耳机功率放大课程设计.docx

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耳机功率放大课程设计

1设计任务描述

1.1设计题目：

耳机功率放大电路

1.2设计要求

1.2.1设计目的

（1）掌握低频功放的构成、原理与设计方法；

（2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。

1.2.2基本要求

（1）最大输出功率>50mW，能驱动32-200Ω的耳机

（2）在20-20000Hz频率范围内音质优秀，信号失真度THD<1%；

（3）电压放大信号3-5。

1.2.3发挥部分

（1）输出功率可调节；

（2）220V交流电源供电。

2设计思路

根据此次课程设计的要求，通过自上而下的设计思路，我设计的功放基本电路由两个部分组成，分别是直流稳压电源、功率放大器放大倍数可调。

由不同型号的功率放大器、稳压器、电容、电阻、以及滑动变阻器组成。

根据基本要求内容，

（1）首先为了最大输出功率>50mW能驱动32-200Ω的耳机，所以直流电压选择12V：

（2）因为放大倍数在三到五倍所以采用运算放大器来达到要求。

另外，发挥部分设计的两个内容。

（1）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的电压降低，再次通过整流电路把交流电压变成直流电压，滤波电路把电压稳定，最后通过整流把电压稳定在12V；

（2）为了使输出功率可调，所以在运算放大器使其放大倍数可调，所以使用了一个滑动变阻气使其放大倍数可调。

3设计方框图

×

4各部分电路设计及参数计算

4.1各部分电路设计

4.1.1直流稳压电源

图4.1.1直流稳压电源电路

直流稳压电源电路设计方法

图中V1为电源变压器，它的作用是将交流电压变成整流电路要求的的交流电压，四只整流二极管接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

电容C1周而复始的进行充放电，达到滤波的作用。

电路中C3，C4用来实现频率补偿，防止稳压器产生自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C5是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

4.1.2集成运算放大电路

图4.1.3

设计方法：

输入信号电压加到运放的同向输入端，输出电压通过R4，R15，R3的分压作用，作用于反相输入端“-”。

由于要求放大倍数可调，所以在此加一个滑动变阻器，来满足题目的要求;同时通过滑动变阻器可调，从而改变了输出端的功率，功率的大小直接影响了耳机放出的音量的大小，这样就满足了发挥部分的要求。

4.2各部分参数计算

4.2.1直流稳压源的参数计算

最大输出功率为：

又因为

所以选择

4.2.2运算放大器的参数计算

运算放大器的放大增益为：

5工作过程分析

5.1直流稳压的产生

电路中采用的是理想变压器，桥式整流二极管，LM7812KC稳压器。

变压器的作用是将交流电压变成整流电路要求的交流电压，通过LM7812KC稳压，到达实验所需的电压。

为了使输出电压能到达要求，通过

来确定滤波电容的大小，电路中靠近引脚处接入电容

用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，

是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

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，最终选取

的电容值为330nF,100nF,10000nF。

经示波器和万用表测量输入信号输出信号波形和输出电压如图所示：

图5.1直流稳压输入和输出波形

图5.2直流电源电压

5.2功率放大电路

电路中选用的是LM324系列集成块，LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，也可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

由于题目要求输出功率可调，所以在反馈环中除了一个阻值不变的固定电阻以外，有加了一个阻值可调的滑动变阻器，一满足输出功率可调。

根据题目要求，经过多次反复仿真，最终选择

阻值为1K,2K。

滑动变阻器的最大阻值为2K,用示波器可测得图形如下

由于放大倍数的衰减，所以在输出与功率输入处加一个负反馈，以满足放大倍数的需要。

为了检验其功率放大是否能达到要求，利用Multism软件多次进行仿真，进行参数的调试，最终选择

的阻值为。

用功率表和示波器测量如图所

图5.3功率放大输出与输入信号

图5.4输出功率

图5.5信号失真度

6元器件清单

数量

描述

参考标识

1

AC_POWER,220Vrms50Hz0°

V2

1

CAPACITOR,4.7uF

C1

1

CAPACITOR,330nF

C3

1

CAPACITOR,100nF

C4

1

CAPACITOR,10uF

C5

1

VOLTAGE_CONTROLLED_VOLTAGE_SOURCE,1V/V

V1

1

POWER_SOURCES,GROUND

0

1

AC_POWER,10Vrms50Hz0°

V3

2

RESISTOR,1kΩ

R3,R2

1

RESISTOR,2kΩ

R4

1

POTENTIOMETER,2kΩ

R15

1

RESISTOR,10kΩ

R1

1

RESISTOR,150Ω

R6

1

FWB,MDA990-3

D1

1

OPAMP,LM324J

U2

1

VOLTAGE_REGULATOR,LM7812KC

U1

7主要元器件介绍

7.1交流电源的介绍

每一个交流电源都可以用图1所示的符号来表示，它有两个引脚，其中一个是接地的，另外一个接输出信号端，同时它可以通过改变参数来设定所需要的

电源信号。

图7.1交流电源符号

电源的详细报告

热敏电阻连接：

:

0.00

热敏电阻状况：

:

0.00

功耗:

0.00

降值拐点：

:

0.00

最低工作温度:

0.00

最高工作温度:

0.00

静电放电：

:

0.00

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

1GRP:

AA:

I/O包括

2GRP:

AA:

I/O包括

7.2变压器的介绍

图7.2变压器的符号

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

1GRP:

AA:

I/O包括

2GRP:

AA:

I/O包括

3GRP:

AA:

