耳机功率放大电路设计.docx

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耳机功率放大电路设计

摘要

社会的进步，科技的发展，电器的研究和设计百花齐放，进入了一个新的阶段。

商家根据一件电器产品根据需要，根据自身的特点以及市场竞争有多种设计。

在这里谈谈耳机电路的设计，考虑有甲类耳机功放，乙类耳机功放，甲乙类耳机功放，还有丙类耳机功放。

我的电路设计根据功率放大程度，转换效率，失真度我选择了甲乙耳机类功率放大电路设计。

因为甲类耳机功放转换效率低，自身消耗功率大，输出功率低。

而乙类耳机功放虽然转换效率（78.5％）高但存在交越失真。

而甲乙类耳机功放不存在失真，输出功率大而且转换效率相对而言挺高的。

设计方案主要以三个模块组成。

分别是变压部分，电压放大部分，功率放大部分。

关键词：

单相桥式整流，RC电路滤波二极管稳压同相比例运算放大器甲乙类双电源互补放大电路。

设计任务描述

1.1设计题目：

1.2设计目的：

（1）掌握低频功率放大器的构成、原理及设计方法

（2）熟悉模拟元件的选择、使用方法

1.2.1设计要求：

：

最大输出功率>50mw能驱动32—200欧姆的耳机。

：

在20—20000Hz频率范围内音质优秀，信号失真度THD<1%

：

电压放大倍数3—5倍

1.2.3发挥部分：

：

输出功率可调节

：

220V交流电源供电

：

其他

2设计过程及论文的基本要求

2.1设计过程的基本要求

（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向；

（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图，实际接线图各一份；

（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档

需全班统一存盘上交。

2.2课程设计论文的基本要求

（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。

项目齐全、不许涂

改，不少于3000字。

图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。

（2）装订顺序：

封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、

正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重

要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻

辑电路图与实际接线图）。

设计思路

根据此次课程设计的要求，以及发挥。

我设计的功放基本电路由三个部分组成，分别是直流稳压电源、同相功率放大器放大倍数可调、甲乙类单电源互补放大电路。

为了将220V交流电压转换成12V直流电压，设计了整流电路。

首先采用变压器，把220V的电压变压为12V直流电压，其次次通过单相桥式整流电路进行整流，再通过RC滤波电路把电压稳定，因为RC滤波电路用于小功率电源中，而RL滤波电路用于大功率电源中，所以不采用RL滤波电路。

电路最后通过二极管稳压把电压稳定在12V

（2）为了使输出功率放大我先将输入电压通过同相集成运放放大输出电压从而放大输出功率并且可调，在此我设计改变同相集成运放反馈电阻来改变电压。

为了使提高输出功率以及转换效率，消除失真，根据低频功率放大器按静态工作点的分类（甲类放大，乙类放大，甲乙类放大）的特点，功率放大这部分我采用了甲乙类放大，而且为甲乙类互补对称电路，+Ucc通过到R4、D6、D7、R5到-Ucc有个静态电流在D6、D7之间产生一个静态电压，这就是给Q2、Q3管的正向偏置，在静态时使管处在未导通状态，这样Q2Q、3管就工作在甲乙类状态，可以消除交越失真。

其中,R4、D6、D7的作用就是给一个小的正向偏置用以消除交越失真。

因为甲类放大乙类

电路图

电路设计思路方框图

各模块设计思路详细分析

变压设计思路：

根据半导体直流稳压电源的设计思路设计的，这部分电路由电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路组成。

电源变压器是把220V电压变换为所需要的交流电压；整流电路是用二极管把交流电变换为单方向脉动的直流电，由于输出电压平均值高而脉动小，二极管承受的反向工作电压及通过二极管的电流都不大，因此采用了单相桥式整流电路；滤波电路是把脉动较大的直流电变换为平滑的直流电，在这里采用了电容滤波电路，把电容C与R2负载并连接到整流电路的输出端；稳压电路是把整流滤波后的不稳定直流电压变换为稳定的直流电压，以满足负载变化的需要，因为我所需要滤波后的输出电压固定，用于负载的电流小，在我的电路设计中我采用了并联型直流稳压，这个并联型直流稳压电路由硅稳压二极管D5与限流电阻R1构成（二者缺一不可，若当热热R1=0时，电路不仅不能稳压，而且还会使稳压管D5损坏，所以必须要有一个合适的限流电阻）。

