课程设计报告所属院系： 专 业：课程名称： 电子技术基础上设计题目： 低频功率的放大器设计班 级：学生姓名： 学生学号：指导老师：完成日期： 2012. 7. 5一 、设计思路1系统原理框图外供正弦 . 信号源弱信号前放大电路功率放8欧姆 电路■负载自制稳电源波形变I 换电路2 设计方案设计本系统有两种方案，一种方案是采用集成电路与分立元件相结合的 方案，另一种是全部采用集成芯片的方案为尽可能的降低噪声影响，减小非线性失真，以及考虑到外围元器件过多会 给系统引入噪声等干扰因素造成不利影响，本设计采用方案二：全部采用集 成运放芯片搭建电路为满足题目规定的指标要求，减小非线性失真，提高电路的高频和低频 特性，我们决定在前置放大级电路中采用集成双运放NE5532,在正弦波一 方波转换电路中采用集成运放LF357，在功率放大级中采用运放LM1875二、单元电路设计1波形变换电路：设计电路如图1所示，我们直接采用施密特触发器进行波形变换与整形，选用高 精度、高速运算放大器LF357构成施密特触发器根据题目要求，变换后的方波 要正、负对称，频率为1000Hz,上升和下降时间W1us,电压的峰-峰值为200 mV。
因为LF357属于FET管，具有良好的匹配性能，输入阻抗高、低噪声、漂移 小、频带宽、响应快等特点，完全可以满足技术指标要求图1 波形变换电路此电路中，C和C为脉冲加速电容，可以减少方波脉冲上升时间和下降 21 22时间，可以取56pF和lOOpFRP可以将输出幅度调整至200mV,可选用10KR21 24为限流电阻，限制稳压二极管电流VD、VD，保证输出方波幅度稳定12（1）确定输出电压UOU =±V，比较器输出高低电平为土VO Z ZU 二 V 、U 二-VOH Z OL Z（2） U和U的表达式（当U = U时，输出电压状态发生跳变）+ - + -RU 二 U，U 二-23 U- i + - + - O22 233）门限电位—E = 93 VmH R + — Z迟滞宽度AV = E22 23EmLR93 （-V ）+ R22 23Z当U> E时，U' < 0，U=-v ；imHOOz当U< E时，U' > 0，U二 VOi mLOz2R V—匕 二 23 Z-mH mL22 23令R二10K （假设迟滞比较器的迟滞宽度AV = 0.7V）23则 R = （2Vz-1） x R =（丝-1） x 10K = 75.71K，取 R 二 75K022 AV 23 0.7 22R近似等于R，即R二1OK021 23 21图1中集成运算放大器可采用转换速率SR > 10V/uS,增益带宽积GBW > 1 OMHZ的运放芯片，如LF357、OP-16、OP-37、NE5534等。
电路接成迟滞电压比 较器结构，为保证输出方波幅度稳定输出使用2只稳压二极管Dl、D2，稳压值 为Vz=±3VR4为稳压二极管的限流电阻，把流过Dl、D2的电流限定在6mA左 右Cl、C2为脉冲加速电容，它可以进一步减少方波脉冲时间上升和下降时间 假设迟滞比较器的迟滞宽度A V=EmH-EmL=0.7V，则R3可用下式来确定R3= (2Vz/AV — 1) R2= (2*3/0.7-1) * 10=75.71 KQ 取 R3=75 KQ 如电路采用 LF357集成运放，则输出方波的上升时间和下降时间可做到小于0.5uS调节RW, 输出幅度可调节到200mV，满足题目指标要求2弱信号前置放大级电路：前置放大电路可以采用集成运算放大器构成的前置放大器,也可以采用专 用前置放大器IC构成的前置放大器电路，从经济方面考虑本设计采用的是集成运 算放大器方案，设计前置放大器可供选用的集成运算放大器有很多，有LF347、 LF353、LF357、LF356、0P-16、OP-37、NE5532、NE5534等主要考虑的技术指 标是带宽、电压增益、转换速率、噪声和电流消耗等为提高前置放大器电路输入电阻和共模抑制性能，减少输出噪声,采用集 成运算放大器构成前置放大器电路时，必须采用同相放大电路结构，电路如图3所 /示O图2同相放大电路结构的前置放大电路为了尽能保证不失真放大，图3采用两级运算放大器电路A1和A2,每级放大 器的增益取决于R1、R2和R3、R4,即AvA=1+R2/R1,AVB=1+R4/R3。
