低頻放大電路實(shí)驗(yàn)報告

課程設(shè)計(jì)報告所屬院系：專業(yè)：課程名稱：電子技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)題目：低頻功率的放大器設(shè)計(jì)班級：學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：指導(dǎo)老師:完成日期：2012.7.5一、設(shè)計(jì)思路1系統(tǒng)原理框圖2設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)有兩種方案，一種方案是采用集成電路與分立元件相結(jié)合的方案，另一種是全部采用集成芯片的方案。為盡可能的降低噪聲影響，減小非線性失真，以及考慮到外圍元器件過多會給系統(tǒng)引入噪聲等干擾因素造成不利影響，本設(shè)計(jì)采用方案二：全部采用集成運(yùn)放芯片搭建電路。為滿足題目規(guī)定的指標(biāo)要求,減小非線性失真,提高電路的高頻和低頻特性,我們決定在前置放大級電路中采用集成雙運(yùn)放NE5532,在正弦波一方波轉(zhuǎn)換電路中采用集成運(yùn)放LF357，在功率放大級中采用運(yùn)放LM1875。二、單元電路設(shè)計(jì)1波形變換電路：設(shè)計(jì)電路如圖1所示，我們直接采用施密特觸發(fā)器進(jìn)行波形變換與整形，選用高精度、高速運(yùn)算放大器LF357構(gòu)成施密特觸發(fā)器。根據(jù)題目要求，變換后的方波要正、負(fù)對稱，頻率為1000Hz，上升和下降時間≤1us，電壓的峰-峰值為200mV。因?yàn)長F357屬于FET管，具有良好的匹配性能，輸入阻抗高、低噪聲、漂移小、頻帶寬、響應(yīng)快等特點(diǎn)，完全可以滿足技術(shù)指標(biāo)要求。圖1波形變換電路此電路中，和為脈沖加速電容，可以減少方波脈沖上升時間和下降時間,可以取56pF和100pF。可以將輸出幅度調(diào)整至200mV，可選用10K。為限流電阻，限制穩(wěn)壓二極管電流、，保證輸出方波幅度穩(wěn)定。（1）確定輸出電壓，比較器輸出高低電平為、（2）和的表達(dá)式（當(dāng)=時，輸出電壓狀態(tài)發(fā)生跳變），（3）門限電位當(dāng)時，，；當(dāng)時，，。遲滯寬度。令（假設(shè)遲滯比較器的遲滯寬度）則，取近似等于，即圖1中集成運(yùn)算放大器可采用轉(zhuǎn)換速率SR>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。R4為穩(wěn)壓二極管的限流電阻，把流過D1、D2的電流限定在6mA左右。C1、C2為脈沖加速電容，它可以進(jìn)一步減少方波脈沖時間上升和下降時間。假設(shè)遲滯比較器的遲滯寬度ΔV=EmH-EmL=0.7V，則R3可用下式來確定R3=（2Vz/ΔV-1）R2=（2*3/0.7-1）*10=75.71KΩ取R3=75KΩ如電路采用LF357集成運(yùn)放，則輸出方波的上升時間和下降時間可做到小于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。2弱信號前置放大級電路：前置放大電路可以采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的前置放大器,也可以采用專用前置放大器IC構(gòu)成的前置放大器電路,從經(jīng)濟(jì)方面考慮本設(shè)計(jì)采用的是集成運(yùn)算放大器方案,設(shè)計(jì)前置放大器可供選用的集成運(yùn)算放大器有很多,有LF347、LF353、LF357、LF356、0P-16、OP-37、NE5532、NE5534等。主要考慮的技術(shù)指標(biāo)是帶寬、電壓增益、轉(zhuǎn)換速率、噪聲和電流消耗等。為提高前置放大器電路輸入電阻和共模抑制性能,減少輸出噪聲,采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成前置放大器電路時,必須采用同相放大電路結(jié)構(gòu),電路如圖3所示。圖2同相放大電路結(jié)構(gòu)的前置放大電路為了盡能保證不失真放大,圖3采用兩級運(yùn)算放大器電路A1和A2,每級放大器的增益取決于R1、R2和R3、R4,即AvA=1+R2/R1,AVB=1+R4/R3。由上述分析可知,低頻功率放大器的總增益為68dB,兩級前置放大器的增益安排在50dB左右比較合適,每級增益在25dB左右,以保證充分發(fā)揮每級的線性放大性能并滿足帶寬要求,從而可保證不失真,即達(dá)到保真放大質(zhì)量。圖2中C1、C2分別為隔直流電容,是為滿足各級直流反饋、穩(wěn)定直流工作點(diǎn)而加的。