I/O包括

4GRP:

AA:

I/O包括

MDA990-3详细数据清单

描述：

Vrrm=200.00

：

Irrm=500.00

：

Vfm@if=1.07@47000.00

：

trr=

：

Package=CASE309A-03

热敏电阻连接：

6.05

热敏电阻状况：

0.00

功耗：

0.00

降值拐点：

55.00

最低工作温度：

-65.00

最高工作温度：

175.00

静电放电：

0.00

7.3桥式整流管的介绍

图7.3.1整流管符号图7.3.2整流管封装图

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

7.4稳压器介绍

本次课程设计采用的是三端集成稳压器。

稳压器的三端分别是输入端、输出端和公共引出端。

图7.4.2稳压器的封装

图7.4.1稳压器的符号

LM7812KC详细数据清单

描述：

Iout=1.5

：

Vout=12.0

：

Pd=2.8

：

Package=TO-3（KC）

热敏电阻连接：

35.00

热敏电阻状况：

4.00

功耗：

2.80

降值拐点：

0.00

最低工作温度：

0.00

最高工作温度：

70.00

静电放电：

0.00

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

IN1GRP:

AA:

INPUT包括

GND2GRP:

AA:

PWR包括

OUT3GRP:

AA:

GOD包括

7.5集成运放LM324J

每一组运算放大器可用图7.4.1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

LM324的引脚排列见图7.4.2。

  图7.5.1                               图7.5.2

LM324N集成块详细报告

热敏电阻连接：

:

88.00

热敏电阻状况：

:

0.00

功耗:

1.26

降值拐点：

:

0.00

最低工作温度:

0.00

最高工作温度:

70.00

静电放电：

:

250.00

7.6桥式整流管

MDA990-3详细数据清单

描述：

Vrrm=200.00

：

Irrm=500.00

：

Vfm@if=1.07@47000.00

：

trr=

：

Package=CASE309A-03

热敏电阻连接：

6.05

热敏电阻状况：

0.00

功耗：

0.00

降值拐点：

55.00

最低工作温度：

-65.00

最高工作温度：

175.00

静电放电：

0.00

图7.6.1整流管符号图7.6.2整流管封装图

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

小结

通过这短暂一周的学习,让我学习到了有关功率放大电路方面的很多知识，使我在一周的课程学习后更加深刻意思到自己所学专业的实用性，同时也认识到了自己所学专业的重要性和趣味性。

在这次课程设计中我主要以书上所学的内容为基础，通过查阅课外的知识为辅助来完成本设计要求的内容，达到了自主学习的目的。

通过这一周的学习和努力，让我认识到自身的很多不足之处，例如，选完课题之后我不知道主动联系所学知识一味的想从网络上寻求答案，盲目中浪费了很长时间；在克服了许多学习困难后我深深认识到自己不论是在知识储备还是学习能力方面还存在很多不足，基础知识还很薄弱，实践经验比较缺乏，动手能力也有待提高，理论联系实际的能力仍急需提高。

在此，也给自己一个小小的警告，不能为了应付考试而学习。

在整个过程中，我也曾想过放弃自己的设计，认为直接抄往届的就行，但是我不想这样做。

因为我知道，只要有付出就会有收获。

因此我就重新把模拟电子技术基础这本书相关功率放大的只是重新复习了一下，看完之后我就感觉这次的耳机功率放大电路没有想象中的那么难，只是对所学的知识加以应用到实际中。

当自己设计的东西得到老师的认可之后，那种喜悦之情溢于言表,让我更加坚信美好的人生就是在不断的劳动后才得以进步。

对我而言,这次的课程设计是一种很好的锻炼，它让我进一步将理论知识运用到实际当中，尤其是仿真软件的利用非常具有真实感；让我在获得了宝贵知识的同时也获得了精神上的满足；让我体会了学无海无涯苦做舟的道理。

总之，这次课程设计必将成为我大学生活中一个非常有意义的经历！

致谢

这一周的课程设计已经结束了,感觉时间过的好快,能在这么短的时间内完成任务真心很感谢曲老师对我们的悉心指导。

在课程设计中,曲老师多次安排时间帮助我们分析思路，开拓视角,以严谨求实的治学态度，对我们严要求、高标准,使我们能够积极按时的完成任务。

同时也很感谢曲老师对我们的理解，在我们要考数电之前，曲老师能够了解学生的心声，改变自己指导的时间让我们能够有充足的时间专心复习考试。

在此，谨向曲老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

感谢马洪勃马老师对我在模拟电子技术基础上的教导以及赵辉赵老师对我在电子技术实验的教导，他们让我能对模电这方面有所了解同时也掌握了一些专业知识，正是由于这些知识才是我能够顺利的完成这次课程设计。

浓浓师恩，终生不忘。

感谢我的组员们,是他们一直陪我身边，我们一起努力，互帮互助，让我道我不是一个人在孤军奋战.

也感谢沈阳工程学院图书馆的支持，科技书刊借阅室和多媒体电子阅览室提供本设计要求所需资料。

总之，很感谢你们，再此致以深深地祝福。

参考文献

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）.北京：

高等教育出版社，2006

[2]于增安，秦宏，赵忠厚，胡宁.电子技术试验.北京:

中国电力出版社.2013

[3]聂典,丁伟.Multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用.北京：

电子工业出版社，2009

[4]华永平.模拟电子技术与应用.北京：

电子工业出版社，2010

[5]张畴先。

模拟电子线路.西安.西北工业大学出版社

附录A1逻辑电路图