電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)---音頻功率放大器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　—— 音頻功率放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動(dòng)化系</p><p><b>　　自動(dòng)化專業(yè)</b></p><p>　　一﹑課程設(shè)計(jì)名稱：音頻功率放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　二﹑用途：供家庭音樂中心裝置中作

2、主放大器用</p><p>　　三﹑課程設(shè)計(jì)的目的：</p><p>　?。ㄒ唬╈柟毯图由顚?duì)本課程基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)的能力。</p><p>　?。ǘ┡囵B(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊和文獻(xiàn)資料的能力。</p><p>　?。ㄈW(xué)會(huì)對(duì)實(shí)際電路方案進(jìn)行分析比較﹑計(jì)算﹑選取元件﹑屏幕調(diào)試等環(huán)節(jié)的實(shí)施方法。</

3、p><p>　?。ㄋ模W(xué)會(huì)運(yùn)用儀器設(shè)備尋找故障，從中分析解決辦法，以使測試電路裝置達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　?。ㄎ澹W(xué)會(huì)按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，編寫設(shè)計(jì)說明書。</p><p><b>　　四、主要技術(shù)指標(biāo)：</b></p><p>　　1. 正弦波不失真輸出功率Po＞5W (f=1kHz,RL=8Ω)</p>

4、;<p>　　2. 電源消耗功率PE＜10W ( Po＞5W )</p><p>　　3. 輸入信號(hào)幅度VS=200～400mV （f=1kHz，RL=8Ω，Po＞5W )</p><p>　　4. 輸入電阻 Ri＞10k? ( f=1kHz )</p><p>　　5. 頻率響應(yīng) BW=50Hz～15kHz ( RL=

5、8Ω，Po＞5W)</p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)步驟：</b></p><p>　?。ㄒ唬┻x擇OTL電路形式：</p><p>　　OTL功率放大器通常由功率輸出級(jí)﹑推動(dòng)級(jí)和輸入級(jí)三部分組成。功率輸出級(jí)有互補(bǔ)對(duì)稱電路和復(fù)合管準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路之分，前者電路簡單易行，但由于大功率管β不大，故推動(dòng)級(jí)要求有一定功率，復(fù)合管準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路優(yōu)點(diǎn)是大

6、功率管可用同一型號(hào)，復(fù)合后β較大，推動(dòng)級(jí)只要小功率管就可以了，但復(fù)合管飽和壓降增大，故電源電壓要相應(yīng)高一些，晶體管數(shù)目要多一些。推動(dòng)級(jí)通常是甲類放大，其工作電流應(yīng)大于功率管基極推動(dòng)電流，故有一定功率要求。由于推動(dòng)級(jí)電壓幅度與輸出級(jí)相同，通常采用自舉電路來達(dá)到，一般推動(dòng)級(jí)都是共射極放大電路，具有一定的電壓增益，輸入級(jí)的目的是為增大開環(huán)增益，以便引入深度負(fù)反饋，改進(jìn)電路的各項(xiàng)指標(biāo)，輸入級(jí)與推動(dòng)級(jí)之間有阻容耦合和直接耦合多種形式。本例采用較簡

7、單的互補(bǔ)對(duì)稱OTL電路，電路結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，電路中二極管D是為消除交越失真而設(shè)。1Ω電阻是穩(wěn)定功放管靜態(tài)電流用的。推動(dòng)級(jí)的偏置由功放級(jí)引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋形式進(jìn)行，起穩(wěn)定工作點(diǎn)作用。整體交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋改善放大器各項(xiàng)指標(biāo)。</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算工作由后級(jí)逐漸推向前級(jí)。</p><p><b>　　電源電壓的確定</b></p><p&g

8、t;　　當(dāng)負(fù)載電阻一定時(shí)，電源電壓的大小直接與輸出功率有關(guān)， ，其中n為考慮各晶體管飽和壓降及R1z引起的損失而引入的電源電壓利用系數(shù)，通常n=0.8左右，在本例中：</p><p><b>　?。ㄈ┕β始?jí)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　功放管的要求：I=Vcc/2R=22V/(2×8Ω)=1.375A</p><p>　　V=

9、Vcc=11V，P=0.2P。=1W</p><p>　　功率管推動(dòng)電流： I=I/β=1.375A/50=27.5mA</p><p><b>　　耦合電容</b></p><p>　　穩(wěn)定電阻R：過大則功率損失太大，過小溫度穩(wěn)定性不良，通常取0.5～1Ω.現(xiàn)取1Ω，2W .</p><p><b>

10、　　推動(dòng)級(jí)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　I﹥I=27.5mA 取I=40mA</p><p>　　V=Vcc=22V，P=Vcc/2 ﹒I=11﹒40=440mW</p><p>　　消除交越失真選二極管 2CP12（100mA,0.9V）</p><p>　　R9+R10==（11-1）V/40mA=250Ω

11、 一般R10＞R9﹥﹥R</p><p>　　取R9=80Ω，R10=170Ω</p><p>　　200µF取200µF/15V</p><p>　　I=I/β=0.4mA</p><p>　　取I=2mA，R8=0.7V/2mA=350Ω</p><p>　　R+W=/（I+I）==4.

