本文關(guān)鍵詞：模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《電路與模擬電子技術(shù)》 課程設(shè)計(jì)報(bào)告

題

目

低頻功率放大器 信息工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 2012240201 張璐 201224020102 30 日至 1月 10 日 共 2 周

學(xué)院（部） 專(zhuān) 班 業(yè) 級(jí)

學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 12 月

指導(dǎo)教

師（簽字）

1

《電路與模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

低頻功率放大器
一、任務(wù) 設(shè)計(jì)并制作具有弱信號(hào)放大能力的低頻功率放大器。其原理示意圖如圖 1 所示。
放大通道 正弦信號(hào) 外供正 弦信號(hào) 源 弱信號(hào)前 置放大級(jí) 變換 電路 正、負(fù) 極性對(duì) 稱(chēng)方波 自制直流穩(wěn)壓電源 功率放 大級(jí) RL=8Ω

~ 220V 50Hz

圖 1 設(shè)計(jì)任務(wù)示意圖 二、要求 1、在放大通道的正弦信號(hào)輸入電壓幅度為 5~700mV，負(fù)載電阻為 8Ω 條件下，放大通 道應(yīng)滿(mǎn)足： （1）額定輸出功率 POR≥10W； （2）帶寬 BW≥50Hz~10kHz； （3）在 POR 下和 BW 內(nèi)的非線(xiàn)性失真≤3%； （4）在 POR 下的效率≥55%； （5）在前置放大級(jí)輸入端交流短接地時(shí)，RL=8Ω 上的交流聲功率≤10mW。 2、放大電路的時(shí)間響應(yīng) 由外供正弦信號(hào)源經(jīng)變換電路產(chǎn)生正負(fù)極性的對(duì)稱(chēng)方波，頻率為 1kHz、上升和下降時(shí) 間≤1μs、電壓峰-峰值為 200mV。用上述方波激勵(lì)放大電路時(shí)，在負(fù)載電阻為 8Ω 條件下， 放大通道應(yīng)滿(mǎn)足： （1）額定輸出功率 POR≥10W； （2）在 POR 下輸出波形的上升和下降時(shí)間≤12μs； （3）在 POR 下輸出波形的平頂降落≤5%； （4）在 POR 下輸出波形的過(guò)沖量≤5%。 3、自行設(shè)計(jì)并制作滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的直流穩(wěn)壓電源。 4、用 Multisim 對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真。