电路图;

电压放大设计思路：

该部分是根据正弦振荡电路电压放大部分设计的。

该部分由一个个同相放大电路组成，输入信号通过电阻加到集成运放的同相输入端，同相比例运算电路中由R2和R3构成负反馈，起到稳幅环节。

（同相比例运算电路中引入的是电压串联负反馈，所以可以稳定输出电压的幅值。

）

电路图

;

功率放大器设计思路：

其中,R4、D6、D7的作用就是给一个小的正向偏置用以消除交越失真。

因为甲类放大乙类

电路图

各部分电路设计及参数计算

电压放大部分：

已知：

R2=3ΩR3=1Ω

电压增益Av=1+R2／R3=1+3／1=4

功率放大部分已知R6=100Ω

Pom=Vcc×Vcc÷2×R6=７２０ｍｗ

工作过程分析

直流稳压部分：

220v交流电压源供电通过单相桥式整流电路，RC滤波把脉动较大的直流电变换为平滑的直流电，二极管稳压将整流滤波后的不稳定直流电压变换为稳定的直流电压，以满足负课程设计所需直流电压，因为是双电源供电电路所以电压应该变至24v。

为了检验是否达到所需要的直流电压，利用Multism仿真软件进行测试，经反复测试调节电容，最终调节电容C1值通过万用表测量输出电压如图所示：

信号输入部分

通过信号发生器给所设计电路输入信号，将信号输入到集成运放的同相端，通过调节信号发生器的输入参数将将输入电压频率调为1KHz将输入电压的振幅调为10mPv将输入电压的偏移调为0v如下图所示

为了检测在20—20000Hz频率范围内音质优秀通过波特图示仪检测频率范围如下图所示

电压放大部分：

将信号输入集成运放，然后调节电阻R3使电压放大到课程设计要求3到5倍。

根据Av=1+R2／R3=1+3／1=4将电压放大至5倍。

为了检验是否达到所需要的直流电压，利用Multism仿真软件进行测试通过万用表测量输出电压如图所示：

功率放大部分:

+Ucc通过到R4、D6、D7、R5到-Ucc有个静态电流在D6、D7之间产生一个静态电压，这就是给Q2、Q3管的正向偏置，在静态时使Q2、Q3管处在微导通状态，这样Q2、Q3管就工作在甲乙类状态，可以消除交越失真。

其中,R4、D6、D7的作用就是给Q2、Q3一个小的正向偏置用以消除交越失真。

为了检验输出波形不失真，利用Multism仿真软件进行测试通过示波器测量输入输出电压波形如图所示：

为了检验输出功率达到课程设计要求P﹥50mw，利用Multism仿真软件进行测试通过功率表测量输入输出功率如图所示：

低频功率放大很难达到理想值，能达到其理想值的1／3～1／4就算不错

为了检验信号失真度达到课程设计要求THD<1%，利用Multism仿真软件进行测试通过失真分析器测量信号失真度如图所示：

元件清单

序号

名称

型号

数量

1（R1R6）

电阻

100Ω

2（R2）

电阻

1Ω

3（R3）

电阻

3Ω

4（R4R5）

滑动变阻器

500Ω

5（C1）

电容

52.84uF

运放

LM324N

三极管

2N2218

稳压管

1N4485

二极管

1N1202C

桥式整流二极管

MDA920A7

交流电压

220V

变压器

主要元件介绍

群组（ANSI）群组（DIN）

系列（ANSI）系列（DIN）

##################元件##################

数据库名称:

主数据库

系列组:

Diodes

系列:

FWB

名称:

MDA920A7

作者:

日期:

February07,1998

功能:

描述:

Vrrm=600.00

Irrm=20.00

Vfm@If=1.20@2400.00

trr=

Package=CASE109-03

热敏电阻连接：

50.00

热敏电阻状况：

0.00

功耗:

0.00

降值拐点：

0.00

最低工作温度:

-55.00

最高工作温度:

175.00

静电放电：

0.00

##################符号##################

符号（ANSI）符号（DIN）

##################模型##################

模型ID:

MDA920A4

模型制造商:

IIT

模型模板：

x%p%tV+%tAC1%tV-%tAC2%m

模型数据:

.SUBCKTMDA920A41234

*EWBFWBSubcktModel

D141MDA920A4

D221MDA920A4

D334MDA920A4

D432MDA920A4

.MODELMDA920A4D（

+IS=5.89e-08

+RS=0.01669

+CJO=5.951e-11

+VJ=0.3905

+TT=5e-09

+M=0.4225

+BV=100

+N=2

+EG=1.11

+XTI=3

+KF=0

+AF=1

+FC=0.5

+IBV=0.0001

+TNOM=27

+）

.ENDS

模型版权:

***********************************************

*ELECTRONICSWORKBENCHMODELFILE*

*MODELSGENERATEDBY:

*（c）1996INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESLTD.*

*TORONTO,ONTARIO（416）977-5550.*

***********************************************

模型注解:

IITBridgeRectifierModel

##################封装##################

封装:

封装类型:

CASE109-03

封装制造商:

Generic

引脚数:

引脚信息:

逻辑物理的单元类型ERC状态引脚交换组门交换组

V+1GRP:

AA:

I/O包括

AC12GRP:

AA:

I/O包括

AC23GRP:

AA:

I/O包括

V-4GRP:

AA:

I/O包括

##################元件详细报告##################

群组（ANSI）群组（DIN）

系列（ANSI）系列（DIN）

##################元件##################

数据库名称:

主数据库

系列组:

Diodes

系列:

ZENER

名称:

1N4485

作者:

日期:

June16,1998

功能:

描述:

Vz=68.00

Zz@Iz=150.00@3.70

Pd=1.50

Package=DO-41

热敏电阻连接：

65.00

热敏电阻状况：

0.00

功耗:

1.50

降值拐点：

50.00

最低工作温度:

-65.00

最高工作温度:

200.00

静电放电：

0.00

##################符号##################

符号（ANSI）符号（DIN）

##################模型##################

模型ID:

1N4485

模型制造商:

SymmetryDesignSystems

模型模板：

x%p%tA%tK%m

模型数据:

.SUBCKT1N448521

*ModelGeneratedbyMODPEX*

*Copyright（c）SymmetryDesignSystems*

*AllRightsReserved*

*UNPUBLISHEDLICENSEDSOFTWARE*

*ContainsProprietaryInformation*

*WhichisThePropertyof*

*SYMMETRYORITSLICENSORS*

*CommercialUseorResaleRestricted*

*bySymmetryLicenseAgreement*

*ModelgeneratedonSep8,97

*MODELFORMAT:

SPICE3

*anodecathode

*node:

*ForwardSection

D121MD1TEMP=25

.MODELMD1DIS=1.70021e-15N=1XTI=1RS=10

+CJO=1e-11TT=1e-08

*LeakageCurrent

R121.81333e+09MDR

.MODELMDRRTC1=0TC2=0

*Breakdown

RZ231.61243

IZG430.0252

R4434500

D334MD3TEMP=25

.MODELMD3DIS=2.5e-12N=6.55395XTI=0EG=0.1

D254MD2TEMP=25

.MODELMD2DIS=2.5e-12N=11.5331XTI=0EG=0.1

EV115601

IBV060.001

RBV6065576.3MDRBV

.MODELMDRBVRTC1=0

*--SPICE3DIODEMODELDEFAULTPARAMETER

*VALUESAREASSUMED

*IS=1E-14RS=0N=1TT=0CJO=0

*VJ=1M=0.5EG=1.11XTI=3FC=0.5

*KF=0AF=1BV=infIBV=1e-3TNOM=27

.ENDS1n4485

模型版权:

**************************************

*ModelGeneratedbyMODPEX*

*Copyright（c）SymmetryDesignSystems*

*AllRightsReserved*

*UNPUBLISHEDLICENSEDSOFTWARE*

*ContainsProprietaryInformation*

*WhichisThePropertyof*

*SYMMETRYORITSLICENSORS*

*CommercialUseorResaleRestricted*

*bySymmetryLicenseAgreement*

**************************************

模型注解:

