模電功率放大器電路課設

1、吉林工程技術師范學院課程設計報告電子技術課程設計論文功率放大器電路設計院系： 信息工程學院 專業(yè)： 班級： 姓名： 學號： 指導教師： 緒論2第一章系統(tǒng)總體方案設計31.1 功率放大電路31.1.1 功率放大電路的特點及主要研究對象31.1.2 參數(shù)公式及計算41.1.3 功率放大電路的工作原理4第 二 章 集成功率放大器52.1 功率放大器特點62.2 功率放大器的工作狀態(tài)62.3 功率放大器的散熱7第三章 電路板選擇、焊接和調(diào)試83.1萬用電路板選擇和焊接8第四章 在實驗室實現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施104.1 在實驗室實現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施10第五章 心得體會11參考文獻12附

2、錄13緒論這次的模擬電路課程設計題目為音頻功率放大器，簡稱音頻功放，音頻功率放大器主要用于推動揚聲器發(fā)聲，凡發(fā)聲的電子產(chǎn)品中都要用到音頻功放，比如手機、MP4播放器、筆記本電腦、電視機、音響設備等給我們的生活和學習工作帶來了不可替代的方便享受利用BJT構(gòu)成放大電路，根據(jù)所給的三極管及電阻，電容計算放大電路的增益利用集成放大器件LM386構(gòu)成功率放大，使揚聲器發(fā)。集成功放塊的種類很多。由三級電壓放大，一級功率放大以及偏置、恒流、反饋、退耦電路組成。最主要的組件為集成功放塊，它的內(nèi)部電路與一般分立元件功率放大器不同，通常包括前置級、推動級和功率級等幾部分。有些還具有一些特殊功能（消除噪聲、短路保護

3、等）的電路。其電壓增益較高（不加負反饋時，電壓增益達7080db，加典型負反饋時電壓增益在40db以上）第一章 系統(tǒng)總體方案設計1.1 功率放大電路1.1.1 功率放大電路的特點及主要研究對象功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動負載，帶載能力要強。研究對象：（1） 要求輸出功率盡可能大為了獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此器件往往在接近極限運用狀態(tài)下工作。（2） 效率更高由于輸出功率大，因此直流電源消耗的哦那個綠也大，這就存在一個效率問題。所謂效率就是負載得到的有用信號功率和電

4、源供給的直流功率的比值。這個比值越大，意味著效率越高。（3） 非線性失真要小功率放大電路是在大信號下工作，所以不可避免地會產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾。但是，在不同場合下，對非線性失真的要求不同，例如，在測量系統(tǒng)和電聲設備中，這個問題顯得很重要，而在工業(yè)控制系統(tǒng)等場合中，則以輸出功率為主要目的，對非線性失真的要求就將為次要問題了。（4） 功率器件的散熱問題在功率放大電路中，有相當大的功率消耗在管子的集電結(jié)上，使結(jié)溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為一個重要問題。此外

5、，在功率放大電路中，為了輸出較大的信號功率，器件承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性就比較大，所以功率管的損壞與保護問題也不容忽視。1.1.2 參數(shù)公式及計算 圖2-1 參數(shù)計算公式圖1.1.3 功率放大電路的工作原理功放的工作原理其實很簡單，就是將音源播放的各種聲音信號進行放大，以推動揚聲器發(fā)出聲音，從技術角度看，功放好比一臺電流的調(diào)制器，它將交流電轉(zhuǎn)變對直流電，然后受音源播放聲音信號控制，將不同大小的電流，按照不同的頻率傳輸給揚聲器，這樣揚聲器就發(fā)出相應大小、相應頻率的聲音了。其中電路中的電流大小可以通過電位器，實現(xiàn)在電路中線路的電流方向和大小的改變。本電路屬于共射極放大電路

