低频功率放大器.docx

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1、 实验一一、实验要求：1.设计低频功率放大器，带宽：20HZ-20KHZ，输出功率0.5W，效率：65%，无明显失真。2.用multisim仿真。3.搭建电路系统，测试设计主要参4.写出设计报告。重点:功率放大器设计方法；电路参数测试。二、总体方案设计低频功率放大器的整个电路主要由阻抗匹配电路、前置弱信号放大电路、功率放大电路组成。阻抗匹配电路，即电压跟随器，完成输入信号与放大电路之间的阻抗匹配；前置放大电路主要是对输入信号进行电压放大；功率放大电路完成对电压、电流的放大，为负载提供能量，增加带负载的能力。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。仿真实验结果表明该低频功率放大

2、器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标。对15HZ149KHZ的弱信号都具有放大能力 ，通过调整，可严格控制在20Hz20kHz，以达到我们我需要的实验要求。 在此次实验中，我们会用分别用到阻抗匹配电路、前置放大电路、功率放大电路。其中，阻抗匹配电路，即阻抗变换。在本电路中，由于输入阻抗可能很小，故采用电压跟随器来作阻抗变换。由于考虑到带宽、噪声等的影响，采用前置放大电路中的运放作为放大器。前置放大电路必须由低噪声、高保真、高增益、快响应、宽带音响集成放大器构成。符合上述条件的集成电路有：LM324、NE5532等。本系统设计选用NE5532， NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大

3、器, 具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、宽频带等优良性能。采用专用的集成功放芯片，TDA2030集成芯片，外围电路简单，且输出功率较大。因此用这三种来完成此次的实验。三、方案论证 1. 低频功率放大电路 方案一：采用分立元件构成低频功率放大器，其电路仿真图如图（1）所示。由图可知： 该电路是由分立元件构成的OTL低频功率放大器。其中，由三极管VT1构成推动级（也称前置放大级），VT2、VT3是一对参数对称的NPN和PNP型三极管，他们组成互补推挽OTL功率放大电路。由于每个管子都接成射级输出器形式，所以具有输出电阻低、负载能力强等特点，适合于作功率输出级。VT1管工作甲类状态，它的集电极电流I

4、c由电位器RP1进行调节。Ic1的一部分流经电位器RP2及二极管D1，给VT2、VT3提供偏置电压。调节RP2，可以使VT2、VT3得到适合的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。该电路总体设计及设计方案带负载能力强、效率高，但所用器件较多，调节不方便且不易调节。方案二：采用集成芯片TDA2030A构成低频功率放大器。TDA2030A是意大利SGS公司 的产品。它具有输出电流大，谐波失真和交叉失真都很小的特点，其电路内部设有短路保护系统来限制功耗过载，保护输出晶体管处于安全工作状态。TDA2030A能在最低6V最高22V的电压下工作在19V、8阻抗时能够输出16W的有效功率。由它构成的

5、低频功率放大器的电路仿真图如图（2）所示。由图可知：该电路所用器件少，外围简单。因此本仿真系统选用方案二。 图（1） 图（2）四、单元模块设计 1阻抗匹配电路 跟随电路具有输入电阻大，输出电阻小的特点，可以做多级放大器的中间级，即缓冲级。即作阻抗变换，使前后级之间实现阻抗匹配。所以两级放大电路前加了跟随电路实现阻抗匹配。 图12前置放大电路 本设计采用的是集成运算放大器方案,设计前置放大器可供选用的集成运算放大器有很多,有LF347、OP-37、NE5532等。为提高前置放大器电路输入电阻和共模抑制性能,减少输出噪声,采用集成运算放大器构成前置放大器电路时,必须采用同相放大电路结构,电路如图3

