功率放大器电路设计资料

电子技术课程设计论文 ---功率放大器电路设计

院系：电气工程学院

专业：测控技术与仪器

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指导教师：

2014 年 6 月 24 日

目录

第一章绪论 (1)

第二章系统总体设计方案 (2)

2.1 功率放大电路 (2)

2.2放大器原理 (2)

2.3方案设计 (3)

2.3.1 前置放大极 (4)

2.3.3 三极管性能的简单测试 (4)

2.3.3 电路形式的选择 (4)

2.3.4 电路原理 (5)

第三章仿真及电路焊接及调试 (6)

3.1 Protues 简介 (6)

3.2 原理图绘制的方法和步骤 (6)

3.3 电路板的制作 (9)

3.4 电路焊接 (9)

3.5 元器件安装与调试 (10)

第四章元器件介绍 (11)

4.1 LM386 (11)

4.2 9013晶体管 (12)

4.3电容 (13)

4.4 扬声器 (13)

4.5驻极体 (14)

第五章总结 (15)

致谢 (16)

附录 (17)

第一章绪论

现在多用于高校功放课程设计的有两种电路，一种是集成功放 LM386组成的音频功率放大电路，一种是集成功放TDA2030A组成的音频功率放大电路。我们此次的课程设计所用的芯片是集成功放LM386。

本次音频功率放大系统的设计，我们采用了LM386音频功率放大器作为核心元件。它具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，主要应用于低电压消费类产品，广泛应用于录音机和收音机之中。应用LM386时，为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。

第二章系统总体设计方案

2.1 功率放大电路

1、要求输出功率尽可能大

为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。

2、效率更高

由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。

3、非线性失真要小

功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。

4、功率器件的散热问题

在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。

2.2放大器原理

功放(功率放大器)的原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。

因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。而场效应管则是用栅极电压来控制源极与漏极的电流，其控制作用用跨导表

示，即栅极变化一毫伏，源极电流变化一安，就称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率的输出，并非真的将功率放大了。

2.3方案设计

本课题采用LM386作为功率放大器

确定各级的增益分配

放大倍数Vs. dB 数0dB ：一般将信号电平（0dB ）即0.775V 作为衡量放大器灵敏度的参考标准。

5mV 的dB 数为：dB 44)775.0/005.0lg(20-=

因为采用的集成芯片LM386，其输出功率为20W ，则负载上的电压 ：

V

R P U L o L 136.12≈==

又话筒输入为5mV ，则整个电路的增益为20lg （13/0.005）=68dB 。考虑到音调级必要的衰减，增益为－2dB 左右。所以取整个电路的增益为70dB 。则各级的增益如下：

功放级：26dB （厂家给定的）

音调控制级：-2dB 。 前置放大级：44dB 。

图2-1系统构成框图

2.3.1 前置放大极

采用共射极放大电路构成前置年放大极，三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流 b 倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。

2.3.2 三极管性能的简易测量

(1) 用万用表电阻档测I CEO和β

基极开路，万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e(PNP管相反)，此时c、e间电阻值大则表明I CEO小，电阻值小则表明I CEO大。

用手指代替基极电阻R b，用上法测c、e间电阻，若阻值比基极开路时小得多则表明β值大。

(2) 用万用表hFE档测β

有的万用表有hFE档，按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数β，若β很小或为零，表明三极管己损坏，可用电阻档分别测两个PN结，确认是否有击穿或断路。

2.3.3 电路形式的选择

芯片选用LM386，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。

2.3.4 电路原理

图2-2 音频功率放大电路原理图

第三章仿真及电路焊接及调试

3.1 Protues 简介

Protues 是嵌入式系统仿真软件，可以仿真、分析各种电路。有以下主要特点：

1.有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机仿真的功能。提供大量元器件。

2.支持主流单片机系统的仿真。提供软硬件调试功能。

3.有强大的原理图编辑及原理图后处理功能。实现了完整的基于微控制器设计的协同仿真。

3.2 原理图绘制的方法和步骤

3.2.1 创建新的设计文件

进入Protues ISIS编辑环境,将新建的设计文件设置好保存路径和文件名。Protues ISIS的设计文件的扩展名为“.dsn”。

3.2.2 设置图纸类型

选择System|Set Sheet Sizes菜单项，弹出Sheet Size Configuration对话框。合理选择图纸的类型。

3.2.3 将需要的元器件加入对象选择器

在元器件列表区域内选中自己所需要的元器件。如下图3-1所示。

图3-1 器件查找界面及元件列表

3.2.4 放置元器件

本次扩音器电路的元器件摆放如下图3-2所示。

图3-2 摆放元器件

3.2.5 总线

单击工具箱中的Buses Mode按钮。将鼠标指针置于编辑窗口，在总线的起始位置单击到其终止位置双击即可结束总线绘制。

3.2.6 连接元器件

ISIS具有导线自动路径功能，当选中两个接点后，WAR将选择一个合适的路径完成连接。

3.2.7 加入电源、地、输入波和检测装置

选择工作模式菜单中的终端模式，分别点击要加入到原理图中的电源和地，将鼠标指针置于编辑窗口的欲放置处单击。查找终端界面如下图4-3.

