模拟电子技术基础课程设计音频功率放大器的设计.docx
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模拟电子技术基础课程设计音频功率放大器的设计
课程设计报告书
一、项目介绍与设计目的
音频功率放大器,简称音频功放,音频功率放大器主要用于推动扬声器发声,凡发声的电子产品中都要用到音频功放,比如:
手机、MP4播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享受。
此次课程设计目的是设计一个满足输出条件的实用音频功率放大器。
二、设计方案
1.项目环境要求
采用运算放大集成电路和功率放大集成电路设计音频功率放大器,其要求如下:
1 输入信号为vi=50mV,频率f=400Hz;
2 额定输出功率Po≥2W;
3 负载阻抗RL=0.8KΩ。
2.项目功能模块
音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大,使其功率增加,然后输出。
其原理如图所示,前置放大主要完成对小信号的放大,使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大,得到后一级所需要的输入。
后一级主要对音频进行功率放大,使其能够驱动电阻而得到需要的音频。
实验原理如图:
实验电路原理图
3.设计内容
3.1)前端放大器的设计
声音源的输出信号的电压差别很大,从零点几毫伏到几百毫伏。
一般功率放大器的输入灵敏度是一定的,这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话,对于输入过低的信号,功率放大器输出功率不足,不能充分发挥功放的作用;假如输入信号的幅值过大,功率放大器的输出信号将严重过载失真,这样将失去了音频放大的意义。
所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器,以便使放大器适应不同的的输入信号,或放大,或衰减,或进行阻抗变换,使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。
另外在各种声音源中,除了信号的幅度差别外,它们的频率特性有的也不同,如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形,即低音被衰减,高音被提升。
对于这样的输入信号,在进行功率放大器之前,需要进行频率补偿,使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态,即加入频率均衡网络放大器。
考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求,前置放大器选用集成运算放大器LF353。
前置放大电路是由LF353放大器组成的一级放大电路,电路图如图1,放大倍数为4,
即1+R2/R1=10,取R2=90KΩ,R1=10KΩ,所用电源Vcc=+12V,Vee=-12V。
图1前端放大器电路图
注:
R2=90KΩ,R1=10KΩ。
经过前级运放的放大,由Av===10,可以得到Uo=0.5v。
于是我们得到了下一级功率放大电路的输入电压,即为Ui’=Uo=0.5v。
3.2)功率放大器的设计
由于实验室实验仪器的限制及要求,我们的方案选用了A386型单片集成功率放大电路(电路图如图2),其主要特点是:
上升随率高、瞬态互调失真小;输出功率比较大;外围电路简单,使用方便;体积小;内含各种保护电路,工作安全可靠。
图2功率放大器电路图
注:
C1=220uf,C2=0.1uf,C3=10uf,C4=0.1uf,R3=4.7K,RL=0.8K.
我们选择功率运放电路的增益为400,即把A386的运放调节电路两端短路。
因为经过前端放大器我们已经得到了功率放大器的输入电压Ui=0.5V。
由Av==400;
所以Uo=1.2KV;
进而得出P0===1.8KW;即最后的输出功率放大至1.8KW。
3.3)实验原理总设计电路原图
图3音频功率放大器电路图
注:
C1=220uf,C2=0.1uf,C3=10uf,C4=0.1uf,R1=30K,R2=10K,R3=4.7K,RL=0.8K.
4仿真操作
4.1)按照上述方案,在Multisim中连电路图操作
图4音频功率放大器仿真图
如图,该电路分为前端放大器和功率放大器两部分,其功能分别为完成对小信号的放大和对音频功率的放大。
当输入信号后,通过两个放大器的作用后,实现对音频信号的放大,并通过扬声器放出。
4.2)设置输入信号,并运行
人能听到的声音频率有一定的范围,大多数人能够听到的声音频率范围是20Hz到20000Hz;人能发出的声音频率也有一定的范围,大多数人能够发出的声音频率范围是85Hz到1100Hz.且为了观察方便,本次试验将输入信号设为400HZ,电压为50.00MV
4.3)观察输出信号
本次试验输出结果:
电压-1.181KV,周期为573.981ms,同输出比较,还是比较明显。
三、总结和分析
本次课程设计目的是设计一个满足输出条件的实用音频功率放大器。
由于声音源的输出信号的电压差别很大,从零点几毫伏到几百毫伏。
一般功率放大器的输入灵敏度是一定的,这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话,对于输入过低的信号,功率放大器输出功率不足,不能充分发挥功放的作用;假如输入信号的幅值过大,功率放大器的输出信号将严重过载失真,这样将失去了音频放大的意义。
所以本次实验采用多级放大的原理进行音频放大,主要设计为第一级的前端放大器和第二级的功率放大器,前置放大主要完成对小信号的放大,使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大,得到后一级所需要的输入。
后一级主要对音频进行功率放大,使其能够驱动电阻而得到需要的音频。
实验中遇到最大的问题就是设计电路图并做仿真操作,但是经过不懈的努力,总算完成了本次课程设计。
我们作为通信工程专业的学生,觉得能做这样的课程设计是十分有意义。
在已度过的两年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面,如何去面对现实中的各种热处理工艺设计?
如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢?
做类似的作业就为我们提供了良好的实践平台。
在做本次课程设计的过程中,感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书,并且在做课程设计时的那种团结与合作。
为了让我们的设计更加完善,更加符合工艺标准,一次次翻阅热处理方面的书籍是十分必要的,同时也是必不可少的。
通过这次课程设计我们也发现了自身存在的不足之处,虽然感觉理论上已经掌握,但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑,经过一番努力才得以解决。
通过这次设计,我们懂得了学习的重要性,了解到理论知识与实践相结合的重要意义,学会了坚持、耐心和努力,这将为我们今后的学习和工作铺展了道路。
另外,课堂上也有部分知识不太清楚,于是我们又不得不边学边用,时刻巩固所学知识,这也是我们做本次课程设计的一大收获。
整个设计我基本上还满意,由于水平有限,难免会有错误,还望老师批评指正。
指导老师评语:
成绩评定:
指导老师签名:
基地指导老师签名:
年月日
教研室意见
教研室主任签章
年月日
学院意见
分管院长签章
年月日
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