6、所示 图2为了尽可能保证不失真放大,图中只采用一级运算放大器电路U2A,该级放大器的增益取决于R1和R2,即Av1=1+R2/R1。为保证前级有较大的电压放大能力，因此可取相应的电阻值，即R2=100K,R1=10K。由上述分析可知,低频功率放大器的放大倍数理论上为11倍，能保证充分发挥线性放大性能并满足带宽要求,从而可保证不失真,即达到保真放大质量。C2为耦合电容,为保证低频响应,要求其容抗远小于放大器的输入电阻。R5各级运放输入端的平衡电阻,对静态工作点具有调节作用。而实际测得当输入V1=0.1时，频率为1kHz时，输出VO=1.06V。鉴于以上情形，可取前级放大A2=10对于前置放大器,

7、要求信号最强时,输出不失真,即在V2pp=1.00v时, 当输入信号Vi=0.1V ，而输出不衰减时 V01=Vi*A1=0.10V*10=1.00V。功率放大要求输出V022V,考虑到元件误差的影响,取V02=3V,而输入信号最小为0.1 V,则第二级放大器倍数为A2=V01/V02=3.75,取A2=4。要求TDA2030具有4倍以上的放大电压的能力。 3功率放大电路 本设计采用集成功率放大电路，该电路具有低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，还可外加散热片解决散热问题。以下介绍采用集成芯片TDA2030构成功率放大电路。 图3TDA2030A是德律风根生产的音频功

8、放芯片，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构，其主要特点有；外接元件非常少。输出功率大，Po=18W(RL=4).内含各种保护电路，因此工作安全可靠。 TDA2030A能在最低6V最高22V的电压下工作在19V、8阻抗时能够输出16W的有效功率。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。在电路中，功率放大后从4脚输出加到扬声器R3。R9、C7串联接在输出端用以抑制高频噪声。R1、R2和电位器R5组成增益可调的反馈网络；C2为直流负反馈电容；直流负反馈的作用是稳定静态工作点，而对放大电路的各项动态性能没有影响， 动态性能指放大倍数、通频带、输入及输出电阻等。R4为输入接地电

9、阻，防止输入时引起感应噪声；电源电压采用双电源V12供电。在此电路中,A2=1+R4/(R5+R6)。而R4=100K,R5=20K,电位器R6在050K之间可变，理论上A2可在2.56之间可调。因为要求输出到8电阻负载上的功率Po0.5W，而Uom=2RL*Pc=2.0v,而现测得实际输出电压为VO=2.0V,输出功率为Po=VO2*VO2/2Rl=1.0w.五、功率与效率分析 总功率为电源提供的功率和信号源的功率，由于信号源的功率太小，固主要是电源提供的功率，测得前级电源的电流为1.776uA，功率放大时电源电流为51.23mA 因此可以认为后级电源提供功率就为总功因此可以认为后级电源提供

10、功率就为总功率为：所以计算效率为：六、仿真与分析6.1输入输出波形输入信号频率为1KHZ时的波形从波形上看没有出现明显失真，但是输入与输出之间产生了相移，分析原因，可能是由于耦合电容和放大器内部电容构成的高通网络造成的。功率能达到要求，但是从仿真图上可以看出，输入和输出之间有相位差，分析各部分，原因可能是耦合电容和放大器内部电容构成的高通网络，对于频率较低时产生了相移.6.2频率响应分析 如图所示，由波特图测得该系统的同频带为15Hz149kHz,因此对于20Hz20kHz的声音信号，有很好的放大能力。 功率参数 题目设计要求输出功率为0.5W,而仿真出来的输出功率为0.493W，能满足题目的设计要求。则效率值为：493100%=65.9% 能满足题目的设计要求 。 总结详细介绍了一种简单实用、价格低的低频功率放大器的电路设计方法，整套设计只需几十元。从实验的各项数据分析，本电路具有很好的频率响应特性，从测得的带宽看出，该功率放大器可以很好的实现对低频功率的放大作用，能较好的达到实际要求，也符合理论上的要求。.忽略此处.