DC功率放大器论文正文Word文档格式.docx
- 文档编号:22442628
- 上传时间:2023-02-04
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:496.56KB
DC功率放大器论文正文Word文档格式.docx
《DC功率放大器论文正文Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《DC功率放大器论文正文Word文档格式.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
噪声和交流声极小,对低频响应和失真度有了改进,提高了电路的对称性和开环指标。
功率放大器在国内的研究现状,从使用元件的角度来看,有电子管的功率放大器、晶体管功率放大器、场效应管功率放大器、集成电路功率放大器等;
从电路结构来看,OTL功率放大电路、OCL功率放大电路、BTL功率放大电路、开关型功率放大电路等。
现在普遍采用OCL电路(即是无输出电容电路)。
2设计要求
(1)输出功率:
20W(额定功率)
(2)负载电阻:
8
(3)通频带:
20HZ~20KHZ
4)通道数:
双声道
(5)失真度:
≤3%
3设计方案
3.1总体方案
按放大器的功能分为纯后级功放和合并式功放。
(1)纯后级功放:
在功放电路中,不带信号源选择、音量控制等附属功能的功率放大器称为纯后级功放。
后级的输入讯号很单纯,就是承接前级的输出。
一般只适用于高档的机或专业机中。
(2)合并式功放:
将前置放大器和功率放大器两部分安装在同一个机箱内的放大器称为合并式功率放大器。
特点:
当信号源在一定输入时,放大器的输出可达功率的最佳效果;
可以有多组音源输入选择;
具有电平控制功能;
左右声道全为一体,还可设有高低音调控制装置等。
本设计所采用的是合并式功放,因为有以上的特点,而且应用也相当的广泛,所以就采用合并式功率放大器。
合并式功放价钱较便宜,且使用方便,完全能够满足一般的家庭需要。
3.2总体框图
图3.1总体框图
4电路设计
4.1电源电路
4.1.1组成
电源电路由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。
电源变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。
整流电路是利用二极管的单向导电特性,将正负交替的正统交流电压变换成单向的脉动电压。
滤波电路是将脉动电压中的脉动成分滤掉,使输出电压成为比较平滑的直流电压。
稳压电路是使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持特定。
本次设计中,主要包括了电源变压器、整流电路、滤波电路三个部分。
没有稳压电路,因为功率放大电路对电压的稳定要求不高,所以就不用稳压电路。
4.1.2电源电路原理图
图4.1电源电路原理图
4.1.3参数选择
变压器采用中心抽头、次级电压为双18V的电源变压器;
整流电路为桥式整流电路(正、负双电源),形式采用桥堆;
滤波电路采用电容滤波,具有的特点:
输出电压波型连续且比较平滑,输出电压的平均值提高(桥式整流U0=1.2U2)等等。
输出的直流电压为24V,直流电流为2A,交流电源频率为50HZ,根据公式
C>(3~5)
得:
Rl=
=
=12
C>4×
=3333uF[12]
滤波电容采用6800uF。
4.1.4原理
220V市电经过开关S1和保险管(F1),后进入变压器初级,变压器的次级输出双18V交流,双18V送入由D1组成的桥式整流电路,经过桥式整流和C1,C2(6800UF/35V)的滤波后,输出的空载电压约为正负24V左右(U=1.414*18V),正负24V为JRC4558和功放电路以及保护电路。
4.2前置放大电路
在音响系统中的前置放大器,是连接信号源与功放的枢纽和桥梁。
它有两个作用:
①选择不同的输入信号,在不同的信号源间进行切换;
②是控制音量,即是根据人们的需要,控制声音的大小。
前置放大器主要由音源选择、音量控制、音调控制、平衡控制和前置放大等部分组成。
音源选择电路用来选择输入的音频信号,如磁带机、CD机等。
音量控制电路:
用来调节输入后级放大器的信号电平的大小,以便获得不同的音量[17]。
采用的是电位器衰减式音量控制电路。
音调控制电路:
用来调节信号的低频、中频和高频的成分比例,以满足不同的聆听要求[17]。
