题目: 带前置放大的音频功率放大器
专 业 电气工程及其自动化 班 级 0910-1 学 号 20096828 姓 名 曹阳
完成日期: 2011 年 6 月 28 日
上页为课程设计的封皮模板, 要求设计内容在3000字以上,第8、第9题,每题都要求单独的封面。
第10题根据单片机小学期课程要求设计。 必须为打印图纸。
内容必须科学合理,可利用网络、图书等资源。
设计内容手写,打印不限,但必须清楚完整。
课程设计任务书
题 目 学生姓名 带前置放大的音频功率放大器 学号 班级 指导教师 专业 设计要求: 前置放大器的放大倍数为10倍,使用单电源低噪声集成运放TL070C、TL4558、NE5534、OP-27A,功率放大采用LA4100、或LM386、或其他型号。音量可调,杂音小,有电源退耦。无自激。 研室主任签字 时 间 年 月 日 注:可根据内容加页。
1. 方案设计
原理图如下图所示。根据题意,有三个基本电路,需要我们设计其中两个:前置信号放大放大电路、功率放大电路。
信号源 前置信号放大电路 功率放大电路 负载 直流稳压电源
其中:前置信号放大电路是将小信号源的电压放大,功率放大电路对电压和电流进行放大。这两个也是我们任务中主要要完成的电路。直流稳压源则是为整个运放提供能量。下面,对所需要完成的电路进行分析。
2. 电路设计
1.
前置信号放大电路
此电路我选择NE5534进行设计,NE5534具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带的优良性能,是前置信号放大电路设计的常用元
件。用次元件可打打改善电路瞬态性能,使得信号不失真输出,使电路的整体指标大大提高。而如果使用分立元件使用的话,比较复杂,成本较高,各项指标也不理想。故使用NE5534,下面进行分析。电路图如下图所示。
由题,要求放大器的放大倍数为10倍,而根据模电所学知识。易求得次电路的放大倍数A=1+R3/R1=10。可以推出R3/R1=9。所以,可取R1=1KΩ,R3=9KΩ,而根据所学的知识,我们知道R2的阻值应该等于R1和R3并联的阻值,所以R2取0.9 KΩ。即可实现此电路。
下面,我们用Multisim7软件对其进行仿真。根据实际情况,我们取Ui=100mv、60Hz。Vee=-15V、Vcc=15V。输出接万用表,测的的结果下图所示。
可以得出:Uo/Ui=10,所以根据仿真结果,证明理论正确。
2.功率放大电路
由于本人知识水平有限,题目所给的功率放大运放元件的功能不太了解。并且通过反复的思考,我认为采用分立元件实现此电路比较简单,直观。所有元件易找,电路连线简单且没有明显的缺点。所以的决定用分立元件,即咱们模电所学的OTL甲乙类互补对称电路来实现功率的放大。此电路除了具有题目单电源的要求,而且还能减小交跃失真,改善输出波形,同时又能获得较高的效率,所以在实际过程中得到了广泛的应用。并且,该电路经济适用,适合咱们学生用来做实验。下面进行分析,电路图如下图所示。
由题,RL=16Ω。而使VT1与VT2的特性曲线对称,所以三极管集电极最大电压Uces为Ucem=Vcc/2-Uces。
所以三级换的集电极最大电流为 Icm=Ucem/Rl=(Vcc/2-Uces)/Rl 所以最大输出功率为Pom=Ucem·Icem/2=Ucem²=(Vcc/2-Uces) ²/2Rl
当Uces远远小于Vcc/2的时候,可以认为Pom约等于Vcc²/8Rl。 而实际情况再精度要求不高的情况下,可以忽视Uces。所以,下面忽略Uces进行讨论。
因为题目要求Pom=4.5W 所以可以推出Vcc=24。
而电源的功率Pv=Vcc/2·(1/∏0Icm·sinwtd(wt)=VccIcm/∏=Vcc²/2∏Rl
所以可认为η=Pom/Pv=( Vcc²/8Rl)/( Vcc²\\2∏Rl)= ∏/4=78.5%>50%,顾满足题意。
根据电路图,用Multisim7进行仿真。根据实践中的摸索和课本知识的结合。我取Ui=4V、60Hz,C1=10uF、C2=200uF,R1=1.5KΩ、R2=100Ω、R3=1.5Ω。输出接示波器,分别接在输出、输入两端。可以得到仿真的结果为下图所示。
pi
由仿真结果,证明次功率放大电路可以稳定的对输入进行放大,并且输出波形稳定。所以用OTL甲乙类互补对称电路来实现功率的放大是可行的。
3. 直流稳压源
直流稳压电源的作用是为整个电路提供能量。顾依题意,结合电路图分析。我们选用直流稳压电源的输出电压为+15V,-15V即可。
4. 总电路图
综上所述,将本次课题的主要电路连接起来。得出总电路原理图如下图所示。
对此图进行仿真,得到输出结果为下图所示。
5. 课程设计总结
时间总是过得很快,经过五天的课程设计的学习,我已经自己能制作一个带前置放大的音频功率放大器,这其中的兴奋是无法用言语表达的。
学习模电这段时间也是我们一学期最忙的日子。任务对我们来说,显得很重。昨天刚考完概率,为了尽快完成模电的课程设计,我一天也没歇息。相关知识缺乏给学习它带来很大困难,为了尽快掌握它的用法,我照着原理图学习视频一步一步做,终于知道了如何操作。
刚开始我借来了一份带前置放大的音频功率放大器设计资料,但离实际应用差距较大,有些器件很难找到,后来到网上搜索了一
下相关内容,顺便到学校图书馆借相关书籍,经过不断比较与讨论,最终敲定了带前置放大的音频功率放大器的电路原理图,并且询问了兄弟班关于元器件的参数情况。为下步实物连接打好基础。
在做电路仿真时,我画好了电路原理图,修改好参数后,创建网络列表时系统总是报错,无论我怎样修改都不行,后来请教同学,他们也遇到了同样的困惑。任何事情都不可能是一帆风顺的,开始是创建网络表时出现问题,后来是没有差错但出来的仿真波形不是预计中的,这确实很难修改。输出时仿真波形总是一条直线,我弄了一晚上也找不出原因,整个人也显得焦躁不已。
经过这段课程设计的日子,我发现从刚开始的Matlab到现在的Multisim7,不管是学习哪种软件,都给我留下了很深的印象。由于没有接触,开始学得很费力,但到后来就好了。在每次的课程设计中,遇到问题,最好的办法就是问别人,因为每个人掌握情况不一样,不可能做到处处都懂,发挥群众的力量,复杂的事情就会变得很简单。这一点我深有体会,在很多时候,我遇到的困难或许别人之前就已遇到,向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。
最终实验报告做出来了。通过这次课程设计,我明白了一个道理,就是无论做什么事情都需要自己认真对待,努力专研。遇到自己不会的地方应该向老师直接请教或者像同学询问,另外,网上的很多资料也对我们有很大的帮助。所以我们要学会利用网络来帮助自己的学习。遇到问题时,特别是在这次实践中遇到的问题,比较难。我们有时候真的会觉得自己没法完成任务,但是,我们不应该放弃,过了这个坎,也许接下来的东西会简单很多。所以,我们应该用坚持的态度对待每一件事,我们才能做好它。
尽管现在只是初步学会了带前置放大的音频功率放大器,离真正掌握还有一定距离,但学习的这段日子确实令我收益匪浅,不仅因为它发生在特别的时间,更重要的是我又多掌握了一门新的技术,收获总是令人快乐,不是吗?
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