12、58K</p><p>　　選R7=1.5K, W2=4.7K進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)最佳工作點(diǎn)。</p><p>　　當(dāng)功放級(jí)達(dá)盡限運(yùn)用時(shí)，推動(dòng)級(jí)也達(dá)盡限運(yùn)用，故推動(dòng)級(jí)基極信號(hào)電流的峰值I應(yīng)與靜態(tài)值I相等，即0.4mA。由于推動(dòng)級(jí)用的是中功率晶體管，故其輸入電阻為：r≈（1+β）≈66Ω</p><p>　　推動(dòng)級(jí)的負(fù)載可等效為：R'=R10//r+(1+β)R9//

13、R</p><p>　　其中，r為大功率管的輸入電阻，由于乙類放大I是變化的，不好準(zhǔn)確計(jì)算，只好以I/2為I的計(jì)算值。r≈（1+β）=1.9Ω</p><p>　　故 R'=170//1.9+（1+50）80//8=372Ω</p><p>　　推動(dòng)級(jí)電壓放大倍數(shù)A=-β=-100×372/66=-564</p><p&g

14、t;　　推動(dòng)級(jí)基極推動(dòng)電壓為：V===0.02V</p><p>　　R8對(duì)信號(hào)的分流為：I==0.02V/350Ω=0.06mA</p><p>　　=11V/4.58K=2.4mA</p><p>　　總推動(dòng)信號(hào)交流峰值為：0.4+0.06+2.4=2.86mA</p><p><b>　?。ㄎ澹┹斎爰?jí)設(shè)計(jì)</b>

15、;</p><p>　　由于推動(dòng)級(jí)需要2.86mA的交流推動(dòng)信號(hào)，故輸入級(jí)靜態(tài)電流應(yīng)大于2.86mA。取I=4mA。推動(dòng)級(jí)所需電壓信號(hào)只0.2V，故輸入級(jí)電壓的配置可較隨便，取R﹑R為2KΩ，R為1KΩ，則R﹑R降落8V，R降落4V，Vce=22V-2×8V-4V=2V, Vce'=Vcc-4V=18V，</p><p>　　取T1為3DG6（100mW,20V,20m

16、A,β=100）。</p><p>　　I=I/β=4mA/100=0.04mA，取I=4I=0.16mA</p><p>　　則R2=(4mA×2KΩ+0.7V)/0.16mA=54.4KΩ取R2=51KΩ</p><p>　　R1=（18V-8.7V）/0.16mA=58.1KΩ取R1=58KΩ</p><p>　　耦

17、合電容憑經(jīng)驗(yàn)選取C2=C3=10µF/10V, C4=（100-200）µF/15V</p><p><b>　?。┴?fù)反饋設(shè)計(jì)</b></p><p>　　取R5=8Ω，不要太大，以免降低總開環(huán)倍數(shù)。</p><p>　　r=200+（1+β）26/I=200+657=857Ω</p><p>

18、<b>　　=-0.42</b></p><p><b>　　總開環(huán)倍數(shù)為：</b></p><p>　　Avo=Av1﹒Av2﹒Av3.4=（-0.42）×（-564）×1=237（倍）</p><p>　　根據(jù)題意要求：A===21倍</p><p>　　故 1+AF==2

19、37/21=11.3＞10，所以是深度負(fù)反饋。</p><p>　　A==（R+R）/R≈21，故 R≈160Ω</p><p>　　取 R=100Ω（電阻）+470Ω（電位器）以便于調(diào)試</p><p>　?。ㄆ撸╇娐分笜?biāo)驗(yàn)算：</p><p><b>　　⒈ 不失真功率Po</b></p><p&

20、gt;　　設(shè)T、T的V等大約要損失電源電壓2V，則實(shí)際輸出幅度</p><p>　　V=Vcc/2-2=9V ∴Po==9/(2×8)=5.06W＞5W</p><p>　?、?電源消耗功率P==7.88W＜10W</p><p>　?、?靈敏度（可計(jì)算閉環(huán)增益A）</p><p>　　A=(R+R)/R=(160+8)/8=21

21、， A==</p><p>　　∴Vi===303mV， 滿足要求</p><p><b>　　若不滿足可調(diào)R。</b></p><p><b>　　⒋ 輸入電阻Ri</b></p><p>　　Ri==58//51//(1.665×11.3)</p><p>　

