模电课设报告.docx
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模电课设报告
《电路与模拟电子技术》
课程设计报告
题目低频功率放大器
学院（部）信息工程学院
专业计算机科学与技术
班级2012240201
学生姓名张璐
学号201224020102
12月30日至1月10日共2周
指导教师（签字）
《电路与模拟电子技术》课程设计任务书
低频功率放大器
一、任务
设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。
其原理示意图如图1所示。
图1设计任务示意图
二、要求
1、在放大通道的正弦信号输入电压幅度为5~700mV，负载电阻为8Ω条件下，放大通道应满足：
（1）额定输出功率POR≥10W；
（2）带宽BW≥50Hz~10kHz；
（3）在POR下和BW内的非线性失真≤3%；
（4）在POR下的效率≥55%；
（5）在前置放大级输入端交流短接地时，RL=8Ω上的交流声功率≤10mW。
2、放大电路的时间响应
由外供正弦信号源经变换电路产生正负极性的对称方波，频率为1kHz、上升和下降时间≤1μs、电压峰-峰值为200mV。
用上述方波激励放大电路时，在负载电阻为8Ω条件下，放大通道应满足：
（1）额定输出功率POR≥10W；
（2）在POR下输出波形的上升和下降时间≤12μs；
（3）在POR下输出波形的平顶降落≤5%；
（4）在POR下输出波形的过冲量≤5%。
3、自行设计并制作满足本设计任务要求的直流稳压电源。
4、用Multisim对设计电路进行仿真。
低频功率放大器
摘要：
本次课程设计（低频功率放大器设计）由四部分组成：
波形转换电路、前置放大级、功率放大级和直流稳压电源。
波形转换电路负责将输入的正弦信号转变为方波信号；前置放大级的主要任务是完成小信号电压放大任务，同时要求低噪声、低温漂；功率放大级主要任务是在允许的失真限度内,尽可能高效率地向负载提供足够大的功率，要求是输出功率要大、效率要高；直流稳压电源为整个电路供电。
设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。
关键词：
前置放大、波形转换、直流稳压、功率放大
1、总体方案论证与设计
波形转换：
直接采用施密特触发器进行变换与整形。
而施密特电路可用高精度、高速运算电路搭接而成，也可采用专用施密特触发器构成，还可以选用NE5532电路构成。
电路如图1所示。
前置放大器：
弱信号前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成电路构成。
符合上述条件的集成电路有：
M5212、LM5213、LLM1875、TDA1514、NE5532、NE5534等。
本系统设计选用NE5532，因为同众多的运放相比,NE5532具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能,被称为“运放之皇”。
这种运放的高速转换性能可大大改善电路的瞬态性能,较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出,使电路的整体指标大大提高。
电路如图2所示。
功率放大：
根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。
由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试得好，则性能很可能高过较好的集成功放。
许多优质功放均是分立功放。
但其中只要有一个环节出现问题或者搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载、过流、过热等损坏还得加复杂的保护电路。
现在市场上有许多性能优异的集成功放芯片，如TDA2040A、LM1875、TDA1514等。
集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作调试等优点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求是没有问题的。
另外集成运放还有性价比高的特点。
采用专用的功放集成芯片。
LM1875是一款功率放大集成块，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。
该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。
该方案的优点是：
技术成熟，外围元器件少，保护功能较完善，调试简单，便于扩功等。
电路如图3所示。
稳压电源：
本系统设计采用三端集成稳压电源电路，选用LM7815、LM7915三端集成稳压器。
电路如图4所示。
2、设计方案的原理框图、总体电路图及说明
原理框图：
总体线路图及说明：
说明：
其中前置级主要完成小信号的电压放大任务；功率放大级则实现对信号的电压和电流放大任务；直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量．由于方波中含有丰富的高次谐波分量，波形变换电路提供方波，可通过对方波信号的测试来检验功放的转换速率、失真度、效率等指标，保护电路可以有效地保护负载不过载，对功率放大器也有一定的保护作用。
该系统是一个高增益、高保真、高效率、低噪声、宽频带、快响应的音响与脉冲传输、放大兼容的实用电路。
3、单元电路设计及说明、主要元器件选择与电路参数计算
单元电路设计及说明：
波形转换：
图1
说明：
将1KHZ的正弦波变为同频率的对称方波。
NE5532运放做隔离用。
主要元器件选择：
NE5532运放。
前置放大：
图2
说明：
前置放大由两级NE5532典型应用电路组成，各级均采用固定增益输出衰减组成。
运用两级同相比例运算电路进行放大。
主要元器件选择：
NE5532运放。
电路参数计算：
对于第一级放大，当Vp=5mV时，输出Vom1近似为50mV。
所以
A1=Vom1/Vp=50/5=10
取A1=10.