由上述分析可知,低频功率放大器的总增益为68dB,两级前置放大器的增 益安排在50dB左右比较合适，每级增益在25dB左右，以保证充分发挥每级的线性 放大性能并满足带宽要求，从而可保证不失真，即达到保真放大质量图2中C1、C2分别为隔直流电容，是为满足各级直流反馈、稳定直流工作点 而加的但对于交流成分，C1、C2必须呈现短路状态，即要求C1、C2的容抗远小于Rl、R3的阻值C3、C4为耦合电容，为保证低频响应，要求其容抗远小于放大器的输入电阻R5、R6为各级运放输入端的平衡电阻，通常R5=R2,R6=R4一个采用两级NE5532(C1:A和C1:B)构成的前置放大器如图3所示各级均 采用固定增益加输出衰减组成，要求当各级输出不衰减，输入U 二5mV时，I, P - P输出 U > 2.53VO,P-P对于第一级放大器，要求杂信号最强时，输出不失真，即在U =700mVI,P-P时，输出 U < 11V所以 A = U /U = 11/0.7 = 15.7OM 1 OM P取 A = 15 当输入信号最小，即U =10mV而输出不衰减时I,P-PU =A1X U =15X10=150 mV。
O1,P-P I ,P-P第二级放大要求输出U 22.53V,考虑到元件误差的影响，取O2,P-PU =3V，而输入信号最小为150 mV，则第二级放大器倍数为O2,P-PA = U / U =3/0.15=20 取 A =22因此，取R =1K，R =15K，R =22K,1 O2,P-P O1,P-P 2 6 7 17R =1K18跟随电路具有输入电阻大，输出电阻小的特点，可以做多级放大器的中间级，即缓冲级说得通俗一点，就是做阻抗变换，使前后级之间实现阻抗匹配所以两级放大电路前加了跟随电路实现阻抗匹配3功率放大电路前面已经说过功率放大电路可由分立元件组成也可以由集成功放组成分立 元件组成的功率放大电路，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良， 设计和调试的好，则性能也很优良在分立元件组成功率放大电路中由三极管、 二极管、电阻、电容等器件组成的核心电路，提供了自由调整的余地但分立元 件组成的功率放大电路只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成功率 放大电路而且为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电 路集成功率放大电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以 增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而 且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。
以下介绍采用集成芯片构成的的功率放大器采用集成功放LM1875构成的低频功率放大器电路如图2.6所示LM1875 是一个输出功率最大可达到30W的音频功率放大器，Avo为90dB,失真率为 0.015%(lKHz,20W)，带宽为70 KHz，具有AC和DC短路保护电路和热保护电路， 电源电压范围为16~60V，采用T0-220封装在图5电路中，输入信号Vi经过C12耦合到LM1875的①脚，功率放大后 从④脚输出加到扬声器R13、C14串联接在输出端用以抑制高频噪声C9、CIO、 C11、C13用于电源去耦滤波，防止功率放大器产生高频自激，去耦是指对电源 采取进一步的滤波措施，去除两级间信号通过电源互相干扰的影响 R11、R12 组成反馈网络；C20为直流负反馈电容；直流负反馈的作用是稳定静态工作点， 而对放大电路的各项动态性能没有影响， 动态性能指放大倍数、通频带、输入 及输出电阻等R10为输入接地电阻，防止输入靠路时引起感应噪声；C12为信 号耦合电容，耦合指信号由第一级向第二级传递的过程电源电压采用±15V LM1875开环增益为26 dB，即放大倍数A=20因为要求输出到8Q电阻负载上的功率Po±20W，而U = 2R • P ^'2 x 8 x 20 二 17.9OM 、 L O加上功率管管压降2V,则U 二 U + 2 二 17.9 + 2 二 19.7VOM则取电源电压为±20V。
I = 2 P / R 迈 x 20/8 二 2.24 ACM ' O LP = 2U • I /兀二 2 x 21 x 2.24/兀二 30WV CM所以计算效率为耳 =(P / P ) x 100% = (20/30) x 100% = 66.7%计 O V输出最大不失真电压un =17.9V，故OMu =17.9x2 =35.8VO, P - PR12 1 R11 1由于 A—20，F = = ， A = 1 + = 21， A 〜A x (1 — )〜10R12 + R11 21 f o R12 f f o 1 + AF所以功放电压增益取A =10,则输入信号Fu =u /A = 35.8 /10 =3.58VI,P—P O.P—P F415图4采用集成功放LM1875构成的低频功率放大器电路由于在本电路中选用了集成功放LM1875，它在应用中外围元器件少，调试 简单，便于扩功，使得功率放大级电路简洁，实用，输出功率大，非线性 失真小4自制稳压电源电路：直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量，艮据以上设计的前置放大级电路 和功率放大级电路的要求，仅需要稳压电源输出的一种直流电压即+18V。
