功率放大器課程設計

1、電子技術課程論文設計功率放大器院系： 信息工程學院 專業(yè)： 通信工程 班級： 1242 姓名： 學號： 指導教師： 20年 月 日 摘要：設計了一個帶音調控制的音頻放大電路，該電路具有對音頻信號放大的功能。該電路主要由前置放大電路、音調控制電路及功率放大電路三部分構成，其中，前置放大電路采用同相比例運算器來實現(xiàn)電壓的放大；音調控制電路采用負反饋式來實現(xiàn)音調控制；功率放大電路采用LM386功率放大器來實現(xiàn)功率放大。利用Protues對設計的電路進行仿真，可以得到放大后的不失真的波形。關鍵詞：前置放大電路；功率放大器；音調控制 1.緒論1.1音頻放大器音頻放大器就是可以將微弱的音頻信號通過內部的放

2、大電路將其放大，從而發(fā)出響亮的聲音,其目的是在產生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號，信號音量和功率級都要理想如實、有效且失真低。音頻范圍為約20Hz20kHz，因此放大器在此范圍內必須有良好的頻率響應。根據(jù)應用的不同，功率大小差異很大，從耳機的毫瓦級到TV或PC音頻的數(shù)瓦，再到“迷你”家庭立體聲和汽車音響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上，大到能滿足整個電影院或禮堂的聲音要求。音頻放大器的一種簡單模擬實現(xiàn)方案是采用線性模式的晶體管，得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。正向電壓增益通常很高。如果反饋環(huán)包含正向增益，則整個環(huán)增益也很高。因為高環(huán)路增益能改善性能，即能抑制由正向路徑

3、的非線性引起的失真，而且通過提高電源抑制能力（PSR）來降低電源噪聲。所以經常采用反饋。1.2功率放大電路功率放大電路在多級放大電路中處于最后一級，又稱輸出級。其主要作用是輸出足夠大的功率去驅動負載，如揚聲器、伺服電機、指示表頭、記錄器等。功率放大電路要求：輸出電壓和輸出電流的幅度都比較大、效率高。 2.設計背景2.1學習集成運放的運用 集成型運算放大器是模擬集成電路中應用最廣泛的一種器件。在集成運算放大電路與輸出之間接入不同的反饋網絡，可實現(xiàn)不同用途的電路，例如利用集成運算放大器可非常方便的完成信號放大、信號運算、信號處理以及波形的產生和變換。2.2了解LM386LM386是美國國家半導體公

4、司生產的音頻功率放大器，主要應用于低電壓消費類產品。為使外圍元件最少，電壓增益內置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調為任意值，直至200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場合。 LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。3.系統(tǒng)方案論證3.1任務分析 根據(jù)課程設計要求，分析可知，帶音調控制的音頻放大電路主要用來對音頻信號進行放大，能帶動負載除，此還應該具備音調控制能力。要完成此次課程設計要求，該電路必須包括前置放大電路、音調控制電路及功率放大電路三部分

5、構成。為了分別實現(xiàn)音頻放大電路的上述三部分的功能，構成電路時我們對應要采用到電阻、電容、滑動變阻器、指示燈、集成運放，和功率放大器。3.2方案論證音調控制電路有三種：衰減式音調控制電路、負反饋音調控制電路、衰減負反饋混合式音調控制電路。負反饋式電路與衰減式電路相比，中音電平不需要做很大衰減，并且噪聲和失真小一些。負反饋式電路與負反饋式電路與電路相比，結構更加簡單，更加穩(wěn)定，能抑制反饋環(huán)內噪聲和干擾等優(yōu)點。因此，本設計選擇負反饋音調控制電路。功率放大電路，除了對信號的電壓進行足夠的電壓放大外，還要求對信號進行足夠的電流放大。因此，其在系統(tǒng)的中的重要作用不言而喻。LM386是一種音頻集成功放，具有

6、自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，非常適合作為功率運算放大器的核心元件。 綜合各部分電路，電路結構框圖如圖1所示。信號的輸入同向比例器音調控制電路功率放大電路輸出圖1 電路結構框圖 3.3反饋網絡電阻值的選?。?）LM386的增益為20dB，即有：所以有：，通常取左右，則。（2）隔直電容，應滿足在下限頻率上（）的容抗遠小于R1，取電源旁路電容： 4.系統(tǒng)原理及仿真4.1LM386內部原理LM386內部電路原理圖如圖所示。與通用型集成運放相類似，它是一個三級放大電路。第一級為差分放大電路，T1和T3、T2和T4分別構成復合管，作為差分放大電路的放大管；T

7、5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2的有源負載；T3和T4信號從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。第二級為共射放大電路，T7為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數(shù)。第三級中的T8和T9管復合成PNP型管，與NPN型管T10構成準互補輸出級。二極管D1和D2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應外接輸出電容后再接負載。電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5

8、和R6構成反饋網絡，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。 圖1-1 LM386引腳圖4.2原理仿真圖音調控制電路由二個電阻兩個電容兩個2.2nf的電容，100K的滑動變阻器構成一個負反饋構成。音調可控制電路如圖1-2所示。滑動變阻器實現(xiàn)了對其響度的控制。 圖1-24.3PCB電路仿真圖制作時須采用公制單位（mm），并且電源線和地線要求采用0.8mm, 信號線采用0.5mm。另外焊盤的內徑用0.9mm，外徑采用一般為X方向1.6 mm，Y方向2.0mm。注意打孔時，鉆頭的大小采用0.8mm。所有元件的封裝要采用直插式封裝，PCB板的大小為3.78*7.21mm，體積很小，

