低频功率放大器课程设计报告

《电路与模拟电子技术》

课程设计报告

低频功率放大器

一、摘要

低频功率放大器的主要应用是对音频信号进行功率放大，本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。整个电路主要分为稳压电源、前置放大器、功率放大器、波形变换电路共 4 部分。稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源。前置放大器主要是实现电压的放大。功率放大器实现电流、电压的放大。波形变换电路是将正弦信号变换成规定要求的方波信号。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。实验结果表明该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性,为功率放大器的设计提供了广阔的思路。

二、关键字

前置放大级电路功率放大稳压电源电路波转换电路

三、总体设计方案论证及选择

根据课设要求, 我们所设计的低频功率放大器应由以下几个部分组成：稳压电路、前置放大、功率放大以及波形变换电路。下面对每个单元电路分别进行论证：

前置放大级：

设计要求前置放大输入交流接到地时，RL=8 的电阻负载上的交流噪声功率低于10mw因此要选用低噪音运放。本装置选用的优质低噪音运放NE5532AI。设计要求输入电压幅度为5~700mV时，输出都能以P o≥10W满功率不失真输出，信号需放大几千倍，有考虑到运放的放大倍数与通频带的关系，故采用两级放大，增益调节可用电位器手动调节，也可用自动增益控制，但考虑到题目中的“使用”俩字（例如输入信号不是正弦信号，而是大动态音乐信号），本装置采用手动增益调节。

功率放大级：

根据设计题目要求，在供原则的功率放大可由分立元件组成，也可由集成电路完成。由分立元件组成的功放，如果电路选择好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试的号，则

性能很可能高过较好的集成功效。许多优质功放是分立功放。但其中有一个元件出现问题或是搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载，过流，过热等损坏还得加复杂的保护电路。

现在市场上也有很多性能优越的集成功放芯片，如TDA2040A,LM1875，TDA1514等。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作易调试等特点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求问题的。

综上所述，考虑时间紧，在满足要求的前提下，选择易调试的集成功放。

我们熟悉的集成功放有TDA2040A ，LM1875，TDA1514等，其中TDA2040A 功率量不大，TDA1514外围电路较复杂，且易自激。这两种功放的低频率特征都欠佳，LM1875外围电路简单，电路熟悉，低频特性好，保护功能齐全。它的不足之处是高频特性较差

（BW<=70KHz ），但对于本设计要求的50Hz~10KHz 已足够，因此选用LM1875作功放。

波形变换电路：

直接采用施密特触发器进行变换与整形。而施密特电路可用高精度、高速运算电路搭接而成，也可采用专用施密特触发器构成，还可以选用NE5532P 电路构成。

通过比较，本课程设计中施密特电路采用高精度、高速运算放大器LF357构成。

自制稳压电源：

本系统设计采用三端集成稳压电源电路，选用LM7815、LM7915三端集成稳压器。

四、设计方案的原理框图

图1 总体设计

五、总体电路图、接线图及说明

220V 50Hz

L =8Ω

图2 前置放大电路

说明：前置放大由两级NE5532典型应用电路组成，各级均采用固定增益输出衰减组成。要求当各级输出不衰减，输入Vp=5mV时，输出Va.pp>=2.53V。

图3 功率放大电路

说明：功率放大器选择用集成功放LM1875，采用典型电路，此电路中R3，R2组成反馈网络，C1为直流反馈电容，R1为输入接地电阻，防止输入电路时引入感应噪声，C7为信号

耦合电容，D1，D2为保护二极管，R4和C6组成退偶电路，防止功放产生高频自激，C5，C2，C3，C4是电源退耦电容。

六、主要元器件选择

1）稳压电路中选用LM7815、LM7915三端集成稳压器

2）因为LF357属于FET 管，具有良好的匹配性能，输入阻抗高、低噪声、漂移小、频带宽、响应快等特点，所以在正弦波一方波转换电路中采用集成运放LF357

3）在前置放大级电路中采用集成双运放NE5532,在功率放大级中采用运放LM1875。

七、电路参数计算

前置放大计算

对于第一级放大，要求在信号最强时，输出不失真，即V p =700mV 时，输出V om <11V(低于电源电压1V)。所以

A 1=V om /V p =11/0.7 =15.7 取A 1=15.

当输入信号最小，即V pp =10mV ，而输出不衰减时 V 01.pp =A 1*V i.pp =15*10=150mA

第二级放大要求输出V 02.pp >2.53V ,考虑到元件误差的影响，取V 02.pp =3V ，而输入信号最小为150mV ，则第二级放大倍数是

A 2 = V 02.pp / V 01.pp =20

功率放大计算：

LM1875开环增益为26dB ，即放大倍数 A=20

因为要求输出到8Ω电阻负载上的功率P 0>10 W 。而 V om =。*l 2P R =12.65V 加上功率管管压降2V ，则

V=V om =12.65+2=14.65V 取电源电压为15V

I cm =l *。

P 2R =1.518A P V =2V * I cm / =15.1W

八、Multisim 仿真结果

前置放大直流稳压

功率放大

波形转换

九、收获与体会

通过此次课程设计锻炼，我不仅深深体会到理论知识与实践结合的不易，还深入了解并学会了一种简单实用、成本低的低频功率放大器的电路设计方法。

课设过程中为了让自己的设计更加完善，更加符合工艺标准，一次次翻阅热处理方面的书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义。

十、参考文献

[1] 胡翔骏电路分析(第二版) 北京：高等教育出版社 2007

[2] 华成英、童诗白模拟电子学基础（第四版）北京：高等教育出版社 2006