分類及特性2.1功率放大器分類2.1.1按照工作頻率不同進(jìn)行分類低頻放大器：工作頻率在音頻范圍內(nèi)的（一般在幾十赫茲到十五千赫左右）的放大器叫做低頻功率放大器。中頻放大器：中頻功率放大器的工作范圍是十五千赫到幾百千赫。高頻放大器：高頻功率放大器用

13、來放大幾百千赫到幾千兆赫的高頻信號(hào)。2.1.2按照放大管的導(dǎo)通時(shí)間的長短進(jìn)行分類（1）甲類（a類）工作狀態(tài)在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，放大管都是導(dǎo)通的，導(dǎo)通角=180。放大管的q點(diǎn)設(shè)置在負(fù)載線的中點(diǎn)處。甲類工作狀態(tài)的放大器主要用于電壓放大器，因?yàn)樵跊]有輸入信號(hào)的情況下，直流電源仍需提供較大的直流功率，它消耗在放大管和電阻元件上，即靜態(tài)管耗大，效率較低，甲類工作狀態(tài)下的放大電路其最高效率為50%。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，部分直流功率轉(zhuǎn)換為信號(hào)功率輸出。信號(hào)愈大，輸出功率也愈大，效率也隨之增大。 （2）乙類（b類）工作狀態(tài)放大管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通角=90。放大管的q點(diǎn)設(shè)置在負(fù)載線的ic

14、=0處，乙類狀態(tài)的靜態(tài)功耗即電源提供的靜態(tài)功率為零。隨著輸入信號(hào)大小的變化，電源供給的功率及電路的損耗也隨之改變，減少了不必要的能量損耗，提高了能量的轉(zhuǎn)換效率。理想情況下，乙類工作狀態(tài)的放大電路其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)78.5%。按電路形式它又可分為：雙端推挽電路（depp）、單端推挽電路（sepp）和平衡無變壓器電路（btl）。 （3）甲乙類（ab類）工作狀態(tài) 是介于甲類和乙類之間的工作狀態(tài)，即放大管在輸入信號(hào)的半個(gè)周期以上一個(gè)周期以內(nèi)的時(shí)間處于導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通角90 180。甲乙類工作狀態(tài)電路的轉(zhuǎn)換效率接近乙類工作狀態(tài)。 （4）丙類（c類）工作狀態(tài)放大管在小于輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通角

15、90。（5）丁類（d類）工作狀態(tài)此時(shí)，晶體管處于開關(guān)狀態(tài)，即在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通；在另外半個(gè)周期內(nèi)，晶體管截止。飽和導(dǎo)通：uce=uces五類功放的效率滿足下式：甲甲乙乙丙 10v/us，增益帶寬積gbw 10mhz的運(yùn)放芯片，如lf357、op-16、op-37、ne5534等。電路接成遲滯電壓比較器結(jié)構(gòu)，為保證輸出方波幅度穩(wěn)定輸出使用2只穩(wěn)壓二極管d1、d2，穩(wěn)壓值為vz=3v。令r4=10k（假設(shè)遲滯比較器的遲滯寬度v=emh-eml=0.7v）, 則r3=（2vz/v-1）r4=（23/0.7-1）10=75.71k,取r3=75 k r7近似等于r4，即r7=10k如電路采

16、用lf357集成運(yùn)放，則輸出方波的上升時(shí)間和下降時(shí)間可做到小于0.5us。調(diào)節(jié)rw，輸出幅度可調(diào)節(jié)到200mv，滿足題目指標(biāo)要求。仿真后產(chǎn)生方波，波形圖為：4.4.2弱信號(hào)前置放大電路 方案一:弱信號(hào)前置放大電路的任務(wù)是完成小信號(hào)的電壓放大，必須由低噪聲、高保真、高增益、快響應(yīng)、寬帶音響集成電路構(gòu)成。符合上述條件的集成電路有：lm5213、lm1875、tda1514、ne5532、ne5534等。本設(shè)計(jì)選用的是ne5532，ne5532是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器（雙運(yùn)放）集成電路，用作音頻放大時(shí)音色溫暖，保真度高，在上世紀(jì)九十年代初的音響界被發(fā)燒友們譽(yù)為“運(yùn)放之皇”。與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，它具