但對于交流成分,C1、C2必須呈現(xiàn)短路狀態(tài),即要求C1、C2的容抗遠(yuǎn)小于R1、R3的阻值。C3、C4為耦合電容,為保證低頻響應(yīng),要求其容抗遠(yuǎn)小于放大器的輸入電阻。R5、R6為各級運(yùn)放輸入端的平衡電阻,通常R5=R2,R6=R4。一個采用兩級NE5532(C1:A和C1:B)構(gòu)成的前置放大器如圖3所示。各級均采用固定增益加輸出衰減組成,要求當(dāng)各級輸出不衰減,輸入時，輸出。對于第一級放大器,要求雜信號最強(qiáng)時,輸出不失真,即在時,輸出。所以取。當(dāng)輸入信號最小,即=10mV而輸出不衰減時=A1×=15×10=150mV。第二級放大要求輸出≥2.53V,考慮到元件誤差的影響,取=3V,而輸入信號最小為150mV,則第二級放大器倍數(shù)為/=3/0.15=20取=22。因此,取R=1K,R=15K,R=22K,R=1K。跟隨電路具有輸入電阻大，輸出電阻小的特點(diǎn)，可以做多級放大器的中間級，即緩沖級。說得通俗一點(diǎn)，就是做阻抗變換，使前后級之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。所以兩級放大電路前加了跟隨電路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。圖3兩級NE5532構(gòu)成的前置放大電路3功率放大電路前面已經(jīng)說過功率放大電路可由分立元件組成也可以由集成功放組成。分立元件組成的功率放大電路，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當(dāng)，元件性能優(yōu)良，設(shè)計(jì)和調(diào)試的好，則性能也很優(yōu)良。在分立元件組成功率放大電路中由三極管、二極管、電阻、電容等器件組成的核心電路，提供了自由調(diào)整的余地。但分立元件組成的功率放大電路只要其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則性能會低于一般集成功率放大電路。而且為了不致過載、過流、過熱等損壞元件，需要加以復(fù)雜的保護(hù)電路。集成功率放大電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設(shè)計(jì)具有復(fù)合保護(hù)電路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定，無須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡單，保護(hù)功能齊全，還可外加散熱片解決散熱問題。以下介紹采用集成芯片構(gòu)成的的功率放大器。采用集成功放LM1875構(gòu)成的低頻功率放大器電路如圖2.6所示。LM1875是一個輸出功率最大可達(dá)到30W的音頻功率放大器，Avo為90dB,失真率為0.015%(1KHz,20W)，帶寬為70KHz，具有AC和DC短路保護(hù)電路和熱保護(hù)電路，電源電壓范圍為16~60V，采用TO-220封裝。在圖5電路中，輸入信號Vi經(jīng)過C12耦合到LM1875的①腳，功率放大后從④腳輸出加到揚(yáng)聲器。R13、C14串聯(lián)接在輸出端用以抑制高頻噪聲。C9、C10、C11、C13用于電源去耦濾波，防止功率放大器產(chǎn)生高頻自激，去耦是指對電源采取進(jìn)一步的濾波措施，去除兩級間信號通過電源互相干擾的影響。R11、R12組成反饋網(wǎng)絡(luò)；C20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)，而對放大電路的各項(xiàng)動態(tài)性能沒有影響，動態(tài)性能指放大倍數(shù)、通頻帶、輸入及輸出電阻等。R10為輸入接地電阻，防止輸入靠路時引起感應(yīng)噪聲；C12為信號耦合電容，耦合指信號由第一級向第二級傳遞的過程。電源電壓采用±15V。LM1875開環(huán)增益為26dB，即放大倍數(shù)A=20。因?yàn)橐筝敵龅?Ω電阻負(fù)載上的功率Po≥20W，而加上功率管管壓降2V，則則取電源電壓為±20V。所以計(jì)算效率為輸出最大不失真電壓=17.9V，故由于A=20，，，所以功放電壓增益取=10,則輸入信號圖4采用集成功放LM1875構(gòu)成的低頻功率放大器電路由于在本電路中選用了集成功放LM1875，它在應(yīng)用中外圍元器件少，調(diào)試簡單，便于擴(kuò)功，使得功率放大級電路簡潔，實(shí)用，輸出功率大，非線性失真小。