采用的是RC衰减—负反馈式音调控制电路。
平衡控制:
是立体声前置放大器的特有装置,用于调整左、右声道的音量差别,以校正聆听者偏离左、右音箱中线时的声像偏离,或是校正左、右声道的增益差。
本次设计主要运用了音量控制电路、音调控制电路、平衡控制电路及前置放大。
音源选择选用MP3或是MP4信号。
音量和音调控制电路是功放电路中,常具备的电路,因此也采用了。
4.2.1前置放大电路原理图
图4.2前置放大电路原理图
4.2.2原理
音频信号经C27耦合到音量电位器VOLUME,经电位器的动臂、R1、C1输往音调控制电路,再到平衡控制按钮。
C3和C5对低音频信号视为开路,C4对高音频信号视为短路。
低音控制电路:
当低音电位器RP3动臂滑到左端时,中音、低音经R5直接送到运放JRC1558的反相输入端(2脚),进行反相输出(7脚),同时从7脚取一路反馈到低音控制电路中,C3、C5将相们相反的中音信号送到低音电位器的左端,对中音进行衰减。
因为反馈回来的容抗大,而电位器的50K全部串联在负反馈电路中,低音在负反馈中不起作用。
因此,对中音、低音的提升量最大。
当低音电位器RP3动臂滑到右端时,与上述情况相反,因而低音衰减最大。
高音控制电路:
当高音电位器RP4动臂滑到左端时,高音经C4直接送到运放JRC4558的反相输入端(2脚),进行反相输出(7脚),同时从7脚取一路反馈到高音控制电路中,C4将相位相反的高音信号送到高音电位器的左端,对高音进行衰减。
由于反馈回来的容搞大,而电位器的50K全部串联在负反馈电路中,高音在负反馈中不起作用。
因此,对高音的提升量最大。
当高音电位器RP4动臂滑到右端时,与上述情况相反,因而高音衰减最大。
4.2.3双运放JRC4558
①JRC4558的介绍
JRC4558是由两个低噪声、高性能的算放大器组成,是双运算放大集成电路,适用于有源滤波补偿放大器、音频放大器等。
②特点:
内含相位补偿电路,噪声低,Vin=2.5uV;
速度高,频带宽,fT=3MHz;
可采用双列直播封装(DIP8)或微型双列8脚塑料封装(SOP8)
③JRC4558内部框图
图4.3JRC4558内部框图
④JRC4558引脚功能表
表一JRC4558引脚功能表
引出端序号
符号
功能
1
OUT1
输出端1
2
INT1(-)
反向输入端1
3
INT1(+)
正向输入端1
4
VEE
负电源
5
INT2(-)
正向输入端2
6
INT2(+)
反向输入端2
7
OUT2
输出端2
8
VCC
正电源
4.3功放电路
功率放大电路的作用是将来自前置放大器的信号放大到足够能推动相应扬声器系统所需的功率。
按电路所用的器材分类,可以分为电子管功率放大器、晶体管功率放大器、集成电路功率放大器。
(1)晶体管功率放大器:
具有体积小、功率大、能耗少等特点,技术参数指标高,具有良好的瞬态特性。
分立元件构成的电路结构,被应用在很多功率放大器中。
(2)电子管功率放大器:
在20世纪60年代以前均采用电子管作功率放大器,后来被体积小、功率大、耗能少的晶体管所取代。
(3)集成电路功率放大器:
它的最突出优点是可靠性高,外围电路简单,组装方便,不足之处是电声指标(功率、频响、失真度、信噪比等)和音质皆不如分立元件组成的放大器。
本设计所采用的是晶体管功率放大器,它克服了电子管功放的两个缺点,一是阻尼系数可做得很高,有良好的瞬态特性,在声音的节奏感,力度上要比胆机明快、爽朗、有力;
二是无需变压器,不仅节省成本,缩小体积,而且避免了由变压器所引起的失真。
晶体管放大器是现时市场上汽车音响功率放大器的主流产品,品种繁多,档次齐全。
4.3.1功放电路原理图
图4.4功放电路原理图
4.3.2电路的组成
(以左声道为例)①输入级:
VT1、VT2构成NPN型差分放大电路,VT3、VT4构成PNP型差分放大电路。
共同组成了互补对称的差分输入放大级。
R16、R17、R18、R36、R37组成输入级的偏置电路。
②激励级:
VT5、VT6组成单端推挽电压放大级,也是作为功率放大级的激励级。
③对称互补输出级;
VT7、VT8是功率放大推动管,而VT7与VT9组成NPN型功率复合管,VT8与VT10组成PNP型功率复合管。
4.3.3原理
左声道:
当输入的音频信号处于“正半周”时,VT1导通,VT3截止,“正半周”信号经VT1、VT2差分放大后,从VT1集电极直接耦合到VT5的基极,经VT5放大到足够的幅度,激励VT7和VT9输出正半周的信号。
