第七周 幅频均衡电路实验报告.docx
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第七周幅频均衡电路实验报告
幅频均衡功率放大器
摘要：
本系统主要采用前置放大、带阻网络、幅频均衡和低频功率放大电路，前置放大是采用运放NE5532设计的同相比例放大电路，实现了500倍的电压放大，通频带为20hz-20khz，输出电阻为600欧；带阻网络是题目所给出的电路；而幅频均衡电路主要是补偿带阻网络截止掉的频率补偿到20Khz。
并通过开关功放电路实现效率达到60%；
关键字：
前置放大；带阻滤波器；幅频均衡；功率放大器。
1、本课题的研究任务和论文介绍
1、任务
设计并制作一个幅频均衡功率放大器。
该放大器包括前置放大、带阻网络、字幅频均衡和低频功率放大电路，其组成框图如图1所示。
图1幅频均衡功率放大器组成框图
2、要求
a．基本要求
（1）前置放大电路要求：
a.小信号电压放大倍数不小于400倍（输入正弦信号电压有效值小于10mV）。
b.-1dB通频带为20Hz～20kHz。
c.输出电阻为600。
（2）制作带阻网络对前置放大电路输出信号v1进行滤波，以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准，要求最大衰减≥10dB。
带阻网络具体电路见图2。
图2
（3）制作幅频均衡电路，对带阻网络输出的20Hz～20kHz信号进行幅频均衡。
要求：
a.输入电阻为600。
b.经过幅频均衡处理后，以10kHz时输出信号v3电压幅度为基准，通频带20Hz～20kHz内的电压幅度波动在1.5dB以内。
b.发挥部分
制作功率放大电路，对数字均衡后的输出信号v3进行功率放大，要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。
（1）当输入正弦信号vi电压有效值为5mV、功率放大器接8电阻负载（一端接地）时，要求输出功率≥10W，输出电压波形无明显失真。
（2）功率放大电路的-3dB通频带为20Hz～20kHz。
（3）功率放大电路的效率≥60％。
（4）其他。
二、方案论证与设计
前置放大方案选择：
方案一：
选择普通运放OP07进行放大，但OP07的对高频段的频率特性明显有影响，噪声大。
方案二：
因为NE5532以及NE5534可以在10Mhz内可调。
用一级放大达不到要求，所以选择用NE5532双运放进行两级放大，一级放大20倍一级放大25倍。
确定此方案。
幅频均衡电路方案选择：
方案一：
要求在20HZ——20KHZ内的电压幅度波动在1.5dB以内。
设计一个在30KHZ电压幅度下降为－3dB。
设置它的传递函数为
，但经仿真他不能在20KHZ下降－1.5dB.
方案二：
为抬高起频率。
设计一个在30KHZ电压幅度下降为－3dB。
设置它的传递函数为
仿真后可以达到要求。
确定此方案。
低频功率放大器电路设计方案选择：
方案一：
甲类放大器
甲类放大器，是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。
A类放大器在结构上，还有两类不同的工作方式。
其中一类是将两个射极跟随器相联工作，其偏置电流要增加到在正常负载下有足够的电流流过，而不使任一器件截止。
这一措施的最大优点是它不会突然地耗尽输出电流，如果负载阻抗低于标定值，放大器会短期出现截止现象，在失真上可能略有增加，但不致出现直感上的严重缺陷。
另一类可称作为控制电流源型（VCIS），它本质上是一个单独的射极跟随器，并带有一个有源发射极负载，以达到合适的电流泄放。
但甲类功率放大器的能量转换的效率太低，主要用于电压放大，在功率放大电路中较少应用。
方案二：
乙类放大器
乙类放大器，是指器件导通时间为50％的一种工作类别。
乙类放大器的偏置使推挽的晶体管在无驱动信号时，处于低电流状态，当加上驱动信号时，一对管子中的一只在半周期内电流上升，而另一只管子则趋向截止，到另一半周期时，情况相反，由于两管轮流工作，必须采用推挽电路才能放大完整的信号波形。
乙类放大器的优点在于效率较高，理论上可以达到78%。
但输出波形严重失真。
方案三：
甲乙类放大器
甲乙类放大器，实际上是甲类和乙类的结合，每个器件的导通时间在50—100％之间，依赖于偏置电流的大小和输出电平。
甲乙类放大器的优点在于它比甲类提高了小信号输入时的效率，随着输出功率的增大，效率也增高，相对于乙类，也能保持更好的失真度。