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低頻功率放大器
摘要： 本次課程設(shè)計(jì)（低頻功率放大器設(shè)計(jì)）由四部分組成：波形轉(zhuǎn)換電路、前置放大級(jí)、功 率放大級(jí)和直流穩(wěn)壓電源。 波形轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將輸入的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)； 前置放大 級(jí)的主要任務(wù)是完成小信號(hào)電壓放大任務(wù)，同時(shí)要求低噪聲、低溫漂；功率放大級(jí)主要任務(wù) 是在允許的失真限度內(nèi),盡可能高效率地向負(fù)載提供足夠大的功率，要求是輸出功率要大、 效率要高；直流穩(wěn)壓電源為整個(gè)電路供電。設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、實(shí)用，充分利用到了集成 功放的優(yōu)良性能。 關(guān)鍵詞： 前置放大、波形轉(zhuǎn)換、直流穩(wěn)壓、功率放大 1、總體方案論證與設(shè)計(jì) （1）波形轉(zhuǎn)換： 方案一： 利用運(yùn)放在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下的飽和特性, 正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大后, 產(chǎn)生了 正弦波飽和失真的方波信號(hào), 由于輸出方波幅值遠(yuǎn)大于題目要求, 于是采用開(kāi)關(guān)三極管腳與 腳短接當(dāng)成兩個(gè)二極管削波（用兩個(gè)鍺開(kāi)關(guān)管也可以）, 便將電壓鉗制在 700mv 左右, 然后 通過(guò)電阻分壓, 最終得到題目要求的正負(fù)極性對(duì)稱(chēng)的 200mVp-p 的方波信號(hào)。 方案二：直接采用施密特觸發(fā)器進(jìn)行變換與整形。而施密特電路可用高精度、高速運(yùn)算 電路搭接而成，也可采用專(zhuān)用施密特觸發(fā)器構(gòu)成，還可以選用 NE5532 電路構(gòu)成。 方案三：利用運(yùn)放的正反饋?zhàn)饔茫罐D(zhuǎn)換部分的波形上升沿和下降沿都變得很陡，利用 穩(wěn)壓管將電壓穩(wěn)定在 6． 2 V 左右， 然后利用電阻分壓得到要求的正負(fù)對(duì)稱(chēng)的峰一峰值為 200 mV 的方波信號(hào)。運(yùn)放選用 NE5532。 本系統(tǒng)采用方案二，電路如圖 1 所示。 （2）前置放大器： 弱信號(hào)前置放大電路必須由低噪聲、 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：M5212、LM5213、LLM1875、TDA1514、NE5532、NE5534 等。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用 NE5532，因?yàn)橥姸嗟倪\(yùn)放相比, NE5532 具有高精度、低噪音、高阻
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抗、高速、寬頻帶等優(yōu)良性能, 被稱(chēng)為“ 運(yùn)放之皇” 。這種運(yùn)放的高速轉(zhuǎn)換性能可大大改善 電路的瞬態(tài)性能, 較寬的帶寬能保證信號(hào)在低、中、高頻段均能不失真輸出, 使電路的整體 指標(biāo)大大提高。電路如圖 2 所示。 （3）功率放大： 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(zhuān)用的功放集成芯片。LM1875 是一款功率放大集成塊， 體積小巧，外 圍電路簡(jiǎn)單， 且輸出功率較大。 該集成電路內(nèi)部設(shè)有過(guò)載過(guò)熱及感性負(fù)載反向電勢(shì)安全工作 保護(hù)。 根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求，可供選擇的功率放大器可由分立元件組成，也可由集成電路完成。 由分立元件組成的功放， 如果電路選擇得好， 參數(shù)恰當(dāng)， 元件性能優(yōu)越， 且制作和調(diào)試得好， 則性能很可能高過(guò)較好的集成功放。 許多優(yōu)質(zhì)功放均是分立功放。 但其中只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出 現(xiàn)問(wèn)題或者搭配不當(dāng)，則性能很可能低于一般集成功放，為了不至于因過(guò)載、過(guò)流、過(guò)熱等 損壞還得加復(fù)雜的保護(hù)電路。現(xiàn)在市場(chǎng)上有許多性能優(yōu)異的集成功放芯片，如 TDA2040A、 LM1875、TDA1514 等。集成功放具有工作可靠，外圍電路簡(jiǎn)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(mǎn)足并超過(guò)本設(shè)計(jì)的要求是沒(méi)有問(wèn)題的。另外集成 運(yùn)放還有性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)。 故本系統(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(jiǎn)單，便于擴(kuò)功等。電路如圖 3 所示。

（4）穩(wěn)壓電源： 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三端集成穩(wěn)壓電源電路，選用 LM7815、LM7915 三端集成穩(wěn)壓器。電 路如圖 4 所示。 2、設(shè)計(jì)方案的原理框圖、總體電路圖 （1）原理框圖：

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放大通道 正弦信號(hào) 外供正 弦信號(hào) 源 弱信號(hào)前 置放大級(jí) 變換 電路 正、負(fù) 極性對(duì) 稱(chēng)方波 自制直流穩(wěn)壓電源 功率放 大級(jí) RL=8Ω

~ 220V 50Hz

（2）總體線(xiàn)路圖：

3、單元電路設(shè)計(jì)及說(shuō)明、主要元器件選擇與電路參數(shù)計(jì)算

（1）單元電路設(shè)計(jì)及說(shuō)明：
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圖1 波形轉(zhuǎn)換 說(shuō)明：將 1KHZ 的正弦波變?yōu)橥l率的對(duì)稱(chēng)方波。NE5532 運(yùn)放做隔離用。

圖2 前置放大 說(shuō)明： 前置放大由兩級(jí) NE5532 典型應(yīng)用電路組成， 各級(jí)均采用固定增益輸出衰減組成。 要求當(dāng)各級(jí)輸出不衰減，輸入 Vp=5mV 時(shí)，輸出 Va.pp>=2.53V。

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圖3 功率放大 說(shuō)明：功率放大器選擇用集成功放 LM1875，采用典型電路，此電路中 R3，，R2 組成反 饋網(wǎng)絡(luò)，C1 為直流反饋電容，R1 為輸入接地電阻，防止輸入電路時(shí)引入感應(yīng)噪聲，C7 為 信號(hào)耦合電容，D1，D2 為保護(hù)二極管，R4 和 C6 組成退偶電路，防止功放產(chǎn)生高頻自激， C5，C2，C3，C4 是電源退耦電容。