MODPEXModel

##################封装##################

封装:

封装类型:

DO-41

封装制造商:

IPC-2221A/2222

引脚数:

引脚信息:

逻辑物理的单元类型ERC状态引脚交换组门交换组

A1GRP:

AA:

I/O包括

K2GRP:

AA:

I/O包括

稳压二极管

#################元件详细报告##################

群组（ANSI）群组（DIN）

系列（ANSI）系列（DIN）

##################元件##################

数据库名称:

主数据库

系列组:

Diodes

系列:

DIODE

名称:

1N1202C

作者:

日期:

May06,1998

功能:

描述:

Vrrm=200

Irrm=1000

Vfm@If=1.10@12000

trr=5.0

Package=DO-203AA

热敏电阻连接：

2.00

热敏电阻状况：

0.00

功耗:

0.00

降值拐点：

0.00

最低工作温度:

-65.00

最高工作温度:

200.00

静电放电：

0.00

##################符号##################

符号（ANSI）符号（DIN）

##################模型##################

模型ID:

D1N1202C

模型制造商:

IIT

模型模板：

d%p%tA%tK%m

模型数据:

.MODELD1N1202CD（

+IS=9.94e-06

+RS=0.00583

+CJO=4.528e-10

+VJ=0.5189

+TT=7.237e-07

+M=0.4269

+BV=100

+N=2

+EG=1.11

+XTI=3

+KF=0

+AF=1

+FC=0.5

+IBV=0.0001

+TNOM=27

+）

##################封装##################

封装:

封装类型:

DO-203AA

封装制造商:

Generic

引脚数:

引脚信息:

逻辑物理的单元类型ERC状态引脚交换组门交换组

A1GRP:

AA:

I/O包括

K2GRP:

AA:

I/O包括

三极管

##################元件详细报告##################

群组（ANSI）群组（DIN）

系列（ANSI）系列（DIN）

##################元件##################

数据库名称:

主数据库

系列组:

Transistors

系列:

BJT_NPN

名称:

2N2218

作者:

日期:

January06,1998

功能:

描述:

Vceo=30

Vcbo=60

Ic（max）=0.5

hFE（min）=20

hFE（max）=120

Ft=250

Pd=3

Package=TO-39

热敏电阻连接：

219.00

热敏电阻状况：

58.00

功耗:

3.00

降值拐点：

25.00

最低工作温度:

-65.00

最高工作温度:

200.00

静电放电：

0.00

##################符号##################

符号（ANSI）符号（DIN）

##################模型##################

模型ID:

2N2218

模型制造商:

Motorola

模型模板：

q%p%tC%tB%tE%m

模型数据:

.MODEL2N2218npn

+IS=5.97707e-15BF=70.3027NF=0.947404VAF=10

+IKF=0.259937ISE=6.79225e-12NE=1.81102BR=0.1

+NR=1.05652VAR=11.0915IKR=2.05244ISC=1.01597e-12

+NC=3.93588RB=9.17565IRB=0.1RBM=0.1

+RE=0.0579417RC=0.54086XTB=2.31952XTI=1

+EG=1.05CJE=1.33824e-11VJE=0.831414MJE=0.23

+TF=3.63302e-10XTF=0.941812VTF=9.22511ITF=0.010549

+CJC=9.98781e-12VJC=0.760686MJC=0.345233XCJC=0.9

+FC=0.49268CJS=0VJS=0.75MJS=0.5

+TR=2.8124e-06PTF=0KF=0AF=1

封装类型:

TO-39

封装制造商:

Generic

引脚数:

引脚信息:

逻辑物理的单元类型ERC状态引脚交换组门交换组

E1GRP:

AA:

I/O包括

B2GRP:

AA:

I/O包括

C3GRP:

AA:

I/O包括

放大器

##################元件详细报告##################

群组（ANSI）群组（DIN）

系列（ANSI）系列（DIN）

##################元件##################

数据库名称:

主数据库

系列组:

Analog

系列:

OPAMP

名称:

LM324AN

作者:

日期:

January01,2001

功能:

QuadGeneral-PurposeOperationalAmplifier

单元:

描述:

Inp

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