17、有高阻抗、高精度，有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)帶寬，電源電壓范圍大等特點(diǎn)。ne5532高速轉(zhuǎn)換的特性能夠改良電路瞬態(tài)的性能, 比較寬的帶寬也能確保信號(hào)在低、中、高頻段不失真的輸出，從而電路的整體指標(biāo)會(huì)大大的提高，因此很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備、儀器、控制電路及電話通道放大器，其中5532a版能夠有效的保證噪聲電壓指標(biāo)。ne5532引腳圖如下： ne5532 8腳引腳圖 ne5532 16腳封裝引腳功能圖前置放大級(jí)電路的主要功能是將50mv700mv輸入信號(hào)不失真地放大到功率放大級(jí)所需要的輸入信號(hào)。因此，需要解決的問題是本級(jí)225倍的電壓放大倍數(shù)和帶寬bw50hz1

18、0khz的矛盾。對(duì)此可以采用二級(jí)放大電路，因?yàn)榉糯笃鞯脑鲆鎺挿e是一個(gè)常數(shù)，增益減小，帶寬就可以提高。同時(shí)我們在兩級(jí)放大中用電位器引入增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，使本級(jí)的總增益在一定范圍內(nèi)持續(xù)可調(diào)。由于從信號(hào)源輸出的小信號(hào)非常微弱, 只有經(jīng)過放大之后, 這種信號(hào)才能激勵(lì)功率放大器,且由于系統(tǒng)要求輸出額定功率不小于10w，同時(shí)，輸出負(fù)載為8，則um=por =108 =8.95v，故uop-p2 um=12.6v。 系統(tǒng)的最大增益為： amax=20 lg(8.950.05)45db系統(tǒng)的最小增益為：amin=20 lg(8.950.7)22db整個(gè)放大電路的增益應(yīng)在22 db45 db范圍內(nèi)可調(diào)。為保證放大

19、器性能，單級(jí)放大器的增益不宜過高，通常在20-40 db(放大倍數(shù)10100倍)之間。故前置放大器增益需通過兩級(jí)放大實(shí)現(xiàn)，且其總增益應(yīng)在145db之間可調(diào)。第一級(jí)前置級(jí)增益為： a1=r3/r2=150/10=15（約為24db）第二級(jí)前置級(jí)增益為： a2=r4/r6=150/10=15（約為24db）為了滿足輸入信號(hào)的幅度在50mv700mv的范圍內(nèi)，功率輸出級(jí)的輸出功率的額定功率10w的要求，在前置放大級(jí)的第二級(jí)的輸入端采用電位器對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減。同時(shí)也起到了可實(shí)現(xiàn)增益調(diào)節(jié)的作用。為了穩(wěn)定功率放大級(jí)的工作點(diǎn)，前置級(jí)和功放級(jí)之間采用電容耦合。 用multisim軟件畫電路圖如下：仿真后波形圖

20、如下：4.4.3功率放大電路 方案一：功率放大輸出級(jí)采用分立元件構(gòu)成的ocl電路，驅(qū)動(dòng)級(jí)采用集成芯片，整個(gè)功放級(jí)采用大環(huán)電壓負(fù)反饋。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：由于反饋深度容易控制，故放大倍數(shù)容易控制。且失真度可以做到很小，使音質(zhì)很純凈。但外圍元器件較多，調(diào)試要困難一些。方案二：采用專用的功放集成芯片，構(gòu)成btl功率放大電路。集成功放具有工作可靠，外圍電路簡單，保護(hù)功能較完善，易制作調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，雖不及頂級(jí)功放的性能，但滿足并超過本設(shè)計(jì)的要求是沒有問題的。另外集成運(yùn)放還有性價(jià)比高的特點(diǎn)。所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用方案二，該方案的優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)成熟，外圍元器件少，保護(hù)功能較完善，調(diào)試簡單，便于擴(kuò)功等。本設(shè)計(jì)采用的是專

21、門的功放集成芯片lm1875來構(gòu)成btl功率放大電路。在上述方案論證中，我們選擇了集成運(yùn)放。我們熟悉的性能優(yōu)異的集成運(yùn)放有tda2040a、lm1875、tda1514等，其中tda2040a功率裕量不大，tda1514外圍電路較為復(fù)雜，且易產(chǎn)生自激。這兩種功放的低頻性能都欠佳，而lm1875外圍電路簡單，電路成熟，低頻特性好，保護(hù)功能安全。它的不足之處是高頻特性較差（bw70khz），但對(duì)于本設(shè)計(jì)的要求的50hz10khz已足夠，因此選擇lm1875做功放。lm1875美國國家半導(dǎo)體公司研發(fā)的一款功放集成塊，外圍電路簡單，體積小巧，最大優(yōu)點(diǎn)是輸出功率大。除此之外此集成電路有完善的過載保護(hù)功能