6、，其中三極管和集成塊實現(xiàn)放大作用。在放大電路中設置靜態(tài)工作點事必不可少的。因為放大電路的作用是將微弱的輸入信號驚醒不失真地放大，為此，電路中的BJT必須始終工作在放大區(qū)，如果沒有直流電壓和電流，則在輸入信號的整個周期內(nèi)BJT始終是截止的，因而輸出電壓沒有變化量，即使輸入電壓幅值足夠大，BJT也只能在輸入信號正半周大于Vth的時間內(nèi)導通，這必然使得輸出電壓出現(xiàn)嚴重失真。所以必須要給放大電路設置合適的靜態(tài)工作點。對于動態(tài)工作情況，此時，BJT各極電流及電壓都將在靜態(tài)值的基礎上隨輸入信號作相應的變化?；鶚O發(fā)射極間的電壓Vbe=Vbeq+Vbe,Vbe是Vs在發(fā)射結(jié)上產(chǎn)生的交流電壓。當Vbe的幅值小于

7、Vbeq,且使發(fā)射結(jié)上所加正向電壓仍然大于Vth時，Vbe隨Vs的變化必然導致受其控制的基本電流ib、集電極電流ic產(chǎn)生相應變化，即ib=Ibq+ib,ic=Icq+ic,其中ic=ib是交流電流。集電極發(fā)射極間的電壓vce也將發(fā)生變化。因此，電壓在靜態(tài)Vceq的基礎上將減小。在vs的負半周，情況則相反，于是vce與vs是反向的。將vcs用適當方式取出來，作為該放大電路的輸出電壓。只要選擇合適的電路參數(shù)，就可以使輸出電壓的幅度比輸入電壓的幅度大得多，實現(xiàn)電壓放大的作用。阻尼系數(shù)是功放額定輸出阻抗，它是取揚聲器輸入阻抗和放大器輸出內(nèi)阻之間的比例，并表示對某一個過程中進行變化的物理量加以抑制的狀態(tài)

8、。在揚聲器中，要抑制振膜在沒有信號輸入的情況下所作的慣性振動。揚聲器的振膜是不能用機械阻尼方式來制動的，它只能使用電磁方式的阻尼，而這種方式要求系統(tǒng)必須盡量處于發(fā)電機狀態(tài)。 前面曾說到揚聲器會很容易進入發(fā)電機狀態(tài)，當輸入信號消失后的一瞬間，揚聲器振膜在慣性作用下還在振動。此時會在音圈中產(chǎn)生出一個感應電壓，這時如果放大器輸出內(nèi)阻不大時，就相當于在揚聲器端子上并接一個小電阻，音圈上的感應電壓就會產(chǎn)生一個較大值的電流流經(jīng)放大器的內(nèi)部線路，就是說揚聲器這時已成為電源，而放大器的功率輸出級線路卻變成負載。根據(jù)電磁感應定律，這個電流是音圈在永久磁鐵的磁場中振動所產(chǎn)生的，所以這個音圈電流肯定會產(chǎn)生一個和振動

9、方向相反的力去抵消振動。放大器的內(nèi)阻越小，電流就越大，抵消慣性振動的作用也就越強。揚聲器在重播低頻時的振幅最大，所造成的慣性振動也最嚴重，如果此時不加以抑制會使低頻控制力變差，缺乏力度、彈性和層次感，但過份抑制則會使聲音變得干瘦。第 二 章 集成功率放大器2.1 功率放大器特點 （1）輸出功率大 為此要求放大電路的輸出電壓和輸出電流都要有足夠大的變化量。所謂最大輸出功率指在正弦波輸入信號下，輸出波形不超過規(guī)定的非線性失真時，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積 （2）具有較高的效率 放大電路輸出給負載的功率是由直流電源提供的。在輸出功率比較大的情況下，效率問題尤為突出。如果功率放大電

