低频放大电路实验报告

课程设计报告

所属院系：

专业：

课程名称：电子技术基础上

设计题目：低频功率的放大器设计班级：

学生姓名：

学生学号：

指导老师:

完成日期：2012. 7. 5

一、设计思路

1系统原理框图

2 设计方案

图1 波形变换电路

此电路中，21C 和22C 为脉冲加速电容，可以减少方波脉冲上升时间和下降

时间,可以取56pF 和100pF 。21RP 可以将输出幅度调整至200mV ，可选用10K 。

24R 为限流电阻，限制稳压二极管电流1V D 、2V D ，保证输出方波幅度稳定。 （1）确定输出电压O U

Z O V U ±=，比较器输出高低电平为Z V ± Z OH V U = 、Z OL -V U =

（2）+U 和-U 的表达式（当+U =-U 时，输出电压状态发生跳变） i U U -=，O 23

2223

U R R R U +=+

（3）门限电位 Z 23

2223

H V R R R E +=

m

)(-V R R R E Z 23

2223

L +=

m

当mH U E i ≥时，0U 'O <，z -V U O =； 当mL U E i ≤时，0U 'O >，z V U O =。 迟滞宽度23

22Z

23L H R R V 2R E E V +=

-=?m m 。

令K 10R 23=（假设迟滞比较器的迟滞宽度0.7V V =?） 则23Z 22R 1)-V 2V (

R ??=75.71K 10K 1)-0.7

3

2(=??=，取 Ω=K 75R 22 21R 近似等于23R ，即Ω=10K R 21

图1中集成运算放大器可采用转换速率SR > 10V/uS ，增益带宽积GBW > 1

0MHZ 的运放芯片，如LF357、OP-16、OP-37、NE5534等。电路接成迟滞电压比较器结构，为保证输出方波幅度稳定输出使用2只稳压二极管D1、D2，稳压值为Vz=±3V 。R4为稳压二极管的限流电阻，把流过D1、D2的电流限定在6mA 左右。C1、C2为脉冲加速电容，它可以进一步减少方波脉冲时间上升和下降时间。 假设迟滞比较器的迟滞宽度ΔV=EmH-EmL=0.7V ，则R3可用下式来确定

R3=（2Vz/ΔV - 1）R2=（2*3/0.7-1）*10=75.71 KΩ取R3=75 KΩ如电路采用LF357集成运放，则输出方波的上升时间和下降时间可做到小于0.5uS。调节RW，输出幅度可调节到200mV，满足题目指标要求。

2 弱信号前置放大级电路：

前置放大电路可以采用集成运算放大器构成的前置放大器,也可以采用专用前置放大器IC构成的前置放大器电路,从经济方面考虑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、

LF353、LF357、LF356、0P-16、OP-37、NE5532、NE5534等。主要考虑的技术指标是带宽、电压增益、转换速率、噪声和电流消耗等。

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所示。

图2同相放大电路结构的前置放大电路

为了尽能保证不失真放大,图3采用两级运算放大器电路A1和A2,每级放大器的增益取决于R1、R2和R3、R4,即AvA=1+R2/R1,AVB=1+R4/R3。

由上述分析可知,低频功率放大器的总增益为68dB,两级前置放大器的增益安排在50dB左右比较合适,每级增益在25dB左右,以保证充分发挥每级的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。

图2中C1、C2分别为隔直流电容,是为满足各级直流反馈、稳定直流工作点而加的。但对于交流成分, C1、C2必须呈现短路状态,即要求C1、C2的容抗远小

于R1、R3的阻值。C3、C4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、R6为各级运放输入端的平衡电阻,通常R5=R2,R6=R4。

一个采用两级NE5532(C1:A 和C1:B)构成的前置放大器如图3所示。各级均采用固定增益加输出衰减组成,要求当各级输出不衰减,输入 mV U P P I 5,=-时， 输出 V U P P O 53.2,≥-。

对于第一级放大器,要求杂信号最强时,输出不失真,即在mV U P P I 700,=- 时,

输出V U OM 11≤。所以 7.157.0/11/1===P OM U U A 取151=A 。

当输入信号最小,即P P I U -,=10mV 而输出不衰减时

P P O U -,1=A1×P P I U -,=15×10=150 mV 。

第二级放大要求输出P P O U -,2≥2.53V,考虑到元件误差的影响,取

P P O U -,2=3V,而输入信号最小为150 mV,则第二级放大器倍数为

P P O U A -=,21/P P O U -,1=3/0.15=20取2A =22。因此,取R 6=1K, R 7=15K, R 17=22K,

R 18=1K 。

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。 说得通俗一点，就是做阻抗变换，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。

0.015%(1KHz,20W)，带宽为70 KHz，具有AC和DC短路保护电路和热保护电路，电源电压范围为16~60V，采用TO-220封装。

在图5电路中，输入信号Vi 经过C12耦合到LM1875的①脚，功率放大后从④脚输出加到扬声器。R13、C14串联接在输出端用以抑制高频噪声。C9、C10、C11、C13用于电源去耦滤波，防止功率放大器产生高频自激， 去耦是指对电源采取进一步的滤波措施，去除两级间信号通过电源互相干扰的影响。R11、R12组成反馈网络；C20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。R10为输入接地电阻，防止输入靠路时引起感应噪声；C12为信号耦合电容， 耦合指信号由第一级向第二级传递的过程。电源电压采用±15V 。LM1875开环增益为26 dB ，即放大倍数A=20。 因为要求输出到8Ω电阻负载上的功率Po ≥20W ，而

