音频功率放大器的设计70848
12页1、 目录1 技术指标12 设计方案及其比较12.1 方案一12.2 方案二22.3方案比较33 方案实现43.1元件简介53.2 该方案的优点74 调试过程及结论75 心得体会96 参考文献11音频功率放大器的设计1 技术指标设计一音频功率放大器;要求输入信号Vi=10mV,频率f=1kHz,负载电阻为8,输出功率Po1W。2 设计方案及其比较 各种放大电路的本质都是对能量的转换和控制,无论哪种放大电路,在最后输出的负载上都同时会有输出电压Vo,输出电流Io以及输出功率Po。而任何放大电路,无论是对其电压进行放大,还是对电流进行放大,最终都会有功率放大的作用。但要注意的是,在功率放大电路的输出级,父负载往往都是低阻值负载,例如我们本实验所用的喇叭,其阻值就只有8,因而我们在设计电路的时候就要考虑放大电路接负载的能力,也就是放大电路本身的输出电阻要尽量小一点,这样就会增加其带负载的能力,所以通过我们所学的知识,带负载能力最强的放大电路是共集电极放大电路,所以在使用分离元器件设计放大电路的时,就要使用此种组态的放大电路。 当然在设计音频功率放大器时,我们不得不考虑的一个因素就是音频信号经过放
2、大后,最终输出信号的失真情况。因而我们在设计电路时,就要考虑如何去减小电路的非线性失真。在功率放大电路中,如果输出功率过大,非线性失真就会非常严重。而且本身音频设备对信号的输出限制非常多,也就是对电路的非线性失真的要求非常高,所以实际设计中这一点也是很关键的。2.1 方案一 图1 同相运算放大电路方案一 同相运算放大电路,采用的是两级电压放大,使用两个运算放大器,按照技术要求,输入信号为10mV,输出负载电阻为8,输出功率Po1W,因而根据 (1) 可得,因为Po1W,R=8,所以可得V2V,再根据Av= (2)可得两级放大倍数之积至少为400倍。 在理论上,可以通过一个运算放大器以及其电阻的合理设置将其电压的放大倍数调制在大于等于400倍这个水平。而且本身运算放大器的倍数也不存在过多的限制,但是实际中如果采用一级放大可能在实验器材的选取上会受到一定的限制,电阻的选择可能没法达到设计的参数,因而也会导致实验最后的结果与理论值偏离太多。经过思考,我最终决定采用前后两级放大电路,放大倍数在前后两级可以适当设置,所以我把放大倍数都设计为20倍,在实际从操作时,选用两个1k,两个20k即可满足
3、实验技术要求。在图一中可以看到,根据运算放大器的特性,理论上可得 (3) 即 所以在误差允许的一定范围内,实际选用的电阻可以将最终的放大倍数调到441,完全达到设计要求。2.2 方案二 图2 甲乙类互补对称功率放大电路方案二采用的依旧是两级放大电路。 第一级为分离元器件构成的放大电路,使用了三极管、二极管、电阻,形成了一个甲乙类互补对称电路。在图二中,我们看到,Q3为前置的放大器,其组态是共集电极放大电路。二极管D1、D2可以提供偏置电压(如果不使用两个二极管提供电压偏置,当输入信号很小的时候,因为达不到三极管的开启电压,而使两个三极管均不导通,输出电压就会为零;但是当输入信号略大于开启电压时,三极管虽然能导通,但输出波形仍会有一定程度的失真。)可以有效的消除输出信号的交越失真,因而输出也会有比较好的线性关系。 由于三极管Q1、Q2互补对称,形成推挽输出的结构。在静态时,流入后级电路的输出就为零,所以经过第二级放大后负载上得到的电压也为零,没有输出功率。动态时,Q1、Q2轮流导通,两个三极管的导通角略大于180,在负载上就可以得到一个完整的正弦波信号。 第二级为一个运算放大器,作用就是
4、放大电压,其放大倍数可以根据所接反馈电阻自行设置。理论公式同方案一公式(1). 2.3方案比较 方案一,整体电路比较简单,而且原理明了,就是使用两个运算放大器,放大其电压,最终电路将放大后信号电压信号(音频信号),送到负载。但是该方案总体上没有考虑信号的失真,因而可能会使最终的输出存在一定的非线性失真。而方案二,在信号的失真上,做了非常好的处理,使用甲乙类互补对称功率放大电路,可以非常有效地消除其交越失真,但是该方案相比方案一存在一个比较突出的问题,使用分立元器件,第一级前置放大电路的放大倍数具有不确定性,而且在实际使用时,三极管的特性可能随环境的改变而发生变化,后一级运算放大器的放大倍数设置也就可能需要一定的变化,因而比较麻烦,该方案在理论上是切实可行的,通过Protues仿真也能正常实现设计要求,但根据实际还是不太理想的方案。3 方案实现 图3 使用集成功率放大器的功率放大电路 方案三,总体上来说,还是两级放大电路。第一级使用一个运算放大器,实现电压的放大;第二级使用的是一个集成功率放大器,实现功率的放大。按照所给的元器件第一级的运算放大器型号为LF353,后级集成功率放大器的型号
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