电子系统课程设计D类音频功放.docx

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电子系统课程设计D类音频功放

电子系统课程设计报告

D类音频功放

班级：

电子信息工程（x）班

姓名：

xxx

学号：

xxxxxxxxxx

指导教师：

xxxxx

2016年5月20日

目录

一．设计目的………………………………………………………………………

二．设计要求………………………………………………………………………

三．设计指标………………………………………………………………………

四．设计框图及整机概述…………………………………………………………

五．各单元电路的设计及仿真……………………………………………………

1．放大电路…………………………………………………………………

2．电压跟随器电路…………………………………………………………………

3．滤波电路…………………………………………………………………

4．三角波电路…………………………………………………………………

5．比较器电路…………………………………………………………………

6．驱动电路…………………………………………………………………

7．滤波电路…………………………………………………………………

六．电路装配、调试与结果分析…………………………………………………

七．设计、装配及调试中的体会…………………………………………………

八．附录（包括整机逻辑电路图和元器件清单）………………………………

一．设计目的

要求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（电路其他部分的电源电压不限），负载为8Ω电阻。

二．设计要求

1）功率大；

2）效率高；

3）非线性失真小；

三．设计指标

基本要求

a．3dB通频带为300Hz～20KHz，输出正弦信号无明显失真。

b．最大不失真输出功率≥1W。

c．输入阻抗>10kΩ，电压放大倍数1～20连续可调。

d．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。

提高部分：

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％。

四．设计框图及整机概述

图一：

系统结构框图

整机概述：

由音频孔输入音频信号，放大后与三角波产生的三角波，输入比较器，经驱动电路，滤波后输出。

五．各单元电路的设计及仿真

1．放大电路

对音频信号进行放大，使音频信号幅值可以和三角波进行比较。

同相比例放大电路

图二：

放大电路

图三：

放大仿真

蓝色为输入1KHz，200mVpp正弦波，放大约5倍（蓝色100mV/Div，红色1V/Div）

2．电压跟随器：

阻抗匹配。

图四：

电压跟随器

图五：

电压跟随仿真

蓝色为输入1KHz，200mVpp正弦波，（蓝色200mV/Div，红色100mV/Div）

3．三角波产生电路：

产生三角波。

图六：

三角波产生电路

图七：

三角波仿真

4．比较器：

耦合；直流偏置；比较，产生PWM波

图八：

比较器电路图

图九：

仿真结果

XFG1产生1kHz，200mVpp正弦波，XFG2产生130kHz，2Vpp,占空比50%三角波。

5．驱动电路：

整形；

反相，同步；

电流放大；

互补的对称式射极跟随器，提高驱动能力

6．滤波电路：

四阶巴特沃兹低通滤波器

特点：

通带内平坦。

截止频率：

20KHz

图十：

输出正弦信号

六．电路装配、调试与结果分析

1．三角波发生器模块电路

1）、调节三角波直流偏移量为2.5V：

调整电位器RP1

2）、调节三角波频率为115KHz~130kHz：

调整电位器RP2

输出幅度为2.5Vpp左右的三角波

图十一：

三角波

2.前置放大电路

1）、以峰值为100~200mv，频率为1khz的正弦信号，为测试信号通过电容C9输入

2）、根据PWM调制条件，调整前置放大器的放大倍数，调整RP3电位器，使前置放

器运放6号引脚，输出2~2.2Vpp的信号。

3）、调整音量电位器Rp4，控制输出在2Vpp

图十二：

放大

3.比较器模块电路

1）、首先测试比较器正、反相输入端的输入信号是否正常。

信号的幅度、信号的直流偏移量、频率？

2）、观察比较器的输出，输出波形为PWM波：

频率为三角波频率，幅度为5Vpp的占空比周期性变化的方波

图十三：

PWM波

4.驱动电路

输出两路完全反相的PWM波

图十四：

反向的PWM波

数据记录：

1）指标测试

（1）在正常工作情况下，输入音频信号为200mVpp，1KHz正弦波时，记录各个测试点的波形。

（2）电压放大倍数的测量

输入正弦波

=200mVpp，f=400Hz~1KHz

输入信号电压

输出信号电压

）

电压放大倍数

）

222mv

2.65v

11.94

（3）输入阻抗的测量

输入正弦波

=300mVpp，f=400Hz~1KHz，且在输入端串联辅助测试电阻Rs=10

输入信号电压

辅助测试电阻端电压

输入阻抗大小

）

312

2.71

15.6kΩ

（4）通频带的测量

（Vpp）

f

20Hz

100Hz

300Hz

1kHz

3kHz

5kHz

10kHz

20kHz

25kHz

100

1.12

1.21

1.19

1.14

1.04

0.98

0.85

0.84

0.74

200

2.22

2.38

2.22

2.02

1.98

1.88

1.74

1.67

1.42

根据

时

下降为0.707的特点，测出

（5）最大不失真输出功率测试

f

20Hz

100Hz

300Hz

1kHz

3kHz

5kHz

10kHz

20kHz

25kHz

（Vpp）

1.31

1.30

1.32

1.31

1.29

1.26

1.22

1.07

0.94

（W）

0.025

0.027

0.027

0.027

0.026

0.025

0.024

0.016

0.024

七．设计、装配及调试中的体会

1.电路中有不同的电压值，要正确区分。

2.仿真时要多调试，弄清楚每个元件的作用，在电路中的影响。

这样在实物调试时才能心中有数，更快地完成调试。

3.焊接前耐心读懂电路图，合理安排元件安装位置。

电路图中的线路交叉要分清是否连接。

4.合理安排电压线和地线，不同的地用磁珠隔离。

确保每一个地都连接上。

5.电路板上电前检查电压值是否正确。

6.在实验室注意卫生，禁止饮食，离开时把烙铁、剪刀等工具放回，原位凳子放回原位。

7.调试过程需要焊接电路，涉及到元件一定要将芯片取下再焊接。

8.对于三极管等需要区分管脚的元件要多次检查，最好使用管脚插头焊接。

九．附录（包括整机逻辑电路图和元器件清单）

序号

名称

规格

标号

个数

备注

1

电阻

10K

R1、R7、R8、R9、R10、R11

6

39K

R2

1

100K

R3

1

1K

R4、R12

2

51K

R5、R6

2

2

电位器

10K

RP1

1

20K

Rp2

1

100K

Rp3

1

5K

Rp4

1

瓷片电容

220pF（221）

C8

1

100nF（104）

C7、电源（12）

13

胆电容

1uF（105）

C11、C12、C13、C16

4

680nF（684）

C14、C15

2

电解电容

10uF/25

C9、电源（12）

13

4.7uF/50V

C10

1

电感

22uH

L1、L4

2

47uH

L2、L3

2

三极管

8050（NPN）

Q1、Q3

2

8550（PNP）

Q2、Q4

2

MOS管

IRFD9120

Q5、Q7

2

IRFD120

Q6、Q8

2

芯片

uA741

U1、U2、U3、U4

4

LM311

L1、L2

2

CD4010BE（14P）

2

74LS08（14P）

1

芯片底座

8P

741、LM311

6

14P

CD4010BE、74LS08

3

音频输入输出孔

Φ3.5

输入端

1

排针

20P

20P

磁珠

3

带孔排针

12+16+8+。

。

（36）

40P

PCB板

12cmX8cm

1

引线单股

2

焊锡丝

1