9.1720822=??=?=O L OM P R U 加上功率管管压降2V ，则

V U U OM 7.1929.172=+=+=

则取电源电压为±20V 。

A R P I L O CM 24.28/202/2=?==

W

I U P CM V 30/24.2212/2=??=?=ππ

所以计算效率为

%7.66%100)30/20(%100)/(=?=?V O P P ＝计η 输出最大不失真电压 OM U =17.9V ，故

V U P P O 8.3529.17,=?=-

由于A=20，211111212=+=

R R R F ，21121110=+=R R A F ，10)11

1(0≈+-?≈AF

A A F F

所以功放电压增益取F A =10,则输入信号

V A U U F P P O P P I 58.310/8.35/.,===--

图4采用集成功放LM1875构成的低频功率放大器电路

由于在本电路中选用了集成功放LM1875，它在应用中外围元器件少，调试简单，便于扩功，使得功率放大级电路简洁，实用，输出功率大，非线性失真小。

4 自制稳压电源电路：

直流稳压电源部分则为整个功放电路提供能量，根据以上设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，仅需要稳压电源输出的一种直流电压即+18V。因三端稳压器具有结构简单、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，本设计中采用三端稳压电路，电源经1000uF电解并并上0.1uF电容依次滤掉各种频率干扰后输出, 输出电压直流性能好, 实测其纹波电压很小。

三、总体设计电路

四、仿真与调试

1.稳压电源的调试

电源电压输出值稳定，其正电压输出为+14.8V，负电压输出为-14.7V。虽然运放所加正负电压不对称时可能会引起直流偏移，即在输入信号为0时，输出信号并不为0，但考虑到NE5532的低噪声性能和LM1875在8 Ω负载上，20W输出时总谐波失真为0.015％的特点，对正负电压输出微小的不对称不再做调整。

2.前置放大电路和波形转换电路的调试：

在此我们对前置放大电路的两级分开调试。调整直流电源输出为±15V，插上运放NE5532芯片，接通直流电源

1 前置放大器调试

前置放大电路运行情况如下图(5)所示:

2 功率放大电路调试(与前置放大电路并行)

前置放大电路与功率放大电路共同运行情况如下图(6) 所示.

电压总增益 : 53.6dB(前置放大级为20,功率放大级为33.6)

输出功率 : Po=11.236W;

电源平均供给功率: Pi=12.5V?1.185A=14.8W

转换效率 : η=Po/Pi=11.236/14.8=76%

五、心得体会

经模拟运行表明，本电路可以实现将输入的低频信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的功放。当然这次毕业设计不是那么的顺利，在刚开始做的时候，由于对各个元器件的不熟悉，致使我们在做电路的时候很碍手碍脚，还搞错了元器件的正负极，使电路直接没反映，还有在做电源的时候，由于少接了一根线，使我在测量电压的时候没有输出电压，后来我们看书上面的电路图，一步一步仔细的寻找原因，后来终于找出问题的所在。在调试电路的时候，开始的时候没有波形出现，后来才发现是三极管坏了，当找出原因的时候心里面真的很高兴，因为是自己努力的。

经过半个月的毕业设计，我不仅在专业技能方面有了明显提高，还了解了产品开发所必须的全过程：资料收集、功能分析、分析电路、安装、调试等。虽然时间不长但我感觉有很大的收获，通过学习使自己对课本上的知识进一步了解加深，能够充分利用图书馆的资料，增加了除课本以为的许多知识。增强了自己对电路图的认识，加深了解了电路图每一部分的作用及其是如何工作的。与此同时，我还明白了团结合作的团队精神的可贵性，与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。而团队合作也是当今社会最提倡的。同时也提高了自己动手能力，包括使用万用表等测量仪器测量数据，以及利用仪器如何检查故障的根源，怎样排除故障的方法，培养了自己的自学能力以及人际交往能力。从而使我能够更好地适应社会工作。

这次实践活动的时间虽短，但它留给我们的启迪却是深刻而长远的，是我们人生道路上坚实的一步。我通过积极参加社会实践活动，认识了社会，认识到自己的社会位置，明确了自己的历史使命，激发了自己的学习热情，我会不断地调整和完善自己的知识结构，战胜前进道路上的各种挫折，锻炼自己的意志和毅力，为适应今后的工作做好准备。实习工作结束了，但这不是终点，而是另一个新的起点。实习的一些收获和体会，都对于我们今后走上工作岗位，都有很大的帮助。经过这次实习，也提高了我的专业水平。相信在以后的工作上，还会有更大的进步。

此次毕业设计虽然结束了，也留下了很多遗憾，因为由于时间的紧缺和元器件的缺乏，并没有做到最好，但是，最起码我们没有放弃，它是我们的骄傲！相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。我们的激

情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。

六、参考文献

1 电路（第五版）

2 电子技术上（第五版）

3 胡翔骏电路分析(第二版)

4 华成英、童诗白模拟电子学基础（第四版）