85低频功率放大器Word文件下载.docx
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总体方案设计
4
理论分析与设计
电压放大电路设计
输出级电路设计
带阻滤波器设计
显示电路设计
8
电路与程序设计
总体电路图；
工作流程图
3
测试方案与测试结果
调试方法与仪器
测试数据完整性
测试结果分析
设计报告结构及规范性
摘要；
设计报告正文的结构
图表的规范性
2
总分
20
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第
（1）项
10
完成第
（2）项
完成第（3）项
15
完成第（4）项
其他
5
8.5.2系统方案设计
根据竞赛试题要求，所设计的低频功率放大器由以下几部分组成：
稳压电源、阻抗匹配、前置放大、低通滤波、功率放大和单片机最小系统。
系统方框图如图8.5.1所示。
图8.5.1系统方框图
8.5.3电压放大电路设计
当输入正弦信号电压有效值为5mV时，在8Ω电阻负载（一端接地）上，输出功率≥5W，输出波形无明显失真，故由Uout2=Pout*R=5*8=40得Uout=6.33V,则Av=Uout/Uin=6.33/0.005=1266,所以电压放大电路至少需要1266倍的放大，考虑到理论和实际的差别及设计的要求，在这里取放大倍数为1300～2000，并通过三级NE5532运算放大器电路来实现。
对于低通滤波电路，根据设计的基本和发挥部分的要求，低通滤波器的频带宽度设计为10Hz～50kHz，本设计中低通滤波器的设计采用RC有源滤波来实现，并置入前置放大电路之中。
由于放大电路是由三级放大电路构成，每一级结构基本相同，第三级放大器电路如图8.5.2所示，整个三级放大电路如图8.5.3所示。
图8.5.2第三级放大器电路
在此电路中由RC，CC构成低通滤波电路，考虑到频带宽度为10Hz～50kHz，根据fp=1/（2pi*RC*CC）=50kHz,我们取CC=0.1uF,计算出RC=31.8Ω，取标称值RC=33Ω。
C19、C20、C21、C22、C23、C24为电源退耦电容，若取值过大会造成电源自激，这里其值分别取为0.1uF和1uF。
R06、RK4、R07构成放大电路，若JPP7的1脚与JPP6连接电路增益为AV=Uo/Ui=（RK4+R06）/R06=21，若JPP7的2脚与JPP6连接则电路增益为AV=Uo/Ui=（R07+R06）/R06=11。
在第三级电路中，采用跳线连接的方式来改变电路增益，其它两级电路中也采用相同的方式来调节电路增益，使之满足电压放大倍数的要求。
电路原理图：
PCB图：
补充完整的三级放大器电路的原理图和PCB图以及元器件布局图（即丝印图），如果没有PCB图也需要画一个元器件的布局图和连线图
图8.5.3三级放大器电路原理图以及PCB图
8.5.4输出级电路设计
根据设计要求，末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管来实现，且满足当输入正弦信号电压有效值为5mV时，在8Ω电阻负载（一端接地）上，输出功率≥5W，由Uout2=Pout*R=5*8=40得Uout=6.33V，故要求输出电压有效值不小于6.33V，电路如图8.5.4所示。
补充PCB图以及元器件布局图（即丝印图），如果没有PCB图也需要画一个元器件的布局图和连线图
图8.5.4输出级电路原理图以及PCB图
在输出电路中，采用了13个二极管串联的方式接入电路，采用硅二极管，导通电压为VD=13*0.7=9.1V，配合电阻R9的接入使CMOS两个对管处于微导通状态，电阻R9也可以采用可变电阻器，可以对CMOS两个对管的静态工作点进行调节，这里取R9=1kΩ。
电阻R3、R4、R5、R6对称接入电路用来调节CMOS两个对管的静态工作点，R5、R6用于改善静态工作点，减少交越失真，C1、C2、C3、C15、C16用来滤波，L和RL组成的选频电路对输出信号进行低通滤波，最后信号加载在8Ω电阻负载上输出，实现功率放大。
3.带阻滤波器的设计
带阻滤波器在本设计中属于发挥部分的内容，它可以通过开关接入电路，其电路如图8.5.5所示。
在本设计中是通过短路帽的切换来实现带阻滤波器的接入。
图8.5.5带阻滤波器电路
带阻滤波器电路采用的是二阶无限增益多路反馈带阻滤波电路形式，根据设计要求BW=ωH-ωL=20Hz,则Q=ωo/BW=50/20=2.5,由fc=50Hz时取C=C1=C2=1μF，则对应参数K=100/fcC=2。
经计算得，R1=3.98KΩ,取标称值3.9KΩ；
R2=1.52KΩ，取标称值1.5KΩ；
R3=2KΩ；
R4=16KΩ；
R5=4KΩ；
取带阻滤波器的增益AV=2,则R6=AVR3=4KΩ。
为了使中心频率稳定在50Hz且该频率点输出功率衰减≥6dB，我们调整了元件参数R2=750Ω，达到了比较好的效果。
8.5.5显示电路
根据设计基本要求，测量并显示低频功率放大器输出功率（正弦信号输入时）、直流电源的供给功率和整机效率，故需要对功率放大器输出电压，直流电源电压和电流进行采样，再通过A/D转换将采样值送入单片机编程，通过显示器显示出来。
显示电路采用LCD12864液晶显示器来实现。
单片机根据输入的数字信号经过编程得到相应的输出量，从P0口、P2口的低三位输出，与LCD12864液晶显示器的4～14脚连接，电路如图8.5.6所示。
图8.5.6显示电路
8.5.6功率测量电路设计