22、，內(nèi)部設(shè)置有過熱過載以及感性負(fù)載反向電勢安全工作安全保護(hù)。經(jīng)過增益為1的反向比例放大電路擴(kuò)展成btl放大電路，同時(shí)具有更高的輸出功率。lm1875為五針腳形狀：一針腳為信號(hào)正極輸入，二針腳為信號(hào)負(fù)極輸入，三針腳接地，四針腳為信號(hào)輸出，五針腳電源正極輸入。lm1875采用to-220封裝結(jié)構(gòu)，形如一只中功率管，體積小巧，外圍電路簡單，且輸出功率較大。lm1875引腳圖lm1875的參數(shù)如下表所示：電壓范圍：單電壓1560v ,或30v靜態(tài)電流：50ma輸出功率：30w諧波失真：0.015%，當(dāng)f=1khz，rl=8，p0=20w時(shí)額定增益：26db，當(dāng)f=1khz時(shí)工作電壓：25v轉(zhuǎn)換速率：18

23、v/s (9v/s) 采用集成功放lm1875構(gòu)成的低頻功率放大器電路如下圖所示，圖中輸入信號(hào)vi經(jīng)過c1耦合到lm1875的1腳，功率放大后從4腳輸出加到負(fù)載。r5、c2串聯(lián)接在輸出端用以抑制高頻噪聲。c3、c4、c5、c6用于電源去耦濾波，防止功率放大器產(chǎn)生高頻自激，去耦是指對(duì)電源采取進(jìn)一步的濾波措施，去除兩級(jí)間信號(hào)通過電源互相干擾的影響。r1、r3組成反饋網(wǎng)絡(luò)；c7為直流負(fù)反饋電容；直流負(fù)反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，而對(duì)放大電路的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能沒有影響，動(dòng)態(tài)性能指放大倍數(shù)、通頻帶、輸入及輸出電阻等。r2為輸入接地電阻，防止輸入靠路時(shí)引起感應(yīng)噪聲；c1為信號(hào)耦合電容， 耦合指信號(hào)由第一級(jí)向第

24、二級(jí)傳遞的過程。電源電壓采用18v。lm1875開環(huán)增益為26db，即放大倍數(shù)a=20。為保證放大器性能，單級(jí)放大器的增益不宜過高，通常在2040 db(放大倍數(shù)10100倍)之間故整個(gè)放大器增益需通過三級(jí)放大實(shí)現(xiàn)。為方便增益調(diào)整，可使功放級(jí)的增益固定，且必須小于65db，故其增益取為21db。所以前置級(jí)需要兩級(jí)放大，且其總增益應(yīng)在145db之間可調(diào)。在上述分析過程中，功放級(jí)的增益設(shè)為固定值21db。因此在以lm1875為核心元件的電路中，r3取22k，r1取2k，使得功放級(jí)的放大倍數(shù)為：au=1+r3/r1=12因此功放級(jí)的增益為20lg1221.6db?？紤]到前置放大第二級(jí)中輸入信號(hào)比較大

25、，功率放大級(jí)的輸出功率會(huì)遠(yuǎn)大于額定功率，很有可能燒壞功率放大器，因此前置放大第二級(jí)的輸出端接50k電位器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入功放信號(hào)的衰減，以此來保護(hù)功放電路。用multisim軟件畫電路圖如下：仿真波形圖為：4.4.4自制穩(wěn)壓電源本文中該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是三端集成的穩(wěn)壓電源電路，直流穩(wěn)壓電源部分為整個(gè)功放電路提供能量，根據(jù)以上設(shè)計(jì)的前置放大級(jí)電路和功率放大級(jí)電路的要求，僅需要穩(wěn)壓電源輸出的一種直流電壓，即+18v。因?yàn)槿朔€(wěn)壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、外圍元器件少、性能優(yōu)良、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中采用lm7818、lm7918三端集成的穩(wěn)壓電路。 電源變壓器的參數(shù)分析如下：考慮到穩(wěn)壓器兩端會(huì)產(chǎn)生3到5.5v

