模电课设报告
本文关键词：模电课程设计报告，由笔耕文化传播整理发布。
《电路与模拟电子技术》 课程设计报告
题
目
低频功率放大器 信息工程学院 计算机科学与技术 2012240201 张璐 201224020102 30 日至 1月 10 日 共 2 周
学院（部） 专 班 业 级
学生姓名 学 号 12 月
指导教
师（签字）
1
《电路与模拟电子技术》课程设计任务书
低频功率放大器
一、任务 设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。其原理示意图如图 1 所示。
放大通道 正弦信号 外供正 弦信号 源 弱信号前 置放大级 变换 电路 正、负 极性对 称方波 自制直流稳压电源 功率放 大级 RL=8Ω
~ 220V 50Hz
图 1 设计任务示意图 二、要求 1、在放大通道的正弦信号输入电压幅度为 5~700mV，负载电阻为 8Ω 条件下，放大通 道应满足： （1）额定输出功率 POR≥10W； （2）带宽 BW≥50Hz~10kHz； （3）在 POR 下和 BW 内的非线性失真≤3%； （4）在 POR 下的效率≥55%； （5）在前置放大级输入端交流短接地时，RL=8Ω 上的交流声功率≤10mW。 2、放大电路的时间响应 由外供正弦信号源经变换电路产生正负极性的对称方波，频率为 1kHz、上升和下降时 间≤1μs、电压峰-峰值为 200mV。用上述方波激励放大电路时，在负载电阻为 8Ω 条件下， 放大通道应满足： （1）额定输出功率 POR≥10W； （2）在 POR 下输出波形的上升和下降时间≤12μs； （3）在 POR 下输出波形的平顶降落≤5%； （4）在 POR 下输出波形的过冲量≤5%。 3、自行设计并制作满足本设计任务要求的直流稳压电源。 4、用 Multisim 对设计电路进行仿真。
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低频功率放大器
摘要： 本次课程设计（低频功率放大器设计）由四部分组成：波形转换电路、前置放大级、功 率放大级和直流稳压电源。 波形转换电路负责将输入的正弦信号转变为方波信号； 前置放大 级的主要任务是完成小信号电压放大任务，同时要求低噪声、低温漂；功率放大级主要任务 是在允许的失真限度内,尽可能高效率地向负载提供足够大的功率，要求是输出功率要大、 效率要高；直流稳压电源为整个电路供电。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。 关键词： 前置放大、波形转换、直流稳压、功率放大 1、总体方案论证与设计 （1）波形转换： 方案一： 利用运放在开环状态下的饱和特性, 正弦波信号经过两级运放放大后, 产生了 正弦波饱和失真的方波信号, 由于输出方波幅值远大于题目要求, 于是采用开关三极管脚与 脚短接当成两个二极管削波（用两个锗开关管也可以）, 便将电压钳制在 700mv 左右, 然后 通过电阻分压, 最终得到题目要求的正负极性对称的 200mVp-p 的方波信号。 方案二：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 NE5532 电路构成。 方案三：利用运放的正反馈作用，使转换部分的波形上升沿和下降沿都变得很陡，利用 稳压管将电压稳定在 6． 2 V 左右， 然后利用电阻分压得到要求的正负对称的峰一峰值为 200 mV 的方波信号。运放选用 NE5532。 本系统采用方案二，电路如图 1 所示。 （2）前置放大器： 弱信号前置放大电路必须由低噪声、 高保真、 高增益、 快响应、 宽带音响集成电路构成。 符合上述条件的集成电路有：M5212、LM5213、LLM1875、TDA1514、NE5532、NE5534 等。 本系统设计选用 NE5532，因为同众多的运放相比, NE5532 具有高精度、低噪音、高阻
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抗、高速、宽频带等优良性能, 被称为“ 运放之皇” 。这种运放的高速转换性能可大大改善 电路的瞬态性能, 较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真输出, 使电路的整体 指标大大提高。电路如图 2 所示。 （3）功率放大： 方案一： 功率放大输出级采用分立元件构成的 OCL 电路，驱动级采用集成芯片，整个 功放级采用大环电压负反馈。这种方案的优点是：由于反馈深度容易控制，故放大倍数容易 控制。且失真度可以做到很小，使音质很纯净。但外围元器件较多，调试要困难一些。 方案二：采用专用的功放集成芯片。LM1875 是一款功率放大集成块， 体积小巧，外 围电路简单， 且输出功率较大。 该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作 保护。 根据题目设计要求，可供选择的功率放大器可由分立元件组成，也可由集成电路完成。 由分立元件组成的功放， 如果电路选择得好， 参数恰当， 元件性能优越， 且制作和调试得好， 则性能很可能高过较好的集成功放。 许多优质功放均是分立功放。 但其中只要有一个环节出 现问题或者搭配不当，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。现在市场上有许多性能优异的集成功放芯片，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 调试等优点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求是没有问题的。另外集成 运放还有性价比高的特点。 故本系统设计选用方案二。该方案的优点是：技术成熟，外围元器件少，保护功能较完 善，调试简单，便于扩功等。电路如图 3 所示。
（4）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。电 路如图 4 所示。 2、设计方案的原理框图、总体电路图 （1）原理框图：
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放大通道 正弦信号 外供正 弦信号 源 弱信号前 置放大级 变换 电路 正、负 极性对 称方波 自制直流稳压电源 功率放 大级 RL=8Ω