4自制穩(wěn)壓電源電路：直流穩(wěn)壓電源部分則為整個功放電路提供能量，根據(jù)以上設(shè)計(jì)的前置放大級電路和功率放大級電路的要求，僅需要穩(wěn)壓電源輸出的一種直流電壓即+18V。因三端穩(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)中采用三端穩(wěn)壓電路，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)測其紋波電壓很小。三、總體設(shè)計(jì)電路四、仿真與調(diào)試1.穩(wěn)壓電源的調(diào)試電源電壓輸出值穩(wěn)定，其正電壓輸出為+14.8V，負(fù)電壓輸出為-14.7V。雖然運(yùn)放所加正負(fù)電壓不對稱時可能會引起直流偏移，即在輸入信號為0時，輸出信號并不為0，但考慮到NE5532的低噪聲性能和LM1875在8Ω負(fù)載上，20W輸出時總諧波失真為0.015％的特點(diǎn)，對正負(fù)電壓輸出微小的不對稱不再做調(diào)整。2.前置放大電路和波形轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試：在此我們對前置放大電路的兩級分開調(diào)試。調(diào)整直流電源輸出為±15V，插上運(yùn)放NE5532芯片，接通直流電源1前置放大器調(diào)試前置放大電路運(yùn)行情況如下圖(5)所示:2功率放大電路調(diào)試(與前置放大電路并行)前置放大電路與功率放大電路共同運(yùn)行情況如下圖(6)所示.電壓總增益:53.6dB(前置放大級為20,功率放大級為33.6)輸出功率:Po=11.236W;電源平均供給功率:Pi=12.5V1.185A=14.8W轉(zhuǎn)換效率:=Po/Pi=11.236/14.8=76%五、心得體會經(jīng)模擬運(yùn)行表明，本電路可以實(shí)現(xiàn)將輸入的低頻信號進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的功放。當(dāng)然這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不是那么的順利，在剛開始做的時候，由于對各個元器件的不熟悉，致使我們在做電路的時候很礙手礙腳，還搞錯了元器件的正負(fù)極，使電路直接沒反映，還有在做電源的時候，由于少接了一根線，使我在測量電壓的時候沒有輸出電壓，后來我們看書上面的電路圖，一步一步仔細(xì)的尋找原因，后來終于找出問題的所在。在調(diào)試電路的時候，開始的時候沒有波形出現(xiàn)，后來才發(fā)現(xiàn)是三極管壞了，當(dāng)找出原因的時候心里面真的很高興，因?yàn)槭亲约号Φ摹＝?jīng)過半個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅在專業(yè)技能方面有了明顯提高，還了解了產(chǎn)品開發(fā)所必須的全過程：資料收集、功能分析、分析電路、安裝、調(diào)試等。雖然時間不長但我感覺有很大的收獲，通過學(xué)習(xí)使自己對課本上的知識進(jìn)一步了解加深，能夠充分利用圖書館的資料，增加了除課本以為的許多知識。增強(qiáng)了自己對電路圖的認(rèn)識，加深了解了電路圖每一部分的作用及其是如何工作的。與此同時，我還明白了團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)精神的可貴性，與隊(duì)友的合作更是一件快樂的事情，只有彼此都付出，彼此都努力維護(hù)才能將作品做的更加完美。而團(tuán)隊(duì)合作也是當(dāng)今社會最提倡的。同時也提高了自己動手能力，包括使用萬用表等測量儀器測量數(shù)據(jù)，以及利用儀器如何檢查故障的根源，怎樣排除故障的方法，培養(yǎng)了自己的自學(xué)能力以及人際交往能力。從而使我能夠更好地適應(yīng)社會工作。這次實(shí)踐活動的時間雖短，但它留給我們的啟迪卻是深刻而長遠(yuǎn)的，是我們?nèi)松缆飞蠄?jiān)實(shí)的一步。我通過積極參加社會實(shí)踐活動，認(rèn)識了社會，認(rèn)識到自己的社會位置，明確了自己的歷史使命，激發(fā)了自己的學(xué)習(xí)熱情，我會不斷地調(diào)整和完善自己的知識結(jié)構(gòu)，戰(zhàn)勝前進(jìn)道路上的各種挫折，鍛煉自己的意志和毅力，為適應(yīng)今后的工作做好準(zhǔn)備。實(shí)習(xí)工作結(jié)束了，但這不是終點(diǎn)，而是另一個新的起點(diǎn)。實(shí)習(xí)的一些收獲和體會，都對于我們今后走上工作崗位，都有很大的幫助。經(jīng)過這次實(shí)習(xí)，也提高了我的專業(yè)水平。相信在以后的工作上，還會有