方案四：
丙类放大器
丙类放大器，是指器件导通时间小于50％的工作类别。
这类放大器，一般用于射频放大。
方案五：
丁类放大器
这类放大器，其特点是断续地转换器件的开通，可控制信号的占空比以使它的平均值能代表音频信号的瞬时电平，这种情况被称为脉宽调制（PWM），其效率在理论上来说是很高的。
但是，实际困难还是非常大的。
3、电路设计、工作原理与计算
1、前置放大：
仿真电路如图3：
图3
仿真结果：
计算方法V0=Vi*（1+R2/R3）*（1+R9/R6）可以通过调节R2和R9来调节电压的增益。
可以设置调节前端增益为20倍,二级增益为R9是增益为25倍。
所以AV=20*25=500。
2、补偿电路：
为了达到在20HZ---20kKHZ内电压幅度波动在在-1.5dB内.设计一个为50KHZ的截止频率。
其传递函数为
的电路图。
而有根据带阻网络算出它的传递函数。
其计算方法根据图4来表示：
VC
VO
VP
Vi
图4
仿真结果：
波特图
计算结果为：
代入数值计算结果为
设计的补偿电路为H1（S）*H（S）=H2（S）;在经过MATAB计算结果得：
;
此结果为2个惯性环节的低通滤波器和一个放大电路组成。
经自动控制原理的惯性环节的计算公式
；且K=R1/R2;T=R1C;由此结果得；第一个惯性环节：
R1=2.127K;R2=4.6445K;C=470PF.第二个惯性环节为：
R1=6.77K;R2=1.834K;C=470PF;放大电路由一个E5534单运放组成构成反向放大器且放大倍数放大为5倍左右。
其电路图为图5所示：
经仿真结果可以达到要求。
3低频功放：
采用开关功放。
因此要产生PWM波。
可以由三角波和正弦波比较产生。
为最后能获得正弦波要求三角波的频率和幅度都要大于正弦波。
才能经过滤波恢复出正弦波。
起电路图为三角波的产生电路如图6所示：
图6
仿真结果;
PWM波的电路如图7：
图7
低频功放的电路图：
四、测试结果：
1放大电路的测试结果：
vi
20mv
20mv
20mv
20mv
20mv
f
20HZ
200HZ
1KHZ
20KHZ
40KHZ
vo
9.76V
9.8V
10V
10V
8.4V
误差分析：
误差存在的原因。
因为NE5532芯片的频率限制。
在过低或者过低的频率电压会下降，电压电压的不精准，再加上制作工艺等的影响造成有误差。
2.放大电路与带阻电路连接测试结果：
vi
20mv
20mv
20mv
20mv
20mv
f
20HZ
200HZ
1KHZ
10KHZ
10.3KHZ
vo
11V
10V
10.4V
7.6V
7.4V
误差计算：
截止频率在-3dB处的电压为V1=
11*0.707=7.77V。
；误差分析：
由上一级的误差带来的影响。
再加上电阻的确定值导致频率不可调。
制作工艺是很有影响。
3.放大电路与带阻电路补偿电路的测试结果：
vi
20mv
20mv
20mv
20mv
f
20HZ
200HZ
10KHZ
20KHZ
vo
5.2V
4.96V
3.56V
2.48V
实验总结与体会：
在本轮课题的设计中，主要在低频功放的设计存在很大的问题，对开关功放的不理解。
开关功放的效率高。
在这次测试中，测试的波形不是很清楚。
主要是焊接的问题，经改进效果良好。
在本次课题中主要学习到的是各门学科的关联性。
5、参考文献：
1.自动控制原理；作者：
胡涛松，科学出版社；
2.电子线路综合设计，主编：
谢自美，华中科技大学出版社；
3.电子技术基础；主编：
康华光；高等教育出版社；
4.数字幅频均衡功率放大器（09全国大学生电子设计大赛全国一等奖）
方案一：
甲类功放：
Q点在交流负载线的重点，如图电路特点：
输出波形无失真，但静态电流大，效率低。
方案二：
乙类功放：
Q点在交流负载线和（）输出特性曲线交点，如图电路特点：
输出波形失真大，但静态电流几乎等于零，效率高。
方案三：
甲乙类功放：
Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处，如图电路特点：
输出波形失真大，静态电流小，效率较高。
方案四：
丁类功放是放大元件处于开关功放的一种放大模式。
丁类功放的实现很难，但是静态电流很小效率很高产生的热量小。
为获得较高的效率和最大输出功率放大器的工作状态为临界状态。
选择此方案。
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