10、路的效率不高，不僅將造成能量的浪費，而且消耗在電路內(nèi)部的電能將轉(zhuǎn)換成為熱量，使管子、元件等溫度升高，因而要求選用較大容量的放大管和其他設備，很不經(jīng)濟。 （3）盡量減小非線性失真 由于在功率放大電路中，三極管的工作點在大范圍內(nèi)變化，使管子特性曲線的非線性問題充分暴露出來，因此輸出波形的非線性失真比之小信號放大電路要嚴重得多。在實際的功率放大電路中，應根據(jù)負載的要求來規(guī)定允許的失真度范圍。 （4）性能指標分析以功率為主 著重計算輸出功率，管子消耗功率、電源供給功率和效率。由于功率管處于大信號工作狀態(tài)，分析計算時只能采用圖解法估算，不能用微變等效電路法分析。2.2 功率放大器的工作狀態(tài)在分析電路工作

11、情況時，常用三極管在信號的一個周期內(nèi)導通的角度作為工作狀態(tài)分類的標準。在整個輸入信號周期內(nèi)，管子都有電流流通，即導通角=2，稱為甲類工作狀態(tài)，如下圖(a)所示，此時三極管的靜態(tài)工作電流比較大；在整個輸入信號周 內(nèi)，管子只有半周期有電流流通的，即導通角=的稱為乙類工作狀態(tài)，如圖（b）所示；在整個輸入信號周期內(nèi)，管子有半個多周期有電流流通，即導通角<<2，則稱為甲乙類工作狀態(tài)，如圖（c）所示圖 功率放大器的工作狀態(tài)甲類放大的優(yōu)點是波形失真小，但由于靜態(tài)工作電流大，故管耗大，放大電路效率低，所以主要應用于小功率放大電路中。乙類與甲乙類放大由于管耗小，放大電路效率高，在功率放大器中已獲得廣

12、泛的應用。2.3 功率放大器的散熱在功率放大器中，功率管中流過的信號電流大，管子又存在一定壓降，因此功率管功率消耗較大，其中大多被處于較高反偏電壓的集電結(jié)承受轉(zhuǎn)化為熱量，使集電結(jié)溫度升高。 當溫度超過手冊中規(guī)定的最高允許結(jié)溫TjM時，將使管子損壞。這就限制了功率管的管耗。如果采用散熱措施，在相同結(jié)溫下，可提高管子所承受允許最大管耗，使功率放大電路有較大功率輸出而不損壞管子。一般功率管極限功耗的大小與管子環(huán)境溫度、散熱途徑和散熱狀況有關。為了描述管子的散熱情況，在管芯溫度與環(huán)境溫度存在的溫差下，將熱量傳輸時所受的阻力用熱阻RT表示，類似于電流流過導體時，存在電阻對電流阻力的概念，與U1-U2=I

13、R關系相類似，則有 TjM-Ta=PCMaRT （1）式中Ta為環(huán)境溫度，PCMa表示在Ta=25 時而結(jié)溫上升到TjM時管子允許所能承受最大功耗。RT則表示傳輸單位功率時溫差變化度數(shù)，其單位為/W。PCMa和TjM均為大功率管手冊上可查閱給定的極限參數(shù)。在相同熱阻RT的條件下，若環(huán)境溫度變?yōu)門2，此時管子結(jié)溫達到TjM允許最大功耗PCM2與熱阻有下列關系 TjMT2PCM2RT 由式（1）和（2）可得 第三章 電路板選擇、焊接和調(diào)試3.1萬用電路板選擇和焊接萬用電路板俗稱“洞洞板”。相比專業(yè)的PCB制版，洞洞板(萬用電路板)具有以下優(yōu)勢：使用門檻低，成本低廉，使用方便，擴展靈活。比如在大學生

14、電子設計競賽中，作品通常需要在幾天時間內(nèi)爭分奪秒地完成，所以大多使用洞洞板。洞洞板的選擇目前市場上出售的洞洞板主要有兩種，一種焊盤各自獨立(圖1，以下簡稱單孔板)，另一種是多個焊盤連在一起(圖2，以下簡稱連孔板)，單孔板又分為單面板和雙面板兩種。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，單孔板較適合數(shù)字電路和單片機電路，連孔板則更適合模擬電路和分立電路。因為數(shù)字電路和單片機電路以芯片為主，電路較規(guī)則;而模擬電路和分立電路往往較不規(guī)則。分立元件的引腳常常需要連接多根線，這時如果有多個焊盤連在一起就要方便一些。當然這并不絕對，每個人的喜好不一樣，選擇自己用起來比較順手的就OK了。另外，需要區(qū)分兩種不同材質(zhì)的洞洞板：銅板和錫

