低音频功率放大器器设计报告,,

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2011-08-25 20:47 标签： 音频功率放大器
低频功率放大器设计报告
一、系统分析与方案论证
本系统由前置放大电路、功放电路、交直流转换电路、带阻滤波电路，单片机控制模块和液晶显示模块组成。系统总体框图如图一所示。
功率、效率
开关接入测量
输入正弦信号
前置放大电路
交直流转换
单片机控制、运算
带阻滤波电路
间接检流电路
直流电源电压
系统总体框图
1.放大模块的增益分配
题目上要求在
电阻负载上，输出功率要求，故输出电压的有效值不应小于Vom=6.3V，由于输入正弦信号有效值取5mv，所以整个电路的电压增益为：
=62dB。在这里，我们的功率放大的电压增益初步定为 20 dB。
显然在前置放大电路中最好需要采用两级放大。
2.前置放大电路
方案一：使用AD844芯片。电路简单，实现效果好，但性价比较低。
方案二：使用NE5532芯片。能满足设计要求，电路简单且其为双通道，性价比高，故采用方案二。
3.功放电路
方案一：采用分立元件构成的MOS管构成的OTL功率放大器电路。该电路具有能量转换效率高的特点，但典型的OTL电路在负载只有8Ω的情况下，等效值较小，故对低频信号的无失真输出有影响，尤其对低频信号的衰减较大。
方案二：采用MOSFET的OCL低频功率放大器电路。MOSFET功率管具有激励功率小，输出功率大，输出漏极电流具有负温度系数，安全可靠，无需加保护措施，而且还具有工作功率高、偏置简单等优点。满足末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管的要求，故采用方案二。
4.交直流转换
方案一：全波整流电路。利用二极管的单向导电性，可以很容易的得到直流电压。电路复杂，调试困难。
方案二：使用AD637芯片。AD637是一种集成有效值转换芯片，能把交流电压信号转换为幅值等于交流有效值的直流电压信号。AD637满足题目要求，且使用方便，故采用方案二。
5.带阻滤波电路
方案一：使用无限增益多路反馈电路构成二阶带阻滤波器。该电路Q值高，BW、Av可调，该电路具有倒相作用，使用元器件较少，但增益调节对其性能参数会有影响。
方案二：使用压控电压源电路构成二阶带阻滤波器。该电路Q值较高，可调，且BW或Q保持不变，其电路性能稳定，增益容易调节，故采用方案二。
二、理论分析与计算
1.前置放大电路分析
前置电路采用2级放大，第一级为同相比例运算电路，输出电压
；第二级为反相比例运算电路，输出电压，联立得， 。
2.功率放大电路分析
功率放大电路：使用单级放大，输出电压 。
3.带阻滤波电路分析
使用压控电压源电路构成二阶带阻滤波器。该电路运放为同相输入，输入阻抗很高，输出阻抗很低，电路性能稳定，增益容易调节。电路中：
，，查资料得 ， ， 。
三、电路与程序设计
1.电路设计
（1）前置放大电路设计
该电路使用NE5532芯片进行2级放大。其电路图如图二所示。
电压放大电路
（2）功率放大电路设计
使用NE5532芯片进行功率放大。其电路图如图三所示。该放大电路为同相比例运算电路，担任驱动激励级。大功率MOSFET配对管担任OCL功率放大。
图三 功率放大电路
（3）带阻滤波电路设计
使用压控电压源电路构成二阶带阻滤波器。该电路运放为同相输入，输入阻抗很高，输出阻抗很低，电路性能稳定，增益容易调节。其电路图如图四所示。
带阻滤波电路图
该电路电阻和电容的大小会影响滤波器的性能，使用电位器 对中心频率进行精确调试。
（4）间接检流电路（用于计算直流源供给功率）设计
由于比赛地点无法购买到能精确测量直流源功率的集成芯片，我们将20V直流电源串联一个已知大小的大功率小电阻
上，通过LM358做成的减法器得到 上的电压 ，送入A/D芯片，从而算出 上的电流
，再乘以得到直流电源的供给功率。其电路图见附录。
（5）交直流转换电路设计
使用AD637进行交直流转换。交流电压测量真有效值的转换电路是测量负载的输出功率的关键部分，在本次设计中我们通过比较采用AD637来实现交流信号到直流量的转换，将负载上交流电压转换为直流电压，测量其有效值，送入单片机，算出输出功率。电路见附录图。
2.程序设计
程序主要流程图如下：
计数器A溢出
进入服务程序使单片机进入睡眠、清屏、开触键唤醒中断
单片机有睡眠的程序，并且可以唤醒
开中断且计数器A置初始值
读取ADS7841中通道1的数据采集得到直流电源功率
读取ADS7841中通道2的数据采集得到整机的输出功率
通过两次的数据计算出效率
程序流程图
四、电路测试与结果分析
1.测试方法与仪器
（1）RIGOL DS1062C示波器；
（2）RIGOL DM3051万用表；
（3）EE1640C函数信号发生器。
2.测试数据
（1）输入信号 为5mV ，功放输出电压和功率：
输入信号频率
前置放大输出
输出有效值
5.44V(手动调节)
4.85V(手动调节)
6.12V(手动调节)
4.58V(手动调节)
（2）接入带阻滤波器，输出功率衰减16dB。
（3）经测量，输入电阻为600 。
3.测试结果分析
(1)输入有效值为5mV的正弦信号，在8Ω电阻负载上输出功率 ，输出波形很好；
(2)通频带扩展为10Hz~50KHz，在8Hz~70KHz内放大器失真度小于1%；
(3)输入电阻为600Ω；
(4)输出噪声电压有效值 ,满足题意；
(5)接入带阻滤波器，阻带频率为40Hz~60Hz，在50Hz频率点输出功率衰减 。
附录一：总体电路图
单片机和液晶模块
交直流电路
间接检流电路
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