通过如图8.5.7所示直流电源电路，首先进行电流采样，双15V电源经过1Ω电阻取样后将电流转换为电压，从X1端输出，并通过8选1模拟开关CC4051接入AD574，经AD574后输出的数字信号输入单片机，同时直流电源电压经模拟开关CC4051接入AD574采样送入单片机，通过编程，从显示器上可读出直流电源的供给功率。
相关电路原理图参见附录四。
补充相关电路、PCB图以及元器件布局图（即丝印图），如果没有PCB图也需要画一个元器件的布局图和连线图
图8.5.7电源功率测量电路
在本电路中，我们取R1=R2=R3=R4=10KΩ，通过运算放大器电路来实现对电源正端电流的采样，同理取R5=R6=R7=R8=10KΩ，通过运算放大器电路来实现对电源负端电流的采样，之后取R9=R10=R11=R12=10KΩ，通过运算放大器构建加法器电路，得到电源总的电流采样值。
输出信号功率测量，功放输出信号通过AD637进行真有效值转换后，经模拟开关CC4051接入AD574采样送入单片机，并送液晶进行显示。
如图7所示，AD637构成真有效值AC/DC转换电路，图中的C26是输入电容，C29是平均电容，用来设计平均时间常数，并且决定低频准确度输出波纹稳定时间。
交流信号从AD637的第12脚输入，转换后的有效值电压通过AD637的第14脚输出。
补充清晰的电路图、PCB图以及元器件布局图（即丝印图），如果没有PCB图也需要画一个元器件的布局图和连线图
图8.5.8功放输出级输出电压有效值转换电路
8.5.7单片机最小系统
单片机最小系统是单片机能正常工作的基础，本系统采用AT89S52单片机，AT89S52是一种低功耗，高性能的CMOS8位微型计算机，系统由单片机、时钟电路、复位电路组成，如图8.5.9所示。
图8.5.9单片机最小系统
8.5.8程序设计
软件主要由功能键组成，功能的选定都由按键完成，功能键相互独立，具有很好的交互性。
按键主要由测量显示键、返回键，两个功能键组成。
并且按键具有重复，按键的功能，当按下某一键不放时，将重复响应此键，操作很方便。
主程序流程图如图8.5.10所示，程序清单如下。
图8.5.10主程序流程图
程序清单
主源程序：
#include<
reg52.h>
#include<
absacc.h>
#include"
LCD12864P.C"
KEY.H"
/********************************************************
**端口定义声明专区**
********************************************************/
#defineADCOMXBYTE[0xFF7C]//使A0=0,R\C=0,CS=0;
#defineADLOXBYTE[0xFF7F]//使A0=1,R\C=1,CS=0;
#defineADHIXBYTE[0xFF7D]//使A0=0,R\C=1,CS=0;
sbitr=P3^0;
//读
sbitw=P3^1;
//写
sbitadbusy=P2^7;
//忙
sbitAA=P2^6;
//测量切换控制端A
sbitBB=P2^4;
//测量切换控制端B
**函数声明专区**
uintad574（void）;
//AD574采样子程序
voidCSCGL（void）;
//测量负载输出功率
voidCGJGL（void）;
//测量电源供给功率
voidCZJXL（void）;
//测量整机效率
voidjiemian（void）;
//界面子程序
**数据定义专区**
ucharSCGL[]={"
0.0000W"
};
//负载输出功率缓存区
ucharGJGL[]={"
//电源供给功率缓存区
ucharZJXL[]={"
0.0000"
//整机效率数据缓存区
floatSCP;
//负载输出功率
floatGJP;
//电源供给功率
ucharcount;
//
voidmain（void）
{
ucharworkcode;
//键盘扫描码
TMOD|=0X01;
//选择定时器0工作在模式1，即16位定时器
TH0=（65536-49000）/256;
//装49ms的初值
TL0=（65536-49000）%256;
ET0=1;
//开定时器0中断
EA=1;
//开总中断
init_12864（）;
//液晶初始化
Clean_12864_GDRAM（）;
//先清完所有显示
photodisplay（Photo）;
//显示界面
TR0=1;
while
（1）
{
workcode=jianmazhi（）;
//判键
if（workcode==13）//测量显示
{
TR0=1;
count=0;
AA=1;
BB=1;
delayms（10）;
CSCGL（）;
CGJGL（）;
BB=1;
CZJXL（）;
delayms（10）;
r=1;
w=1;
jiemian（）;
}
if（workcode==15）//返回主界面
Clean_12864_GDRAM（）;
//先清完所有显示。
Clean_12864（）;
//清屏
photodisplay（Photo）;
//显示主界面
if（workcode==0）
AA=0;
BB=0;
if（workcode==1）
AA=1;
if（workcode==2）
if（workcode==3）
r=1;
write_12864_cmd（0x34）;
write_12864_cmd（0x08）;
if（workcode==4）
write_12864_cmd（0x0c）;
if（workcode!