9、結構合理完全滿足要求5*10mm的要求。PCB設計圖如圖1-3所示。 圖1-3 5.仿真軟件及元器件5.1仿真軟件介紹Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一

10、將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯5.2設計元器件 芯片 LM386 IC座 DIP8 電阻 10/3K 電阻器 10k 電解電容 10uF/100uF 瓷片電容 104（100nF）/473(47nF) 5.3 揚聲器揚聲器的工作原理是：永磁體通過軛鐵在磁路的環(huán)形氣隙中產生一個磁場，和揚聲器

11、紙盆相連的音圈插入環(huán)形氣隙中，永磁體被外部的軛鐵所包圍，從而可以免遭外界雜散磁場的干擾，反過來也可以減小永磁體磁場對外界的影響，當聲音以電流的形式通過磁場時線圈便會因電流強弱的變化產生不同頻率的震動，進而帶動紙盆發(fā)出同頻率和強弱的聲音。 6.注意事項6.1 多功能板焊接的注意事項 手工錫焊接技術是一項基本功，就是在大規(guī)模生產的情況下，維護和維修也必須使用手工焊接。因此，必須通過學習和實踐操作練習才能熟練掌握。注意事項如下： 1. 手握鉻鐵的姿勢掌握正確的操作姿勢，可以保證操作者的身心健康，減輕勞動傷害。為減少焊劑加熱時揮發(fā)出的化學物質對人的危害，減少有害氣體的吸入量，一般情況下，烙鐵到鼻子的距

12、離應該不少于 20cm ，通常以 30cm 為宜。電烙鐵有三種握法： 反握法的動作穩(wěn)定，長時間操作不易疲勞，適于大功率烙鐵的操作；正握法適于中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作；一般在操作臺上焊接印制板等焊件時，多采用握筆法。2. 焊錫絲一般有兩種拿法。由于焊錫絲中含有一定比例的鉛，而鉛是對人體有害的一種重金屬，因此操作時應該戴手套或在操作后洗手，避免食入鉛塵。3. 電烙鐵使用以后，一定要穩(wěn)妥地插放在烙鐵架上，并注意導線等其他雜物不要碰到烙鐵頭，以免燙傷導線，造成漏電等事故。 6.2 手工焊接操作的基本步驟掌握好電烙鐵的溫度和焊接時間，選擇恰當?shù)睦予F頭和焊點的接觸位置，才可能得到良好的焊點。正確的手

13、工焊接操作過程可以分成五個步驟： 步驟一：準備施焊左手拿焊絲，右手握烙鐵，進入備焊狀態(tài)。要求烙鐵頭保持干凈，無焊渣等氧化物，并在表面鍍有一層焊錫。 步驟二：加熱焊件烙鐵頭靠在兩焊件的連接處，加熱整個焊件全體，時間大約為 1 2 秒鐘。對于在印制板上焊接元器件來說，要注意使烙鐵頭同時接觸兩個被焊接物。 步驟三：送入焊絲焊件的焊接面被加熱到一定溫度時，焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件。注意：不要把焊錫絲送到烙鐵頭上！ 步驟四：移開焊絲當焊絲熔化一定量后，立即向左上 45° 方向移開焊絲。 步驟五：移開烙鐵焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后，向右上 45° 方向移開烙鐵，結束焊接。從第三步

14、開始到第五步結束，時間大約也是 1 至 2s 。 7.安裝與調試7.1安裝與調試 在安裝好所有的芯片和電路原件后，按照電路圖逐一檢查電路有沒有漏焊的問題，接下來用萬用表逐一檢查有沒有虛焊或線路斷路或線路短路。在解決了檢查出來有些地方存在虛焊的問題后，再次確認線路沒有問題的情況下接通+5V和-5V的直流穩(wěn)壓工作電源電源進行調試，最后發(fā)現(xiàn)喇叭能夠正常工作，說明電路板可以正常工作，達到了預期效果。8.結果與結論利用LM386芯片來設計的功率放大器，經過仿真，并利用示波器觀察波形，得到了一個放大后的正弦波；將焊接好的電路加上+5V和-5V的直流穩(wěn)壓工作電源，接上喇叭，插入音頻信號輸入，喇叭能夠實現(xiàn)放大

15、的作用?？傮w說來，這次課程設計對我們的動手能力有所提高，也引導了我們將專業(yè)知識的理論與實際的結合。9.收獲與致謝通過這次課程設計，使我受到了一次應用所學的專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題的全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在綜合知識的選用方面，在產品開發(fā)的基本思想、方法方面，以及在常用電路分析思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步。為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。這次在指導老師的幫助下，在同學的幫助下，基本上完成了設計任務，在電路分析與設計方面也有了一定的提高，為今后走上工作崗位打下了專業(yè)基礎。在這次的課程設計中，讓我深深地體會到進行電子產品的開發(fā)不是一件簡單的事情，它需要設計者具有全面的專業(yè)知識、縝密的思維、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度以及較高的