15、板。銅板的焊盤是裸露的銅，呈現(xiàn)金黃色，平時應該用紙包好保存，以防止焊盤氧化，萬一焊盤氧化了(焊盤失去光澤、不好上錫)，可以用棉棒蘸酒精清洗或用橡皮擦拭。焊盤表面鍍了一層錫的是錫板，焊盤呈現(xiàn)銀白色，錫板的基板材質(zhì)要比銅板堅硬，不易變形。他們的價格也有區(qū)別，以大小為100 cm2(10cm×10cm)的單面板為例：銅板價格34元，錫板78元，一般每平方厘米不超過8分錢。焊接前的準備在焊接洞洞板之前需要準備足夠的細導線(圖3)用于走線。細導線分為單股的和多股的(圖4)：單股硬導線可將其彎折成固定形狀，剝皮之后還可以當作跳線使用;多股細導線質(zhì)地柔軟，焊接后顯得較為雜亂洞洞板具有焊盤緊密等特點

16、，這就要求我們的烙鐵頭有較高的精度，建議使用功率30W左右的尖頭電烙鐵。同樣，焊錫絲也不能太粗，建議選擇線徑為0.50.6mm的。3.2洞洞板的焊接方法對于元器件在洞洞板上的布局，大多數(shù)人習慣“順藤摸瓜”，就是以芯片等關鍵器件為中心，其他元器件見縫插針的方法。這種方法是邊焊接邊規(guī)劃，無序中體現(xiàn)著有序，效率較高。但由于初學者缺乏經(jīng)驗，所以不太適合用這種方法，初學者可以先在紙上做好初步的布局，然后用鉛筆畫在洞洞板正面(元件面)上，繼而也可以將走線規(guī)劃出來，方便自己焊接。洞洞板的焊接方法，一般是利用前面提到的細導線進行飛線連接，飛線連接沒有太多的技巧，但應盡量做到水平和豎直走線，整潔清晰(圖5)?，F(xiàn)

17、在網(wǎng)上流行一種方法叫錫接走線法，如圖6所示，工藝不錯，性能也穩(wěn)定，但比較浪費錫。純粹的錫接走線難度較高，受到錫絲、個人焊接工藝等各方面的影響。如果先拉一根細銅絲，再隨著細銅絲進行拖焊，則簡單許多。洞洞板的焊接方法是很靈活的，因人而異，找到適合自己的方法即可第四章 在實驗室實現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施4.1 在實驗室實現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施（1)電源電壓不允許超過極限值，不允許極性接反，否則集成塊將遭損(2)電路工作時絕對避免負載短路，否則將燒毀集成塊。(3)接通電源后，時刻注意集成塊的溫度，有時，未加輸入信號集成塊就發(fā)熱過甚，同時直流毫安表指示出較大電流及示波器顯示出幅度較大，頻率較高

18、的波形，說明電路有自激現(xiàn)象，應即關機，然后進行故障分析，處理。待自激振蕩消除后，才能重新進行實驗。第五章 心得體會心得體會 本學期我們開設了電子技術基礎（模擬部分）課，這門學科屬于電子電路范疇，與我們的專業(yè)有著密切的聯(lián)系，且是理論方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行?！睂W習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學期暨電路剛學完之際，緊接著來一次模擬電子線路課程設計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認識，而且還及時、真正的做到了學以致用。 生活就是這樣，汗水預示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過這次課程設計，我才真正領略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，才真正意識到我們只有通過勤奮的努力，才能夠真正體會到科技帶給人類的幸福。 在整個電路課程設計過程中，我們不斷地在遇到問題和解決問題之中盤旋。例如在硬件制作，電路板的焊接上慢慢元件連接起來的時候，手里握著電焊鐵，直冒青煙