同理,当音频信号处于“负半周”时,VT3导通,VT1截止,“负半周”信号经VT3、VT4差分放大后,从VT3的集电极直接耦合VT6,的基极,经VT6放大到足够的幅度,激励VT8、VT10输出负半周信号。
右声道:
当输入的音频信号处于“正半周”时,VT11导通,VT13截止,“正半周”信号经VT11、VT12差分放大后,从VT11集电极直接耦合到VT5的基极,经VT15放大到足够的幅度,激励VT17和VT19输出正半周的信号。
同理,当音频信号处于“负半周”时,VT13导通,VT11截止,“负半周”信号经VT13、VT14差分放大后,从VT13的集电极直接耦合VT16,的基极,经VT16放大到足够的幅度,激励VT18、VT10输出负半周信号。
4.4保护电路
保护电路是用来保护功放管和扬声器,它的几种形式:
(1)切断负载式保护电路:
主要是由过载检测及放大电路、继电器两部分组成。
当放大器输出过载或是中点电位,过载检测电路输出过载信号,经放大后启动继电器动作,使扬声器断开,从而保护了扬声器。
(2)分流式保护电路:
由过载检测及分流控制组成,当输出过载时,过载检测电路输出过载信号,控制并联在两功率管基极之间的分流电路,使其内阻减小,分流增加,减少了大功率管的输出电流,保护功率管和扬声器。
(3)切断信号式保护电路;
当功率放大器输出过大的功率时,由过载保护电路检测到过载信息,经处理放大后,传给触发器等控制器,由控制器输出控制电平,将输入到功诲放大器的信号接地或切断输入通路。
(4)切断电源式保护电路:
在功率放大器因过载等原因而出现过流时,保护电源电路。
本设计中采用的是切断负载式保护电路。
因为在各种功率放大器中最常用,所以就选切断负载式保护电路。
4.4.1保护电路原理图
图4.5保护电路原理图
4.4.2参数选择
参考《现代音响与设计技术》的90页的电路图——切断负载式保护电路。
对部分元件的参数进行了修改,在元件介绍中体现。
4.4.3原理
继电器K1为常闭状态,控制S2、S3;
整流桥D9和VT21构成检测电路;
D6是VT22、VT23的保护二极管VT22、VT23是继电器的鸡翅管。
C23为开机延时保护电路,R27、R28起隔离的作用。
当电路过载时,整流桥D9将些信号检测出来,使VT21导通,VT22截止,VT23导通,继电器K1吸合,从而使左、右扬声器断开,电路得到保护。
4.4.4元件介绍
(1)9014的资料
①9014是NPN型小功率三极客,是非常常见的晶体三极管,主要用途:
作为低频、低噪声前置放大等电路中。
②9014管脚图及封装
1、发射极
图4.69014管脚图及封装
2、基极
3、集电极
③三极管参数
集电极最大耗散功率PCM=0.4W(Tamb=25℃)
集电极最大允许电流ICM=0.1A
集电极基极击穿电压BVCBO=50V
集电极发射极击穿电压BVCEO=45V
发射极基极击穿电压BVEBO=5V
集电极发射极饱和压降VCE(sat)=0.3V(IC=100mA;
IB=5mA)
基极发射极饱和压降VBE(sat)=1V(IC=100mA;
特征频率fT=150MHz
HFE:
A=60~150;
B=100~300;
C=200~600;
D=400~1000
(2)9013资料
①9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管,
②9013管脚图
图4.79013管脚图
最大耗散功率(PCM):
0.625W
最大集电极电流(ICM):
0.5A
集电极-发射极击穿电压(VCEO):
25V
集电极-基极击穿电压(VCBO):
45V
发射极-基极击穿电压(VEBO):
5V
集电极-发射极饱和压降(VCE):
0.6V
特怔频率(fr):
150MHZ
放大倍数:
D64-91E78-112F96-135G122-166H144-220I190-300
4.5电路的总图
见附录
5仿真
总体电路的仿真是在软件Multisim虚拟电子实验室中进行的。
具体步骤如下:
(1)打开Multisim软件并建立一个放置仿真电路图的文件夹;
(2)规划电路界面;
(3)调出所有仿真电路所需的元件;
(4)将仿真电路用的元件按原理图绘制在Multisim的工作区域内;
(5)连接线路和放置节点;
(6)连接仪器仪表;
(7)执行仿真命令。
6PCB设计
本次设计PCB图,采用的软件是Protel99SE软件。
6.1Protel99SE原理图编辑内容与步骤
