第七周 幅频均衡电路实验报告Word下载.docx
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(1)前置放大电路要求:
a.小信号电压放大倍数不小于400倍(输入正弦信号电压有效值小于10mV)。
b.-1dB通频带为20Hz~20kHz。
c.输出电阻为600。
(2)制作带阻网络对前置放大电路输出信号v1进行滤波,以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准,要求最大衰减≥10dB。
带阻网络具体电路见图2。
图2
(3)制作幅频均衡电路,对带阻网络输出的20Hz~20kHz信号进行幅频均衡。
要求:
a.输入电阻为600。
b.经过幅频均衡处理后,以10kHz时输出信号v3电压幅度为基准,通频带20Hz~20kHz内的电压幅度波动在1.5dB以内。
b.发挥部分
制作功率放大电路,对数字均衡后的输出信号v3进行功率放大,要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。
(1)当输入正弦信号vi电压有效值为5mV、功率放大器接8电阻负载(一端接地)时,要求输出功率≥10W,输出电压波形无明显失真。
(2)功率放大电路的-3dB通频带为20Hz~20kHz。
(3)功率放大电路的效率≥60%。
(4)其他。
二、方案论证与设计
前置放大方案选择:
方案一:
选择普通运放OP07进行放大,但OP07的对高频段的频率特性明显有影响,噪声大。
方案二:
因为NE5532以及NE5534可以在10Mhz内可调。
用一级放大达不到要求,所以选择用NE5532双运放进行两级放大,一级放大20倍一级放大25倍。
确定此方案。
幅频均衡电路方案选择:
要求在20HZ——20KHZ内的电压幅度波动在1.5dB以内。
设计一个在30KHZ电压幅度下降为-3dB。
设置它的传递函数为
,但经仿真他不能在20KHZ下降-1.5dB.
为抬高起频率。
仿真后可以达到要求。
低频功率放大器电路设计方案选择:
甲类放大器
甲类放大器,是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。
A类放大器在结构上,还有两类不同的工作方式。
其中一类是将两个射极跟随器相联工作,其偏置电流要增加到在正常负载下有足够的电流流过,而不使任一器件截止。
这一措施的最大优点是它不会突然地耗尽输出电流,如果负载阻抗低于标定值,放大器会短期出现截止现象,在失真上可能略有增加,但不致出现直感上的严重缺陷。
另一类可称作为控制电流源型(VCIS),它本质上是一个单独的射极跟随器,并带有一个有源发射极负载,以达到合适的电流泄放。
但甲类功率放大器的能量转换的效率太低,主要用于电压放大,在功率放大电路中较少应用。
乙类放大器
乙类放大器,是指器件导通时间为50%的一种工作类别。
乙类放大器的偏置使推挽的晶体管在无驱动信号时,处于低电流状态,当加上驱动信号时,一对管子中的一只在半周期内电流上升,而另一只管子则趋向截止,到另一半周期时,情况相反,由于两管轮流工作,必须采用推挽电路才能放大完整的信号波形。
乙类放大器的优点在于效率较高,理论上可以达到78%。
但输出波形严重失真。
方案三:
甲乙类放大器
甲乙类放大器,实际上是甲类和乙类的结合,每个器件的导通时间在50—100%之间,依赖于偏置电流的大小和输出电平。
甲乙类放大器的优点在于它比甲类提高了小信号输入时的效率,随着输出功率的增大,效率也增高,相对于乙类,也能保持更好的失真度。
方案四:
丙类放大器
丙类放大器,是指器件导通时间小于50%的工作类别。
这类放大器,一般用于射频放大。
方案五:
丁类放大器
这类放大器,其特点是断续地转换器件的开通,可控制信号的占空比以使它的平均值能代表音频信号的瞬时电平,这种情况被称为脉宽调制(PWM),其效率在理论上来说是很高的。
但是,实际困难还是非常大的。
3、电路设计、工作原理与计算
1、前置放大:
仿真电路如图3:
图3
仿真结果:
计算方法V0=Vi*(1+R2/R3)*(1+R9/R6)可以通过调节R2和R9来调节电压的增益。
可以设置调节前端增益为20倍,二级增益为R9是增益为25倍。
所以AV=20*25=500。
2、补偿电路:
为了达到在20HZ---20kKHZ内电压幅度波动在在-1.5dB内.设计一个为50KHZ的截止频率。
其传递函数为
的电路图。
而有根据带阻网络算出它的传递函数。
其计算方法根据图4来表示:
VC
VO
VP
Vi
图4
波特图
计算结果为:
代入数值计算结果为
设计的补偿电路为H1(S)*H(S)=H2(S);
在经过MATAB计算结果得:
;
此结果为2个惯性环节的低通滤波器和一个放大电路组成。
经自动控制原理的惯性环节的计算公式
;
且K=R1/R2;
T=R1C;
由此结果得;
第一个惯性环节:
R1=2.127K;
R2=4.6445K;
C=470PF.第二个惯性环节为:
R1=6.77K;
R2=1.834K;
C=470PF;
放大电路由一个E5534单运放组成构成反向放大器且放大倍数放大为5倍左右。
其电路图为图5所示:
经仿真结果可以达到要求。
3低频功放:
采用开关功放。
因此要产生PWM波。
可以由三角波和正弦波比较产生。
为最后能获得正弦波要求三角波的频率和幅度都要大于正弦波。
才能经过滤波恢复出正弦波。
起电路图为三角波的产生电路如图6所示:
图6
仿真结果;
PWM波的电路如图7:
图7
低频功放的电路图:
四、测试结果:
1放大电路的测试结果:
vi
20mv
f
20HZ
200HZ
1KHZ
20KHZ
40KHZ
vo
9.76V
9.8V
10V
8.4V
误差分析:
误差存在的原因。
因为NE5532芯片的频率限制。
在过低或者过低的频率电压会下降,电压电压的不精准,再加上制作工艺等的影响造成有误差。
2.放大电路与带阻电路连接测试结果:
10KHZ
10.3KHZ
11V
10.4V
7.6V
7.4V
误差计算:
截止频率在-3dB处的电压为V1=
11*0.707=7.77V。
由上一级的误差带来的影响。
再加上电阻的确定值导致频率不可调。
制作工艺是很有影响。
3.放大电路与带阻电路补偿电路的测试结果:
5.2V
4.96V
3.56V
2.48V
实验总结与体会:
在本轮课题的设计中,主要在低频功放的设计存在很大的问题,对开关功放的不理解。
开关功放的效率高。
在这次测试中,测试的波形不是很清楚。
主要是焊接的问题,经改进效果良好。
在本次课题中主要学习到的是各门学科的关联性。
5、参考文献:
1.自动控制原理;
作者:
胡涛松,科学出版社;
2.电子线路综合设计,主编:
谢自美,华中科技大学出版社;
3.电子技术基础;
主编:
康华光;
高等教育出版社;
4.数字幅频均衡功率放大器(09全国大学生电子设计大赛全国一等奖)
甲类功放:
Q点在交流负载线的重点,如图电路特点:
输出波形无失真,但静态电流大,效率低。
乙类功放:
Q点在交流负载线和()输出特性曲线交点,如图电路特点:
输出波形失真大,但静态电流几乎等于零,效率高。
甲乙类功放:
Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处,如图电路特点:
输出波形失真大,静态电流小,效率较高。
丁类功放是放大元件处于开关功放的一种放大模式。
丁类功放的实现很难,但是静态电流很小效率很高产生的热量小。
为获得较高的效率和最大输出功率放大器的工作状态为临界状态。
选择此方案。
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