音频放大器的设计报告2.docx

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音频放大器的设计报告2

本科学年论文

音频放大器的设计与仿真分析

学院：

电信息工程学院

专业：

自动化

年级：

2008级

姓名：

郭旺

学号：

00824020

一、应用电子设计题目：

音频放大器的设计与仿真分析

二、设计任务:

设计并制作具有弱信号放大能力的低频放大器,要求设计出电路并对电路仿真，验算是否满足技术指标；设计出对应原理图的印刷电路板；最后调试电路。

三、基本要求：

（1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～10）mV，等效负载电阻RL为8Ω下，放大通道应满足：

①额定输出功率POR≥2W；

②带宽BW≥（50～10000）Hz；

③在POR下和BW内的非线性失真系数≤3%；

④在POR下的效率≥55%；

⑤在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8Ω上的交流声功率≤10mW。

（2）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。

四、电路的原理图设计如下:

五、+15V、-15V稳压电源的设计

给定输入为220V，50HZ的交流电。

设计出能稳定提供+15V、-15V的直流稳定电源，以便对整个电路供电。

实现原理：

输入的交流电，经整流、滤波、稳压之后，能输出稳定的直流电压。

仪器选择：

TRAN-2P3S型变压器7815、7915型稳压器整流器及电容若干。

（1）原理图的设计如下：

（2）经整流后仿真波形如下：

从仿真波形可以看出交流电经过整流后基本上变为直流。

但输出的是带有波纹的

直流电压，其中还掺杂有较大的交流成分。

因此还要经过滤波电路来消除残留的

交流部分。

将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。

（3）经滤波后的波形如下：

可以看出经滤波后交流成分减少很多，直流曲线较为平滑。

（4）稳压器稳压：

从输出波形可以看出经过稳压器稳压，能够稳定输出+15V、-15V的直流电压，因此该电源可以很好的对整个电路供电。

六、滤波器的设计：

（1）原理图设计如下：

（2）频率特性曲线如下：

由频率特性曲线可知，在20.1kHZ时特性曲线由最高点0分贝刚好下降3.07分

贝，说明该滤波器的上限截止频率为20kHZ。

即，频率高于20kHZ的信号不能够

通过。

从曲线可以看出,在频率为10.1HZ的点曲线由0分贝下降了2.91分贝。

也就是说，该滤波器的下限截止频率为10HZ。

频率低于10HZ的信号不能通过。

因此，该滤波器实现了10HZ--20KHZ的带通滤波且由于在最高点为0分贝，通带增益为一。

七、该音频放大器的仿真分析：

（1）电路输入与输出分析

设置电路的输入信号为5mV，1KHZ的正弦信号：

输入与输出电压波形

分析可知，经过两级放大，电压被放大了984倍。

由5mV被放大到4.92V。

而分析电路中的两级放大可知放大倍数为：

（1+R11/R10）*（1+R13/R14）=1023

放大倍数失真3.96%

输出电压及电流的仿真波形：

输出功率波形：

从输出功率（或电压及电流）波形可知，输入为5mV时输出的最大功率为3.02W。

有效功率为：

2.14W满足输出的额定功率大于等于2W。

输入为10mV的交流信号时，调节滑动变阻器，得到最大的不失真输出功率波形：

可知输入为10mV的正弦信号时，输出的最大不失真功率为5.30W。

有效功率3.75W.同样满足输出的额定功率大于等于2W。

（2）电路频率响应特性分析：

从图中的测量结果可知系统的最大频率增益为60.0dB,则截止处频率增益应为60.0*0.707=42.42dB。

从电路的仿真结果可知，系统通带频率范围为27.9HZ—31.5kHZ.满足带宽BW大于等于（50--10000）HZ的要求

（3）噪声分析：

（a）系统输出最大噪声电压

（b）测量频率分别为28HZ、10000HZ时系统的噪声电压

从噪声分析仿真结果可知，系统对输入噪声进行了放大从仿真的结果可知在音频功率放大器的工作频率范围内，系统的噪声范围为3.03uV—22.7uV。

（4）失真分析：

（a）测量频率分别为28HZ、10kHZ时电路二次谐波失真

由仿真曲线可知频率从28HZ到10kHZ变化时二次谐波失真的变化范围为（56.6--114）dB。

（b）测量频率分别为28HZ、10kHZ时电路三次谐波失真

由仿真曲线可知频率从28HZ到10kHZ变化时三次谐波失真的变化范围为（134—182）dB。

（5）傅里叶分析：

从傅里叶分析图表中曲线可知，系统输出信号中掺杂有谐波信号

（a）输入信号频率1kHZ、幅值5mV的正弦波信号时输出信号基波增益

（b）输入信号频率1kHZ、幅值5mV的正弦波信号时输出信号谐波增益

系统的失真度为D=sqrt[（0.21*0.21+0.075*0.075）/4.9*4.9]=0.2%≤3%。

从系统的分析结果可知，系统的非线性失真系数满足设计要求。

（6）音频分析：

仿真分析结果如下：

通过音频仿真分析可知，能从扬声器上听到较为清晰的音频信号。

经过以上的分析可知所设计的电路基本上能够符合设计要求，达到了本次的设计目的。

八、对应原理图的PCB印刷电路板设计如下:

九、设计总结：

通过本次的音频放大电路的设计与仿真分析及PCB的封装设计，进一步加深了模拟电子技术的学习，尤其是对常用放大电路、滤波器、直流电源的设计、功率放大电路等有了更深入的理解，并能较为熟练地加以运用。

并且还学会了应用PROTEUS软件对电路进行各种性能的仿真分析以及进行PCB的封装设计。

通过自己亲自焊接电路板并进行调试。

不但增强了动手的能力，还在设计和分析电路的过程中提升了独立思考问题的能力。

相信这宝贵的亲身体验不论是在以后的学习还是工作中都是大有裨益的。