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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