第二级放大输出Vom2近似为1V，则第二级放大倍数是
A2=Vom2/Vom1=1000/5=20
所以，前置放大的总的放大倍数为
A=200
功率放大：
图3
说明：
功率放大器选择用集成功放LM1875，采用典型电路，此电路中R3，R1组成反馈网络，C7为直流反馈电容，R2为输入接地电阻，防止输入电路时引入感应噪声，C6为信号耦合电容，D1，D2为保护二极管，R4和C3组成退偶电路，防止功放产生高频自激，C5，C1，C2，C4是电源退耦电容。
主要元器件选择：
集成功放LM1875。
电路参数计算：
LM1875开环增益为26dB，即放大倍数A=20
因为要求输出到8Ω电阻负载上的功率P0>10W。
而输出电压U近似于20V，所以
P0=
=
/8=25W
直流稳压：
图4
说明：
直流稳压电源部分为整个功放电路提供能量。
该电路输入端是市电（正弦交流，220V,50Hz），变压器的变比为（10：
1），桥堆的作用是整流，将正负交替的的波形整流为正向波形，再经过1mF电容的滤波作用后，最终通过稳压管LM7824和LM7924输出稳定的
24直流电压。
主要元器件选择：
稳压电路中选用LM7824、LM7924三端集成稳压器。
4、给出Multisim仿真结果
带宽BW：
fH=8500Hz，fL=10Hz，BW=fH-fL=8500Hz。
非线性失真：
前置放大器输出：
功率放大器输出：
波形转换：
前置放大：
功率放大：
直流稳压：
5、收获与体会，存在的问题等
时间总是过得很快，经过两周的课程设计的学习，我已经通过去图书馆查找资料和上网查找相关的设计，与同学共同完成了一个低频功率放大器，让我更好的把课本上的知识应用到实践中，更好的运用所学的知识来解决实际问题。
经过这段课程设计的日子，我发现从刚开始对其的一无所知，到现在已经能够基本的设计步骤。
虽然开始学得很费力，但到后来就好了。
在课程设计中，遇到问题，最好的办法就是问别人，因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。
这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就已遇到，向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。
还有就是要感谢林老师对我们的辅导，在这段时间里正是她的督促和教诲，才使我们的课设能按时的完成。
参考文献：
[1]胡翔骏电路分析（第二版）北京：
高等教育出版社2007
[2]华成英、童诗白模拟电子学基础（第四版）北京：
高等教育出版社2006
[3]高吉祥全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之模拟电子线路设计北京：
电子工业出版社2007
[4]黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计北京：
北京航空航天大学出版社2006
[5]谭博学、苗汇静集成电路原理及应用（第二版）北京：
电子工业出版社2008
[6]夏路易、石宗义电路原理图与电路板设计教程PROTEL99SE北京希望电子出版社2002
[7]谷丽华、辛晓宁、么旭东实用低频功率放大器的设计沈阳化工学院学报2005年01期
附件：
NE5532的极限参数
参数
符号
NE5532
单位
电源电压
Vcc
±22
V
差分输入电压
Vdif
±13
V
输入电压
Vi
提供电压
V
功耗，TA=25℃
PD
1100
mW
工作温度
TOPR
0~70
℃
LM1875的参数
电压范围：
单电压15~60V,或±30V
静态电流：
50mA
输出功率：
30W
谐波失真：
＜0.015%，当f=1kHz，RL=8Ω，P0=20W时
额定增益：
26dB，当f=1kHz时
工作电压：
±25V
转换速率：
18V/μS（9V/μS）
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