直流稳压电源和功率放大器.docx

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直流稳压电源和功率放大器

模拟电子技术实验

--------直流稳压电源和功率放大器

第一部分

直流稳压电源

一、实验目的：

1.掌握集成直流稳压电源的设计方法。

2.焊接电路板，实现设计指标。

3.掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。

4.为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。

二、设计要求及技术指标：

1.设计一个双路直流稳压电源和一个单路直流稳压电源。

2.输出电压Uo=±12V，外加一个+5V电源。

最大输出电流Iomax=1A。

3.输出纹波电压ΔUop-p≤5mV,

稳压系数SU≤5×10-3。

三、实验原理与分析：

直流稳压电源的基本原理——直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。

基本框图：

各部分功能：

1.电源变压器

电源变压器的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的较低交流电压Ui。

2.整流电路

整流电路一般是具有单向导电性的二极管构成。

经常采用单向半波，单向全波，单向桥式整流电路。

我们采用的是4个二极管，组成单向桥式整流。

在整流过程中4个二极管轮流导通，无论是正半周还是负半周，流过负载电流的方向一致的，形成全波整流。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

3.滤波电路：

在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路，加入电容滤波电容后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，是输出电流平滑，减少脉动成分，以达到滤波目的。

为了使滤波效果好，选用大电容作为滤波电容。

因为电容的放电时间常数越大，放电的过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压越高。

4.稳压电路：

常用的稳压电路有两种形式：

一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。

二者的工作原理有所不同。

稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。

它一般适用于负载电流变化较小的场合。

串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。

集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。

实验中我们需要输出+12V、-12V和+5V的直流电压，我们选择集成稳压器（三端稳压器）作为电路的稳压部分。

LM78xx（79xx）是指三段稳压集成电路IC芯片元器件，适用于各种电源稳压电路，输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。

LM7812输出正电压12V，LM7805输出正电压5V,LM7912输出负电压-12V

3

1

。

2

四、元件选择与参数计算:

1．整流电路参数

输出电压平均值：

输出电流平均值：

平均整流电流：

最大反向电压：

2．元件参数的选择：

（1）要使7812正常工作，必须保证输入与输出之间维持大于2V的压降，因此7812输入端直流电压必须保证在15V左右。

7812输入端的电流是许对变压器副边输出电压U2（t）整流、滤波后得到的。

假设整流电路内阻为0，负载电流为0，7812输入端有最大电压U=1.414Uef，Uef是U2（t）的有效值。

由于滤波电容不可能无限大，所以U<1.414Uef,根据经验可知U=1.2Uef，得Uef=14.4V，考虑到整流桥经过两个二极管约有1.4V的压降，得变压器可取15V。

（2）变压器选择：

变压器选择双15V变压，考虑到电流不需要太大，最大电流为2A，实际选择变压器输出功率为30W，可以很好地满足要求。

（3）滤波电路：

考虑到对纹波电压要求比较高，所以选择了2.2mF、耐压值为25V的电解电容。

（4）去耦电容：

去耦电容的选择是由7812和7912芯片要求的，查手册可知分别为100nF和330nF，用来滤除高频分量，防止产生自激。

（5）为了防止负载产生冲击电流，故在输出端加入220uF、耐压值为25V的电解电容。

（6）7912支路的原件参数与7812支路相同。

把7805的输入接到7812的输出，电容值不变。

五、整体电路：

六、仿真测试：

1.电源变压器：

根据分析变压器的匝数比应为为15:

1，即可输出15V电压。

因此选用TS-PQ4-16，即可输出接近15V电压。

2.整流电路输出：

采用3N259来代替实际电路中所用到的整流桥。

3.滤波电路输出:

我们采用2.2mF的电容用作滤波电容。

4.稳压电路输出：

七、焊接与调试：

1.总体布局

首先我们按照电路图先设计元器件的布局。

在板子的前半部分留出变压器的位置；由于总共要输出三路电压，所以把元件分为三组并排排列，7805和7812位于一侧，中间接地线，另一侧为7912，这样便于检查和调试。

2.分支路焊接

首先我们选好整流桥的位置并焊好。

然后按照7812、7805和7912的顺序一条支路一条支路的焊接好元件。

在连接整流桥和芯片的输入端之前先用示波器测试了一下是否满足要求。

发现满足要求后在将整个电路接好。

然后引出四根导线左到右分别为输出+12V、+5V、地线和-12V。

3.系统联调

在再次检查完电路布局和焊接时候正确后，接入电源用示波器测量输出是否稳定在±12V和+5V左右。

然后用毫伏表测量输出电压的纹波电压的大小。

附：

直流稳压电源元件清单

变压器15:

11个

电解电容2.2mF2个

220μF3个

独石电容330nF2个

100nF3个

整流桥1个

集成稳压器LM78121个

LM78051个

LM79121个

散热片3个

其他三联板1块

螺丝螺母若干

导线若干

绝缘胶布若干

电路板支架若干

第二部分

语音放大器的设计

一、设计目的及要求

1.掌握分立或集成运算放大器的工作原理及其应用。

2.掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。

3.通过实验培养学生的市场素质、工艺素质、自主学习的能力、分析问题解决问题的能力以及团队精神。

4.通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论和基础实验，掌握模拟电子电路的设计与调试方法。

二、设计要求及技术指标：

1.前置放大器

输入信号：

Uid10mV；输入阻抗：

Ri≥100k

2.有源带通滤波器

带通频率范围：

300Hz～3kHz；增益：

Au≥1

3.功率放大器

最大不失真输出功率：

Pom1W

负载阻抗：

RL=8

电源电压：

+12V，-12V，+5V（麦克）

4.输出功率连续可调

直流输出电压：

≤50mV

静态电源电流：

≤100mA

5.使用前面所设计的电源提供直流电压。

三、总电路框图及总原理图

语音放大电路由“前置放大器”、“有源带通滤波器”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成。

四、前置放大电路

由于LM324芯片构成两极放大电路，结构简单，且仿真效果比较理想，输入阻抗大，增益可调，稳定性基本符合本实验要求。

所以本次实验采用LM324作为前置放大电路芯片。

为提高输入电阻和共模抑制性能，减小输出噪声，必须采用同相放大电路结构，为尽量保证不失真放大，宜采用两级运放电路。

因此我们选用由LM324组成的两级同向比例放大电路。

要满足输入阻抗的要求因而在前级放大的同相输入端串联一个100KΩ的电阻。

增益Au1=1+1M÷100K=11；Au2=Rw÷100Ω=1~11；

Au总≈10~120

电路图如下：

五、有源带通滤波器

有源带通滤波器用来滤除各种噪声信号，而使正常的语音信号通过，它是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。

正常的语音信号在300Hz到3000HZ之间，因此要设计一个通带为300~3KHZ的带通滤波器。

我们选择用截频为300Hz的高通滤波器和一截频为3000Hz的低通滤波器来实现这一目标。

R19=R20=5kΩC1=C2=100nFfn=

Q=

=0.5

R10=R12=4.7kΩC3=C4=10nFfn=

Q=

=0.5

六、功率放大器

功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要使输出功率尽可能大，转换功率尽可能高，非线性失真尽可能小。

TDA2030具有引脚数少、外接元件少的优点。

它的电气性能稳定、可靠、适应长时间连续工作，且芯片内部具有过载保护和热切断保护电路。

我们选用它来实现功率放大。

TDA2030引脚排列如图：

高频退偶电容一般取100nF。

耦合电容一般选用1～10μF∕25V，这里用22uF也符合要求。

消振移相电路由数据手册可知，电容选用100nF。

七、总体电路及各部分仿真：

（1）前置放大电路

当输入7mV的交流输入，Rw=1kΩ时，增益Au≈126，符合要求。

（2）有源带通滤波

通带截频：

-3.09dB时为2.976kHz；-2.943时为320.431Hz，满足设计要求。

（3）功率放大

增益约等于11，满足设计要求。

（4）整体仿真

如上图，当Rw=1kΩ时，增益约等于1300，此时输入可以达到约5mV而输出不失真。

如上图，当Rw=500Ω，增益约等于560，此时输入可以达到约9mV而输出不失真。

可知满足设计要求。

八、驻极体话筒电路设计：

驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。

属于最常用的电容话筒。

由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。

首先需要确定驻极体话筒的极性类型。

用万用表测量两极间电阻，比较两次测量结果，阻值较小的一次中，黑表笔所接应为源极S，红表笔所接应为漏极D。

进一步判断，如果驻极体话筒的金属外壳与所检测出的源极S电极相连，则被测话筒应为两端式驻极体话筒，其漏极D电极应为“正电源/信号输出脚”，源极S电极为“接地引脚”；如果话筒的金属外壳与漏极D相连，则源极S电极应为“负电源/信号输出脚”，漏极D电极为“接地引脚”。

我们买来的话筒经测量为漏极和外表壳相连，如右图。

因此我们选用适合此种类型的电路。

如下图，其中源极接地，漏极串联一个电阻与+5V电压形成直流偏置，并在漏极串联一个电容做输出端

附1：

语音放大器元件清单

集成芯片LM324（基座）2套

TDA2030（散热片）1套

电阻100k2个

1M1个

1002个

20k3个

5k4个

4.7k2个

10k2个

1k1个

11个

81个

电解电容22μ2个

220μ2个

独石电容100n4个

10n2个

220n1个

电位器1k1个

其他三联板1块

喇叭、话筒各1个

导线、电路板支架若干