模电综合课程设计高效率音频功率放大器.docx
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模电综合课程设计高效率音频功率放大器
模电综合课程设计
实验报告
高效率音频功率放大器
1.设计目的1
2.设计任务1
3.设计要求1
4.设计步骤1
5、单元电路设计2
6、实验测试方法和测试实验数据分析7
7、附件9
高效率音频功率放大器
作者:
黄瑞铭
◆1、设计目的
(1)熟悉一些基本器件的应用;
(2)熟悉多功能板的焊接工艺技术和电子线路系统的装调技术;
(3)熟悉D类功率放大器的工作原理;
(4)完成高效率音频功率放大器的设计。
◆2、设计任务
设计并制作一个高效率音频功率放大器。
功率放大器的电源电压为+5V,负载为8Ω电阻。
原理框图如图1所示。
图1
◆3、设计要求
(1)3dB通频带为300Hz~3400Hz,输出正弦信号无明显失真。
(2)最大不失真输出功率≥1W。
(3)输入阻抗>10k。
(4)低频噪声电压(20kHz以下)≤10mv,在电压放大倍数为10,输入端对地交流短路时测量。
(5)在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50%。
◆4、设计步骤
(1)进行方案论证,合理设计高效率音频功率放大器的电路原理图;
(2)单元电路组装调试;
(3)整机组装调试;
(4)写出设计报告。
◆5、单元电路设计
音频信号前置放大器设计
如图7所示。
设置前置放大器,可使整个功率的增益从1-20连续可调,而且也保证了比较器的比较精度。
当功放输出的最大不失真功率为1W时,其上的电压=8V,此时送给比较器音频信号的值应为2V,则功放的最大增益约为4(实际上,功放的最大不失真功率要略大于1W,其电压增益要略大于4)。
因此必须对输入的音频信号进行前置放大,其增益应大于5。
前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放TL062,组成增益可调的同相宽带放大器。
选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻的要求。
同时,采用满幅运放可在降低电源电压时仍能正常放大,取,要求输入电阻大于,故取,则
图7
,反馈电阻采用电位器,取,反相端电阻取,则前置放大器的最大增益为:
调整使其增益约为8,则整个功放的电压增益从0~32可调。
考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值,取,则要求输出的音频最大幅度。
超过此幅度则输出会产生削波失真。
三角波发生器设计
该电路采用满幅运放TL062及高速精密电压比较器LM393来实现,电路如图8所示。
TL062不仅具有较宽的频带,而且可以在较低的电压下满幅输出,既保证能产生线性良好的三角波,而且可以达到发挥部分对功放在低电压下正常工作的要求。
图8
载波频率的选定既要考虑抽样定理,又要考虑电路的实现,选择150kHz的载波,使用四阶ButterworthLC滤波器,输出端对载频的衰减大于60dB,能满足题目的要求,所以我们选用载波频率为150kHz。
电路参数的计算:
在5V单电源供电下,我们将运放5脚和比较器3脚的电位用调整为2.5V,同时设定输出的对称三角波幅度为1V()。
若选定为,并忽略比较器高电平时上的压降,则的求解过程如下:
取为。
选定工作频率为,并设定,则电容的计算过程如下:
对电容的恒流充电或放电电流为:
则电容两端最大电压值为:
其中为半周期,。
的最大值为2V,则:
取,,采用可调电位器。
使振荡频率在左右有较大的调整范围。
PWM波产生电路设计
选用LM393精密高速比较器,电路如图9所示,因供电为5V单电源,为给提供2.5V的静态电位,取,,4个电阻均取。
由于三角波,所以要求音频信号的不能大于2V,否则会使功放产生失真。
图9
音频功率放大器设计
1)驱动电路
电路如图10所示。
将PWM信号整形变换成互补对称的输出驱动信号,用LM393组成电压跟随器和1:
1反向比例放大器以获得对称输出信号,送给由晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱动的输出管,保证了快速驱动。
驱动电路晶体三极管选用2SC8050和2SC8550对管。
图10
2)H桥互补对称输出电路
对VMOSFET的要求是导通电阻小,开关速度快,开启电压小。
因输出功率稍大于1W,属小功率输出,可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管,IRF9540和IRF540VMOS对管的参数能够满足上述要求,故采用之。
实际电路如图11所示。
互补PWM开关驱动信号交替开启Q5和Q8或Q6和Q7,分别经两个4阶Butttterworth滤波器滤波后推动喇叭工作。
图11
附件:
高效率音频功率放大器设计参考电路图
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- 综合 课程设计 高效率 音频 功率放大器