图3-3 查找终端

在信号模式当中选择需要的波形发生装置，加入到原理图当中。

图3-4 加入输入波形

3.2.8 标注

在导线标签编辑界面内，String文本框中输入标签名称。标签名放置的相对位置可以通过界面下部的单选项进行选择。

3.2.9 编辑对象的属性

①在工具箱中选择Instant Edit Mode按钮，进入即时编辑模式；②先指向对象单击再单击对象，在此页面完成对属性值的重新设定。

输入端接入正玄波时，波形参数设置和示波器检测波形如下图3-7所示。

图3-5 正玄波参数设置及示波器检测波形

输入端接入方波时，波形参数设置和示波器检测波形如下图3-8所示。

图3-6 方波参数设置及示波器检测波形

3.3 电路板的制作

1.按照需要的大小尺寸裁切自己小组的覆铜板。

2.自己构思，绘制出元器件接线不太复杂的PCB电路图。

3.尽量使板面比较光亮。打磨完成后，将原理图画到板面上，油性笔画线不用太粗，整体布线尽量粗细均匀。

4.按照腐蚀剂的说明配制腐蚀液，将画好线的PCB板尽量斜放在腐蚀液中。腐蚀液中加入热水，大概20分钟左右便会将PCB板腐蚀好。

5.将腐蚀好的电路板从腐蚀液中取出，用砂纸打磨，使电路板更加美观。

6.根据PCB原理图和实际元件大小、管脚属性等，用打孔机谨慎的在每个设计好的焊盘中央进行打孔。

图3-7 电路板腐蚀前后

3.4 电路焊接

3.4.1 焊接工具

电烙铁主要有烙铁芯、烙铁头和手柄三部分组成。烙铁芯是电烙铁发热部分，烙铁芯内电热丝通电后将电能转换成热能传递给烙铁头。

3.4.2 手工焊接技术

1、准备。焊接工具和材料，清洁被焊件及工作台，左拿焊锡，右握电烙铁。

2、加热。用电烙铁加热被焊件，使焊接部位温度上升至焊接所需要的温度。

3、加焊料。当焊件加热到一定的温度后，加上适量的焊料。

4、移开焊料。当适量的焊料熔化后，迅速向左上方移开焊料；用烙铁头沿着焊接部位将焊料沿焊点拖动一段距离。

5、移开烙铁。当焊点上的焊料充分润湿焊接部位时，结束焊接。

图 3-8 手工焊接步骤

3.5 元器件安装与调试

按照布局图或PCB图把元件逐一焊接在电路板上,元件全部焊接完成后，再仔细检查几遍，确保器件连接正确后，方可通电测试。

1．测量输出电压放大倍数A

u

测试条件：直流电源电压12v，输入信号1KHｚ 70 mv，输出负载电阻分别为4Ω和8Ω。

2．测量允许的最大输入信号（1KHｚ）和最大不失真输出功率测试条件：①直流电源电压12v，负载电阻分别为4Ω和8Ω。②直流电源电压10v，负载电阻为8Ω。

3．测量上、下限截止频率f

H 和f

L

测试条件：直流电源电压12v，输入信号70mv，改变输入信号频率负载电阻为8Ω。

第四章元器件介绍

设计内容:由9013NPN型三极管和芯片LM386组成功率放大器.输入:由驻极体话筒产生输入信号.输出:驱动扬声器发声.能够设计功率放大电路，掌握电路的工作原理，参数的计算，元器件的选择。掌握LM386管脚的功能，各个元器件的作用。下面给出该电路图的器件清单：

4.1 LM386

LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。

LM386 电路主要特性：

电路类型为OTL；

静态功耗低，约为4mA,可以用电池供电；

工作电压范围宽，4-12V或5-18V；

外围元件少；

电压增益可调，20-200；

频带宽，300（1.8断开）；

低失真度，0.2%。

图4-1 LM 386元器件以及内部构造图

4.2 9013晶体管

9013晶体管是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN 型小功率三极管。

参数：

极限参数：Pcm=645Mw Icm=500

Uceo≥35V(Ic=100μA) Ucbo≥4Ov(Ic=100μA) 直流参数：Icbo≤0.1μA(Ucb=10V) Iceo≤0.1(Uce=10V)

Ibeo≤0.1μA(Ueb=1.5V)

交流参数：fT≥100MHz(Ucb=10V IC=50mA f=100MHz RL=5Ω)

主要用途：放大电路

图4-2 9013晶体管