=14&
&
workcode!
=15）
}*/
}
}
/*********************************************************
**函数名称:
uintad574（void）
**功能描述:
AD574转换函数
**输 入:
无
**输出:
**全局变量:
**调用模块:
**说明：
**注意：
uintad574（void）
r=0;
//产生CE=1
w=0;
ADCOM=0;
//启动转换
while（adbusy==1）;
//等待转换结束
return（（uint）（ADHI<
<
4）+（ADLO&
0x0F））;
//返回十二位采样值
voidCSCGL（void）
测量输出功率函数
voidCSCGL（void）
uintidataresult;
floatU;
floatP;
AA=0;
//Y2>
>
Z;
result=ad574（）;
U=0.002442*result-4.955;
//负载电压值得测量
U=U*7.65;
P=U*U/8;
//P=U^2/R;
衰减了6倍;
SCP=P;
P=P+0.00005;
if（P<
10）
SCGL[0]=（uint）P%10+0x30;
//将数据存入缓存区
SCGL[1]=0x2e;
SCGL[2]=（uint）（P*10）%10+0x30;
SCGL[3]=（uint）（P*100）%10+0x30;
SCGL[4]=（uint）（P*1000）%10+0x30;
SCGL[5]=（uint）（P*10000）%10+0x30;
else
P=P+0.00045;
SCGL[0]=（uint）（P/10）%10+0x30;
//将数据存入缓存区
SCGL[1]=（uint）P%10+0x30;
SCGL[2]=0x2e;
SCGL[3]=（uint）（P*10）%10+0x30;
SCGL[4]=（uint）（P*100）%10+0x30;
SCGL[5]=（uint）（P*1000）%10+0x30;
voidCGJGL（void）
测量供给功率函数
voidCGJGL（void）
uinti;
floatU0;
floatI;
U0=0;
for（i=0;
i<
10;
i++）
//Y0>
//电压值的测量
U0=U0+U;
U=U0/10;
//Y1>
delayms（100）;
I=0.002442*result-5;
//电流值的测量
P=3*U*I/0.9;
//P=U*I;
衰减了3倍；
GJP=P;
GJGL[0]=（uint）P%10+0x30;
GJGL[1]=0x2e;
GJGL[2]=（uint）（P*10）%10+0x30;
GJGL[3]=（uint）（P*100）%10+0x30;
GJGL[4]=（uint）（P*1000）%10+0x30;
GJGL[5]=（uint）（P*10000）%10+0x30;
GJGL[0]=（uint）（P/10）%10+0x30;
GJGL[1]=（uint）P%10+0x30;
GJGL[2]=0x2e;
GJGL[3]=（uint）（P*10）%10+0x30;
GJGL[4]=（uint）（P*100）%10+0x30;
GJGL[5]=（uint）（P*1000）%10+0x30;
voidCZJXL（void）
测量整机效率函数
voidCZJXL（void）
P=SCP/GJP+0.00005;
//本题功率放大电路的整机效率定义为：
ZJXL[2]=（uint）（P*10）%10+0x30;
ZJXL[3]=（uint）（P*100）%10+0x30;
ZJXL[4]=（uint）（P*1000）%10+0x30;
ZJXL[5]=（uint）（P*10000）%10+0x30;
voidjiemian（void）
界面函数，采样完后显示。
voidjiemian
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