~ 220V 50Hz
（2）总体线路图：
3、单元电路设计及说明、主要元器件选择与电路参数计算
（1）单元电路设计及说明：
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图1 波形转换 说明：将 1KHZ 的正弦波变为同频率的对称方波。NE5532 运放做隔离用。
图2 前置放大 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。
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图3 功率放大 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。
图4 直流稳压
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说明： 直流稳压电源部分为整个功放电路提供能量， 根据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+15V。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，故本设计中采用三端稳压电路。两 组独立的 20V 交流， 经过桥堆整流， 大电容滤波， 再加 0.1uF 小电容滤掉电源中的高频分量。 考虑到制作过程中电源空载时的电容放电可在输出电容并上 1K 大功率电阻。另外还要给 7815，7915 来获得+15V、万一输入端短路，大电容放电会使稳压块由于反电流冲击而损坏， 加两个二极管可使反相电流流向输入端起保护作用。
（2）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）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。
（3）电路参数计算： ① 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 Vp=700mV 时， 输出 Vom<11V(低 于电源电压 1V)。所以 A1=Vom/Vp=11/0.7 =15.7 取 A1=15. 当输入信号最小，即 Vpp=10mV，而输出不衰减时 V01.pp=A1*Vi.pp=15*10=150mA 第二级放大要求输出 V02.pp>2.53V,考虑到元件误差的影响，取 V02.pp=3V，而输入信 号最小为 150mV，则第二级放大倍数是 A2 = V02.pp/ V01.pp=20 ② 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 P0>10 W。而 Vom= 2Rl * P。 =12.65V 加上功率管管压降 2V，则 V=Vom=12.65+2=14.65V
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取电源电压为 15V Icm= 2P。 * Rl =1.518A PV =2V * Icm/ ? =15.1W 效率为
?计＝(PO / P % ? (10/ 15.1) ?100% ? 66.2% V ) ?100
4、给出 Multisim 仿真结果
图5 波形转换
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图6 前置放大
图7 功率放大
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图8 直流稳压
5、收获与体会，存在的问题等 时间总是过得很快， 经过两周的课程设计的学习， 我已经通过去图书馆查找资料和上网 查找相关的设计， 与同学共同完成了一个低频功率放大器， 让我更好的把课本上的知识应用 到实践中，更好的运用所学的知识来解决实际问题。 经过这段课程设计的日子， 我发现从刚开始对其的一无所知， 到现在已经能够基本的设 计步骤。虽然开始学得很费力，但到后来就好了。在课程设计中，遇到问题，最好的办法就 是问别人，因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事 情就会变得很简单。 这一点我深有体会， 在很多时候， 我遇到的困难或许别人之前就已遇到， 向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。 还有就是要感谢林老师对我们的辅导， 在这段时 间里正是她的督促和教诲，才使我们的课设能按时的完成。
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 [3] 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之模拟电子线路设计 北京：电子工业出 版社 2007 [4] 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛系统设计 北京：北京航空航天大学出版社 2006 [5] 谭博学、苗汇静 集成电路原理及应用（第二版） 北京：电子工业出版社 2008 [6] 夏路易、石宗义 电路原理图与电路板设计教程 PROTEL99SE 北京希望电子出版社
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2002 [7] 谷丽华、辛晓宁、么旭东 实用低频功率放大器的设计 沈阳化工学院学报 2005 年 01 期
附件： NE5532 的极限参数 参数 电源电压 差分输入电压 输入电压 功耗，TA=25℃ 工作温度 符号 Vcc Vdif Vi PD TOPR NE5532 ± 22 ± 13 提供电压 1100 0~70 单位 V V V mW ℃
LM1875 的参数 电压范围：单电压 15~60V , 或 ±30V 静态电流： 50mA 输出功率： 30W 谐波失真：＜ 0.015% ，当 f=1kHz ， R L=8Ω ， P0=20W 时 额定增益： 26dB ，当 f=1kHz 时 工作电压： ±25V 转换速率： 18V/μS (9V/μS)
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