圖4 直流穩(wěn)壓

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說(shuō)明： 直流穩(wěn)壓電源部分為整個(gè)功放電路提供能量， 根據(jù)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+15V。因三端穩(wěn)壓器具有結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、外圍元器件少、性能優(yōu)良、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)中采用三端穩(wěn)壓電路。兩 組獨(dú)立的 20V 交流， 經(jīng)過(guò)橋堆整流， 大電容濾波， 再加 0.1uF 小電容濾掉電源中的高頻分量。 考慮到制作過(guò)程中電源空載時(shí)的電容放電可在輸出電容并上 1K 大功率電阻。另外還要給 7815，7915 來(lái)獲得+15V、萬(wàn)一輸入端短路，大電容放電會(huì)使穩(wěn)壓塊由于反電流沖擊而損壞， 加兩個(gè)二極管可使反相電流流向輸入端起保護(hù)作用。

（2）主要元器件選擇： 1）穩(wěn)壓電路中選用 LM7815、LM7915 三端集成穩(wěn)壓器 2）在前置放大級(jí)電路中采用集成雙運(yùn)放 NE5532,在功率放大級(jí)中采用運(yùn)放 LM1875。

（3）電路參數(shù)計(jì)算： ① 前置放大計(jì)算： 對(duì)于第一級(jí)放大， 要求在信號(hào)最強(qiáng)時(shí)， 輸出不失真， 即 Vp=700mV 時(shí)， 輸出 Vom<11V(低 于電源電壓 1V)。所以 A1=Vom/Vp=11/0.7 =15.7 取 A1=15. 當(dāng)輸入信號(hào)最小，即 Vpp=10mV，而輸出不衰減時(shí) V01.pp=A1*Vi.pp=15*10=150mA 第二級(jí)放大要求輸出 V02.pp>2.53V,考慮到元件誤差的影響，取 V02.pp=3V，而輸入信 號(hào)最小為 150mV，則第二級(jí)放大倍數(shù)是 A2 = V02.pp/ V01.pp=20 ② 功率放大計(jì)算： LM1875 開(kāi)環(huán)增益為 26dB，即放大倍數(shù) A=20 因?yàn)橐筝敵龅?8Ω 電阻負(fù)載上的功率 P0>10 W。而 Vom= 2Rl * P。 =12.65V 加上功率管管壓降 2V，則 V=Vom=12.65+2=14.65V
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取電源電壓為 15V Icm= 2P。 * Rl =1.518A PV =2V * Icm/ ? =15.1W 效率為

?計(jì)＝(PO / P % ? (10/ 15.1) ?100% ? 66.2% V ) ?100

4、給出 Multisim 仿真結(jié)果

圖5 波形轉(zhuǎn)換

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圖6 前置放大

圖7 功率放大

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圖8 直流穩(wěn)壓

5、收獲與體會(huì)，存在的問(wèn)題等 時(shí)間總是過(guò)得很快， 經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)， 我已經(jīng)通過(guò)去圖書(shū)館查找資料和上網(wǎng) 查找相關(guān)的設(shè)計(jì)， 與同學(xué)共同完成了一個(gè)低頻功率放大器， 讓我更好的把課本上的知識(shí)應(yīng)用 到實(shí)踐中，更好的運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。 經(jīng)過(guò)這段課程設(shè)計(jì)的日子， 我發(fā)現(xiàn)從剛開(kāi)始對(duì)其的一無(wú)所知， 到現(xiàn)在已經(jīng)能夠基本的設(shè) 計(jì)步驟。雖然開(kāi)始學(xué)得很費(fèi)力，但到后來(lái)就好了。在課程設(shè)計(jì)中，遇到問(wèn)題，最好的辦法就 是問(wèn)別人，因?yàn)槊總�(gè)人掌握情況不一樣，不可能做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事 情就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。 這一點(diǎn)我深有體會(huì)， 在很多時(shí)候， 我遇到的困難或許別人之前就已遇到， 向他們請(qǐng)教遠(yuǎn)比自己在那冥思苦想來(lái)得快。 還有就是要感謝林老師對(duì)我們的輔導(dǎo)， 在這段時(shí) 間里正是她的督促和教誨，才使我們的課設(shè)能按時(shí)的完成。

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2002 [7] 谷麗華、辛?xí)詫帯⒚葱駯| 實(shí)用低頻功率放大器的設(shè)計(jì) 沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)報(bào) 2005 年 01 期

附件： NE5532 的極限參數(shù) 參數(shù) 電源電壓 差分輸入電壓 輸入電壓 功耗，TA=25℃ 工作溫度 符號(hào) Vcc Vdif Vi PD TOPR NE5532 ± 22 ± 13 提供電壓 1100 0~70 單位 V V V mW ℃

LM1875 的參數(shù) 電壓范圍：?jiǎn)坞妷?15~60V , 或 ±30V 靜態(tài)電流： 50mA 輸出功率： 30W 諧波失真：＜ 0.015% ，當(dāng) f=1kHz ， R L=8Ω ， 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： 18V/μS (9V/μS)

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