(1)单击“File”菜单下的“NewDesign...”命令,创建一个新设计文件库文件(文件名为:
DC功率放大器的设计.ddb)
(2)在“设计文件管理器”窗口内,双击“Document”文件夹,然后执行“File”菜单下的“New...”命令,选择SchematicDocument(原理图文档)文件图标,生成一个新的原理图文件。
(3)图纸类型、尺寸、底色、标题栏等的选择。
单击“Design”菜单下的“Options...”(选择)命令,在弹出的对话框内,单击“SheetOptions”(纸张选项)标签,在“DocumentOptions”的文档设置窗内选择图纸类型为A4,图纸底色为淡黄色,打印时设置为白色,标题栏采用默认标准。
(4)单击“Tools”菜单下的“Preferences...”(优化...)命令,设置Protel原理图编辑器的工作参数。
(单击主工具栏内的放大、缩小工具,适当放大编辑区。
)
(5)放置元器件R1、R2、VT1、JRC4558...等
(6)设置电子元器件属性。
元件序号(R1~R56、C1~C26、D1~D111等)
元器件封装:
普通电阻为AXIAL0.4、、NPN晶体管为TO-220/TO-92、整流二极管采用桥堆,其封装为FLY4、极性电容为RB.3/.6、普通电容为RAD0.2、变压器采用外置方式等等。
(7)调整元件位置,并使用“画线”工具连接。
(8)执行ERC检查,并纠正电路图中可能存在的错误。
(9)执行“Design”菜单下的“UpdatePCB..”命令直接创建PCB文件。
或先执行该菜单下的“CreateNetlist...”命令,生成网络表文件。
(10)在PCB编辑区中,对其进行布局。
6.2Protel印制电路图
图6.1Protel印制电路图
6.3印制板电路的制作
完成PCB图的设计后,就应该制作印制电路板,制作印制电路板的步骤如下:
(1)将打印出的PCB图贴在覆铜板上;
(2)用电熨斗将PCB图牢牢固熨在覆铜板上,斯下不干胶纸。
此时在不干胶上的电路原理图就被熨在了覆铜板上;
(3)用三氯化铁将覆铜板进行腐蚀;
(4)用橡胶水或汽油将腐蚀后的覆铜板上的油漆洗净;
(5)将有焊盘的地方进行钻孔。
7组装及调试
7.1元件的安装与焊接
1、元器件的检测:
在安装前应对元件的好坏进行检查,防止已损坏的元件被安装。
2、根据元器件封装画好装配图。
3、在印制板上安装元件时,一般应注意如下几点:
(1)元件引脚若有氧化膜,则应除去氧化膜,并进行搪锡处理。
(2)安装时,要确保元件的极性正确,如二极管的正、负板、三极管的e、b、c极,电
解电容的正、负极等。
(3)元件外形的标注字(如型号、规格、数值)应放在看得见的一面。
(4)同一种元件的高度应当尽量一致。
(5)安装时,应先安装小元件(如电阻),然后安装中型元件,最后安装大型元件,这样便于安装操作。
4、大功率器件的安装
(1)器件和散热器接触面要清洁平整,保证它们之间的接触良好。
(2)在器件和散热器的接触面上加硅酯,可改变传热的效果。
(3)有两个螺钉坚固时,要采用对角线轮流坚固,可防止贴合不良。
5、集成电路的安装要点
(1)防静电
(2)找方位(3)匀施力
6、在进行焊接操作时要注意安全,焊接时间,送锡方法,烙铁头处理,用松香的道理和
方法,防止虚焊的措施等。
7.2调试
全部零件安装焊接完毕后,再将电源变压器,左、右声道输出变压器全部装上,并将全部元器件与电路图仔细对照一遍,是否存在漏焊或接错之处,一切无误后才能进行调试。
调试前应将输出端子接上假负载,可选用100Ω以内、10W以上的电阻代替。
然后再将功放电子管插上,开机3分钟后,密切注视所有零部件的温升是否正常,不可有跳火或冒烟等不正常现象出现。
然后通电进行调试:
改变VOLUME、BASS、TREBLE按钮的阻值大小,它的音量、高音、低音有明显的变化(VOLUME的值增大,音量随之增大,反之减小;
BASS、TRELBE按钮同理)。
8性能指标
(1)输出功率:
20W
(2)信噪比:
≥60db
(3)失真度:
≤0.3%
(4)灵敏度:
500MV
(5)通道数:
双通道
9总结
功率放大器在音响系统中占重要的位置,对音质的要求也相当的高,但是成本也有些高。
我设计的这种功率放大器,性能较好、成本较低等特点,即是DC功率放大器。
总结本次设计中做的工作,大致有以下几个方面:
(1)搜集了大量与本设计相关的资料,确定课题的设计方案