26、的壓降，同時(shí)取二極管橋式整流器的系數(shù)為1.2，則變壓器副邊的電壓（241.2）=20v，取為21v。由于w78系列的最大輸出電流為1.5a，因此電源消耗的功率應(yīng)至少為：21v1.5a=31.5w。由于通常電源變壓器的功率要大于電源消耗的直流功率，且考慮到整個(gè)系統(tǒng)的耗能和為留有裕量，電源變壓器的功率選擇為40w。 由以上分析計(jì)算，可選用一個(gè)功率為40w，輸入為二路21v的電源變壓器。電源電路中整流二極管、電容的參數(shù)：電路中采用了5a50v 2czbe硅整流管全橋,電源經(jīng)1000uf電解并并上0.1uf電容依次濾掉各種頻率干擾后輸出, 輸出電壓直流性能好, 實(shí)測其紋波電壓僅為很小。電路圖為：4.5

27、測試結(jié)果輸出功率：po=(uo) 2/2r輸入功率: pi=u1i1+u2i2效率：=po/pi輸入端接地，測輸出端在8負(fù)載條件下的噪聲峰峰值。交流噪聲：u=1v(測試)正弦輸入幅度頻率輸出電壓輸出功率電源電壓電源電流效率50mv50hz14.00v3.06w17.9v17.9v0.30a0.29a29.00%50mv10khz19.10v5.70w17.9v17.9v0.42a0.40a38.83%300mv50hz25.60v10.24w15.7v15.2v0.54a0.53a62.00%300mv10khz29.55v13.64w17.9v17.9v0.62a0.60a62.48%500

28、mv50hz24.20v9.15w17.7v14.4v0.50a0.49a57.53%500mv10khz28.2v12.43w18.0v18.0v0.60a0.58a58.52%700mv50hz25.8v10.40w15.5v14.3v0.55a0.54a64.01%700mv10khz26.6v11.06w18.0v18.0v0.56a0.55a55.36%方波產(chǎn)生：頻率：1khz上升時(shí)間：1us；下降時(shí)間：2us無失真，無過沖，無斜降方波放大:峰峰值：22vvs=15v，is=0.62a上升時(shí)間：5us；下降時(shí)間：12us無失真，有斜降，有過沖。4.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表格知，

29、正弦放大時(shí)，輸入電壓較低，小于100mv時(shí)，功率放大倍數(shù)不夠，沒有達(dá)到要求的功率，效率也小于55%。但是輸入較高時(shí)，功率放大倍數(shù)足夠，而且效率也大于55%，符合要求。方波產(chǎn)生完全符合實(shí)驗(yàn)要求，但是經(jīng)過兩級(jí)放大和功放后，方波產(chǎn)生了斜降和過沖。輸入端接地，測輸出端在8負(fù)載條件下的噪聲峰峰值過大，是一個(gè)穩(wěn)定的正弦波，超過要求的噪聲功率。4.6總電路圖顯示電路為了實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能，我們設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了電壓有效值和輸出功率顯示。采用ad637把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成直流信號(hào)，再經(jīng)過ad0809采樣，通過單片機(jī)控制在lcd12864上顯示。在擴(kuò)展的實(shí)用性方面，我們設(shè)計(jì)了電平顯示系統(tǒng)。根據(jù)輸入電壓的峰峰值大小來控制燈的點(diǎn)亮

30、個(gè)數(shù)，具體由lm3914控制，詳見附錄 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)程序采用keil uvision2軟件編譯，通過單片機(jī)對(duì)獨(dú)立鍵盤進(jìn)行檢測判斷，對(duì)不同的輸入信號(hào)，在lcd12864上顯示負(fù)載為8時(shí)的電壓有效值和輸出功率。整個(gè)系統(tǒng)軟件的流程圖如下圖（）所示：圖（） 主程序代碼：void main()init();/初始化chushihuamian();/初始lcd顯示畫面delay_12864(2000); send_command(0x01);while(1)/*以下為輸入信號(hào)為方波時(shí)按鍵判斷*/if(key_select=0&flag=0)delay_12864(5);if(key_select=0&flag=0)while(!key_select);delay_12864(5);while (!key_select);caidan_