因三端 稳压器具有结构简单、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，本设计 中采用三端稳压电路，电源经lOOOuF电解并并上O.luF电容依次滤掉各种频率 干扰后输出，输出电压直流性能好，实测其纹波电压很小三、总体设计电路■才I >H^化£糜沖—鍛散 丈电腐叭电诉订曲：冬电那施电需LAb¥%J刍1»tJ a0 ; ■mip*坯至站盂电路四、仿真与调试1•稳压电源的调试电源电压输出值稳定，其正电压输出为+14.8V,负电压输出为-14.7V虽然运放 所加正负电压不对称时可能会引起直流偏移，即在输入信号为0时，输出信号并 不为0,但考虑到NE5532的低噪声性能和LM1875在8 Q负载上，20W输出时总谐波 失真为0.015%的特点，对正负电压输出微小的不对称不再做调整2.前置放大电路和波形转换电路的调试：在此我们对前置放大电路的两级分开调试调整直流电源输出为±15V,插 上运放NE5532芯片，接通直流电源1前置放大器调试前置放大电路运行情况如下图(5)所示：Oscilloscope-ISCl2功率放大电路调试(与前置放大电路并行)前置放大电路与功率放大电路共同运行情况如下图(6)所示.Bode Plotter-XBPl2D.4S Hs 54.937 dB电压总增益 ： 输出功率 ： 电源平均供给功率：53.6dB（前置放大级为20,功率放大级为33.6）Po=11.236W;Pi=12.5V x 1.185A=14.8W转换效率耳二Po/Pi=11.236/14.8=76%五、心得体会经模拟运行表明，本电路可以实现将输入的低频信号进行放大后，产生足够大的 电流去推动扬声器进行声音的功放。
当然这次毕业设计不是那么的顺利，在刚开 始做的时候，由于对各个元器件的不熟悉，致使我们在做电路的时候很碍手碍脚， 还搞错了元器件的正负极，使电路直接没反映，还有在做电源的时候，由于少接 了一根线，使我在测量电压的时候没有输出电压，后来我们看书上面的电路图， 一步一步仔细的寻找原因，后来终于找出问题的所在在调试电路的时候，开始 的时候没有波形出现，后来才发现是三极管坏了，当找出原因的时候心里面真的 很高兴，因为是自己努力的经过半个月的毕业设计，我不仅在专业技能方面有了明显提高，还了解了产品开 发所必须的全过程：资料收集、功能分析、分析电路、安装、调试等虽然时间 不长但我感觉有很大的收获，通过学习使自己对课本上的知识进一步了解加深， 能够充分利用图书馆的资料，增加了除课本以为的许多知识增强了自己对电路 图的认识，加深了解了电路图每一部分的作用及其是如何工作的与此同时，我 还明白了团结合作的团队精神的可贵性，与队友的合作更是一件快乐的事情，只 有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美而团队合作也是当今 社会最提倡的同时也提高了自己动手能力，包括使用万用表等测量仪器测量数 据，以及利用仪器如何检查故障的根源，怎样排除故障的方法，培养了自己的自 学能力以及人际交往能力。
从而使我能够更好地适应社会工作这次实践活动的时间虽短，但它留给我们的启迪却是深刻而长远的，是我 们人生道路上坚实的一步我通过积极参加社会实践活动，认识了社会，认识到 自己的社会位置，明确了自己的历史使命，激发了自己的学习热情，我会不断地 调整和完善自己的知识结构，战胜前进道路上的各种挫折，锻炼自己的意志和毅 力，为适应今后的工作做好准备实习工作结束了，但这不是终点，而是另一个 新的起点实习的一些收获和体会，都对于我们今后走上工作岗位，都有很大的 帮助经过这次实习，也提高了我的专业水平相信在以后的工作上，还会有更 大的进步此次毕业设计虽然结束了，也留下了很多遗憾，因为由于时间的紧缺和元 器件的缺乏，并没有做到最好，但是，最起码我们没有放弃，它是我们的骄傲！ 相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活我们的激 情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己 的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的， 更加努力的去完善它，增进它六、参考文献1 电路（第五版）2 电子技术上（第五版）3 胡翔骏 电路分析（第二版）4 华成英、童诗白 模拟电子学基础（第四版）。