22、　=11.1KΩ＞10KΩ，符合指標(biāo)要求。</p><p>　　5.頻率響應(yīng)的分析：</p><p>　　低頻響應(yīng)取決于各級(jí)耦合電容及旁路電容，開環(huán)選取已考慮足夠大，再加負(fù)反饋已無問題。</p><p>　　高頻響應(yīng)主要由2Z730決定，因它的f≈5KC,而其它硅NPN晶體管頻率都較高，由于深度負(fù)反饋，故高頻響應(yīng)提高到10KC應(yīng)當(dāng)也無問題。圖中增加了一只C8，是為消

23、除寄生振蕩而設(shè)的，若實(shí)際使用時(shí)沒有寄生振蕩，則以不用為好，因?yàn)橛昧薈8，高頻響應(yīng)將會(huì)差一些。C7電容是為消除電源引線太長引起的寄生振蕩，通常用一只不太大的電容即可，現(xiàn)取100µf/22V的電容值。</p><p><b>　　六、電路仿真及調(diào)試</b></p><p>　?、澎o態(tài)調(diào)試：輸出級(jí)中點(diǎn)電壓Vo=1/2Vcc=11V</p><p

24、>　　安裝完畢并檢查電路，接線無誤后，可接上負(fù)載和電源，首先用萬用表電壓檔測量功放級(jí)中點(diǎn)電壓。調(diào)節(jié)電位器W2可改變中點(diǎn)電壓的數(shù)值，將中點(diǎn)電壓的數(shù)值固定在電源電壓的一半（約11V）,由下圖可知：Vo=10.95V。</p><p><b>　?、苿?dòng)態(tài)調(diào)試</b></p><p><b>　?、佥敵龉β蔖o：</b></p>&l

25、t;p>　　在f=1kHz，R=8Ω，輸出波形基本不失真時(shí)，測出輸出電壓值Vo必須大于6.325V,計(jì)算出輸出功率大于5W。</p><p>　　逐步加大輸入信號(hào)，觀察示波器波形，直到出現(xiàn)切峰失真為止，這時(shí)毫伏表讀數(shù)應(yīng)能達(dá)到6.325V以上。</p><p>　　由下圖可知：Vo=6.335V∴Po==5.02W＞5W</p><p>　?、陟`敏度測試：在

26、 f=1kHz，RL=8Ω， Po＞5W時(shí)，測出Vs的值，必須控制在200～400mV之間。</p><p>　　方法：將信號(hào)略減小使輸出保持約6.325伏，測輸入電壓的值。</p><p>　　由下圖可知：Vs=250mV， Vo=6.335V</p><p>　　③電源消耗功率：用電流表測量電源電流，計(jì)算電源消耗的功率。</p><p&g

27、t;　　由下圖可知：I=418.4mA，∴P=VccI=9.2W</p><p><b>　?、茌斎腚娮鑂i</b></p><p>　　在放大器輸入端串一只10k電阻R1，保持輸出5W功率，分別測出R1前端電壓值V1和后端電壓值V2，</p><p>　　計(jì)算出輸入電阻。R=R</p><p>　　由下圖可知：V1=

28、600mV，V2=600mV-271.6mV=328.4mV</p><p>　　R=R=328.4х10KΩ/(600-328.4)=12.09KΩ＞10KΩ</p><p><b>　?、蓊l率響應(yīng)</b></p><p>　　在上述情況下增加或降低輸入信號(hào)頻率（幅度不變），輸出電壓隨之下降，當(dāng)其下降到原來的0.707倍時(shí)，或輸出波形產(chǎn)生明顯

29、失真，記下放大器的上、下限頻率值。</p><p>　　由上圖可知：下限頻率為13.0729Hz，上限頻率為634.8492MHz。</p><p><b>　　七、小結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)鍛煉了我查閱資料、進(jìn)行方案構(gòu)思、獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力。在設(shè)計(jì)過程中，我按照指導(dǎo)老師的要求逐步完善設(shè)計(jì)方案，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，但在設(shè)計(jì)過程中也出

30、現(xiàn)了好多問題。由于理論知識(shí)的不足，再加上平時(shí)沒有什么設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一開始不知從何入手，但在經(jīng)過仔細(xì)查詢資料和同學(xué)們的熱心幫助下，我順利地完成了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，參數(shù)的選取是十分重要的，如果選取得不合適，波形就會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，這時(shí)，就應(yīng)該調(diào)整參數(shù)，重新連接電路并調(diào)試。計(jì)算過程比較復(fù)雜，在計(jì)算時(shí)要仔細(xì)認(rèn)真，否則，數(shù)據(jù)很容易就會(huì)算錯(cuò)。這幾天的忙碌讓我感到很充實(shí)，看看自己做出來的東西，感到很高興。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)