(2)确定了设计方案之后,确定了设计的结构框图
(3)设计DC功率放大器的电路图,并仿真
(4)大量的搜索资料,确定了电路中元件的参数及型号
(5)在Protel99SE软件中制作PCB图,并打印出来
(6)印制板的制作:
将打印出的PCB图贴在覆铜板上;
用电熨斗将PCB图牢牢固熨在覆铜板上,斯下不干胶纸。
用三氯化铁将覆铜板进行腐蚀;
用橡胶水将腐蚀后的覆铜板上的油漆洗净;
将有焊盘的地方进行钻孔
(7)将电子元件安装在电路板上,并进行调试。
在整个毕业设计的过程中,我学到了无论做任何事情都要有的正确态度和心态。
第一,我明白了做学问要一丝不苟,对于出现的任何问题和偏差都不要忽视,要通过正确的途径去解决;
第二,在做事情的过程中要有耐心和毅力,遇到困难不能知难而退,只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的;
第三,在工作中要学会与人合作的态度,认真听取别人的意见,这样做起事情来就可以很好的完成。
参考文献
[1]王兴亮.现代音响与调音技术(第二版)[M].西安:
西安电子科技大学出版社.2007年5月第二版
[2]聂广林,邓朝平,曾祥富.音响设备原理与维修[M].重庆:
西南师范大学出版社.2002年9月第四次印刷
[3]邹天汉.控制器和经典功放设计与制作[M].北京:
人民邮电出版社.2004年7月第1版
[4]李雄杰,叶建波.家用音响原理与检修[M].北京电子工业出版社.2002年7月第1次刷
[5]李水飞.AV功放原理与维修[M].北京:
北京科学技术出版社.2005年5月第1次印刷
[6]骆新全,黄玲玲.电路仿真与PCB设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社.2004年8月第1版
[7]杨海祥.电子整机原理—音响设备[M].北京;
高等教育出版社.2005年第3次印刷
[8]何希才,邹炳强.通用电子电路应用400例[M].北京:
电子工业出版社.2005年6月第一版
[9]张维国,张莉.高保真视听器材选购指南[M].北京:
国防工业出版社.2005年9月第1次印刷
[10]李昌文.功放电路七巧板[J].家电修,2009.07
[11]王喜成.音响技术.西安:
西安电子科技大学出版社.1997年7月第1版
[12]聂广林,任德齐.电子技术基础(第二版)模拟部分[M].重庆;
重庆大学出版社.2005年1月第9次印刷
[13]石新峰,宋守云.双差分输入全对称互补直流功率放大电路的分析与设计[J],河南机电高等专科学校学报,第12卷(1期);
2004.01
[14]姚福安.音频功率放大器设计[N].山东大学学报,2003年06期
[15]周锡韬.高保真音响[M].北京:
电子工业出版.1999年第1版
[16]江晓安,董秀峰.模拟电子技术(第二版)[M].西安:
西安电子科技大学出版社.2002年1月第2版.
[17]聂广林.音响技术与设备(M).重庆:
重庆大学出版社.2004年1月第1次印刷
[18]龚伟.音频放大器控制方式综述.重庆大学报,2003年02期
致谢
经过两个多月的奋战,此次毕业设计已经接近尾声,作为一个应届本科生,由于经验的缺乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及同学们的支持,我想我很难完成此次毕业设计。
在这里首先要感谢我的导师肖扬老师,肖老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从论文开题到查阅资料,设计草案的确定和修改。
中期检查,后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。
我的设计较为复杂烦琐,但是肖老师仍然细心地纠正图纸中的错误。
除了敬佩肖老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。
在此设计过程中,我收获了许多,使我在以后从事本行业奠定了坚实的基础,在此诚挚向老师道一句:
老师,您辛苦了!
本设计的研究工作得到了熊磊、郑青山等同学的大力支持与帮助,他们为我的设计提出了宝贵的建议,在此致以诚挚的谢意。
在这六周的毕业设计时间内,我付出过艰辛,但我人生也收获了许多,不管
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- DC 功率放大器 论文 正文