實用功率放大器 電子設計競賽

2014年全國大學生電子設計競賽摘要隨著社會快速斷的進步，人們的生活水平正在不斷提高，因此對音樂欣賞的要求也變得越來越高，音頻功放作為承擔聲音放大任務的重要設備，正日益受到人們的重視。對于功率放大器，一般要求其有較大的輸出功率、較小的失真、平坦的音頻特性、較高的信噪比和較大的動態(tài)范圍。因此，這次我組研究的對象就是實用音頻放大器，制作一款最大不失真輸出功率Por>15W（失真度小于5%）;帶寬BW>（40?20000）Hz（功放部分）；在POR下的效率>50%;在前置放大級輸入端交流短接到地時，Rl=8Q上的交流聲Vpp<400mV;前置放大器具有低音、中音、高音調節(jié)功能;具有音量調節(jié)功能的實用功率放大器。關鍵詞：功率放大；音量調節(jié)；音調調節(jié)目錄一、任務錯誤!未定義書簽。基本要求錯誤!未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z發(fā)揮部分2二、要求1基本要求錯誤!未定義書簽。發(fā)揮部分2三、設計總思路2分析2系統(tǒng)總體框圖3\o"CurrentDocument"四、音頻信號放大模塊3前置放大電路3功率放大3五、電源模塊4六、音量調節(jié)及顯示模塊5七、音調調節(jié)模塊7\o"CurrentDocument"八、四路音源選擇模塊8九、測試9仿真模擬9\o"CurrentDocument"面包版搭建10十、焊接10十-一、結論10一、任務設計并制作低頻功率放大器。其原理示意圖如下:負載電叩R=8歡二、要求1.基本要求（1）在放大通道的正弦信號輸入電壓幅度為（5?700）mVpp,采用雙電源供電，供電）’等效、L，口

最大不失真輸出功率Por>15W；（失真度小于5%）帶寬BW>（40?20000）Hz；（功放部分）在POR下的效率>50%；④在前置放大級輸入端交流短接到地時，RL=8Q上的交流聲Vpp<400mVo.前置放大器具有低音、中音、高音調節(jié)功能。負載電叩R=8歡.具有音量調節(jié)功能。（前置放大器只能用常規(guī)運放或三極管不得采用專用前置集成電路、功放部分只采用分立元件不得采用專用集成功放）2.發(fā)揮部分制作數(shù)字音量控制電路（不可使用專用音響音量控制集成電路，可用通用數(shù)字電路及單片機控制電路實現(xiàn)），用兩只輕觸開關分別實現(xiàn)音量的加減，控制等級不小于8級。制作四路音源選擇電路，用輕觸開關（單只或四只）實現(xiàn)音源轉換。功能顯示：音源選擇顯示，音量等級顯示。.自制放大器所需的電源（電源變壓器可購成品）。.其它。三、設計總思路分析：實用音頻放大電路主要功能為：1具有基本的音頻信號的放大功能。2可以對四路輸入信號進行選擇。3具有音量的調節(jié)及顯示功能。4具有對低、中、高、音的調節(jié)功能。設計電路圍繞以上功能大致分為五個模塊：電源模塊，音頻信號放大模塊，音量調節(jié)及顯示模塊，音調調節(jié)模塊，四路音源選擇模塊。系統(tǒng)總體框圖：四路音源選擇前級放大電路音調調節(jié)音量加減調節(jié)控制音量大小顯示功率放大電路四路音源選擇前級放大電路音調調節(jié)音量加減調節(jié)控制音量大小顯示功率放大電路運放8Q負載，輸出功率15W,輸出電壓為P=四Uo="xR=、15x8=10.95V?11VUopp=2、我Uo=2.828x11=31.1VR1LL考慮到三極管壓降，使用±18V電源15.6V^8Q=1.95A~2A電源電壓〉±15.6V功放輸出峰值電流電路帶寬較寬，應考慮使用直流耦合的放大電路前置放大器主要起電壓放大作用，該系統(tǒng)中電壓增益為100電路為GND蓮花座音源入VinW110KGND音■調整+18VTVO1-18V電放力01倍測試點R110KU1A40071NE5532V100k104，2IN4007T1IP122NE5532R11k考慮到三極管壓降，使用±18V電源15.6V^8Q=1.95A~2AGND蓮花座音源入VinW110KGND音■調整+18VTVO1-18V電放力01倍測試點R110KU1A40071NE5532V100k104，2IN4007T1IP122NE5532R11kGNDR210K電壓大倍數(shù)1V0T2TIP127-18VRL>GNDSPEAKER單位增益帶寬...10MHz典型值高dc電壓增益...100V/mV典型值VCC±=±18V和RL=600歐姆電源電壓范圍寬...±3V至±20VTIP122的hFE值：1000，所需驅動電流：2A：1000=2mA，NE5532能滿足驅動要求。功率放大功放效率：甲類＜25%乙類＜78.5%甲類〈甲乙類〈乙類-因為在PorT的效率＞50%，所以采用甲乙類互補推挽結構電路圖為其中D1、D2用于減小或消除交越失真T3、T4用于減小或消除交越失真。電路以及測試結果如下圖：輸入信號是60Hz,50mV交流信號，明顯實現(xiàn)放大功能且沒有明顯的失真現(xiàn)象。五、電源模塊在前級放大電路中需要提供18V以及5V電壓所以電源模塊設計要能提供18V以及5V的輸出電壓以供實用。仿真電路及結果如下:得到18.492V,-18.498V,5.007V輸出電壓，誤差屬于可接受范圍。六、音量調節(jié)及顯示模塊制作數(shù)字音量控制電路（不可使用專用音響音量控制集成電路，可用通用數(shù)字電路及單片機控制電路實現(xiàn)），用兩只輕觸開關分別實現(xiàn)音量的加減，控制等級不小于8級。我們的方法是通過兩按鍵的輸入改變74LS192芯片的輸出，從而利用4個繼電器改變接入電路的電阻個數(shù)，進而達到控制加減音量的效果。74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：74LS192的引腳排列及邏輯符號圖中：尹￡為置數(shù)端，'珞為加計數(shù)端，。片3為減計數(shù)端，兀^為非同步進位輸出端，實^為非同步借位輸出端，po、p1、p2、P3為計數(shù)器輸入端，"為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據輸出端。其功能表如下:

MRPLP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba011XXXX加計數(shù)011XXXX減計數(shù)輸入輸出主旦曰壬曰里顯示：在74ls192芯片的輸出端額外設計音量顯示電路，通過74ls47芯片以及數(shù)碼管實現(xiàn)。74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉化成數(shù)碼塊中的數(shù)字，通過它解碼，可以直接把數(shù)字轉換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字。1二274LS47N引腳圖74LS47NABCD-LT-RBI-BI/RBO

音量及顯示模塊仿真圖1二274LS47N引腳圖七、音調調節(jié)模塊音調控制電路的主要功能是通過對放音頻帶內放大器的頻率響應曲線的形狀進行控制，從而達到控制放音音色的目的，以適應不同聽眾對音色的不同愛好。此外還能補償信號中所欠缺的頻率分量，使音質得到改善，從而提高放音系統(tǒng)的放音效果。在高保真放音電路中，一般采用的是高、低音分別可調的音調控制電路。一個良好的音調控制電路，要求有足夠的高、低音調節(jié)范圍，同時有要求在高、低音從最強調到最弱的整個過程中，中音信號（一般指1kHz）不發(fā)生明顯的幅值變化，以保證音量在音調控制過程中不至于有太大的變化。音調控制電路大多由RC元件組成，利用RC電路的傳輸特性，提升或衰減某一頻段的音頻信音調控制電路一般可分為衰減式和負反饋式兩大類，衰減式音調控制電路的調節(jié)范圍可以做得較寬，但由于中音電平也要作很大的衰減，并且在調節(jié)過程中整個電路的阻抗也在變化，所以噪聲和失真較大。負反饋式音調控制電路的噪音和失真較小，并且在調節(jié)音調時，其轉折頻率保持固定不變，而特性曲線的斜率卻隨之改變。電路如下圖：

對于低音信號來說，由于C5的容抗很大，相當于開路，此時高音調節(jié)電位器W2在任何位置對低音都不會影響太大。當?shù)鸵粽{節(jié)電位器w1滑動端調到最左端時，C1被短路，由于電容C2對于低音信號容抗大，所以相對地提高了低音信號的放大倍數(shù)，起到了對低音提升的作用。從定性的角度來說，就是在中、高音域，增益僅取決于R2與R1的比值，即等于1；在低音域，增益可以得到提升，最大增益為(Rwi+R2)/Ri。同理，電路對于高音信號來說，電容C1、C2的容抗很小，可以認為短路。調節(jié)高音調節(jié)電位器W2,即可實現(xiàn)對高音信號的提升或衰減。音調調節(jié)模塊仿真圖八、四路音源選擇模塊利用兩個JK_FF芯片以及74145N芯片設計電路通過按鍵改變74145N的輸出，進而控制4個繼電器的閉合，實現(xiàn)音源選擇功能。九、測試過程1.仿真模擬在測試過程中我們實用multisim12進行仿真模擬，首先對五個模塊分別仿真測試。再整體進行模擬。模擬結果正常?！?±=在保持音源信號不變的情況下，通過加音量鍵可以觀察放大倍數(shù)明顯改變:Q￡ji—m段圜琶|電零|一^^：一衛(wèi)|膺M陣▼|毋*@h&rrII■藝長小波器-XSC1R32R：Kft24ZTE_rrt?i~E?通道_A819.709mV819.709mV0.000V通道_B-20.345mV-20.345mV0.000V:wim心口T1SS口HET2-T1時間2.552s2.552s0.000s麗I?添加I廁1譯列*ES1EBIDD恒［單次TOC\o"1-5"\h\z7J普皮器-XSC1通道_A1.013V1.013V通道一日-20,404mV-20,WmV通道日刻度：|m（je7J普皮器-XSC1通道_