金属探测(新型低频功率放大器与应用)_超低频功率放大器
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项目名称：新型低频功率放大器与应用 学院：武汉交通职业学院 系部：电子信息工程系 姓名：王圣 张吉智 刘柯 指导老师：罗云高 赵新
摘要
根据低频放大器的功率大，频响好效率高的一般要求，本文提及的一种集成低频功放，应用了桥式电路使得能够运用在低电压的环境下，而输出足够的功率。配合前置放大和金属探测功能，体现了低频放大器的多用途特性。
关键词：
功率放大 非线性失真
差拍
低频功率放大器是指一类工作在频率在10hz-10Khz，输出用于拖动功率大的负载的交流放大器。常用于音频设备推动扬声器或者用于工业领域。具体产品有收音机、扩音机，电视的放大单元，一些新技术的加工设备也可用上低频功率放大器。低频功率放大器发展从古老的电子管放大器，经历了晶体管、集成电路的元件升级，由于不同技术需要，低电压的，高效率开关型低频功率放大器也得到长足发展。
对低频功率放大器一般要求是：
（1）输出功率要大。一般采用提高电源电压，综合平衡无变压器电路，采用大功率，低管耗的元件办法实现。
（2）效率η要高：放大器的效率η定义为：η=交流输出功率/直流输入功率。为了提高整体效率，使用高效率低噪声开关电源，低频功率放大器也用上了PWM脉宽调制技术，使功率管工作在开关状态，管耗降到最低，效率可达到90%以上,广场大会扩音设备常采用。
（3）非线性失真在允许范围内：由于功率放大器在大信号下工作，所以非线性失真是难免的。问题是要把失真控制在允许范围内，对于克服非线性失真，有的是从主观听觉上来对非线性失真进行评价，这样难以形成统一标准。现在公认技术上是主要采用扫频方式进行低频功率放大器幅频特性测试，找到幅频特性不平的位置进行调整。使失真得以减轻。
实际工作中，为了多用途的目的，可以选择集成功率放大器，这样综合指标容易达到，其价格也容易满足要求，而电源采用开关型，节约了金属资源，体积也小得多。
功率放大器按工作状态和电路形式可分成以下几种：
（1）甲类功率放大器：在整个信号功率范围内内，存在相同的集电极电流，效率只有10-30%，如果要达到同乙类放大器同样的输出，消耗电力大3倍，散热器和功放的体积也大得多，而且在大功率运用失真现象很严重；
（2）乙类功率放大器：只有半个信号周期内，存在集电极电流，按电路形式它又可分为：
1）双端推挽电路（DEPP）要使用音频变压器，消耗金属资源。2）单端推挽电路（SEPP）也要使用音频变压器。3）平衡无变压器电路（BTL）。现在普遍采用。
在实际运用中，为了克服交越失真，推挽式电路是工作于甲、乙类状态的。
集成功率放大器也是工作于甲、乙类状态的，其效率最高可以达到78%。本文所述的利用一款流行的TDA2030模块进行组装功率放大器，用于话筒的音频放大和金属异物检测的应用。这样设备就要包括对微小的音频电压进行前置放大器放大，还有金属检测电路，包括内外双LC振荡器, 外振荡器的线圈因为金属存在造成感量变化，与内振荡器频率产生差拍，差拍频率在音频范围时，使得集成功率放大器发出声音。
1、集成电路功率放大器
给定条件
设计一款额定输出功率为10 ~ 20W的低失真集成电路功率放大器，要求电路简洁，制作方便、性能可靠。性能主要指标：
输出功率：10 ~ 20W（额定功率）；
频率响应：20Hz ~ 100kHz非线性失真允许范围（≤3dB）
谐波失真：≤1％(10W,30Hz~20kHz）；
输入灵敏度：50mV（1000Hz，额定输出时）
2、设计内容
该电路用两片TDA2030连接成桥式放大器，上下结构和参数完全相同，下面的模块通过22K负反馈电阻受控于上面模块的输出。二极管In4001用于防止扬声器电感负载的过电压损换模块。电路放大系数由输出端脚4和输入端脚2的电阻来调整。当下面的模块放大受到控制后，与之串联的扬声器电路电流自然受到控制。由于上下两个模块输出直流电位一致，可以省去连接扬声器体积很大的隔直电容，该电路还有一个特点就是比单TDA2030放大器需要的低一倍，特别适用于便携设备。
下面还有一种单电源接法的功率放大器电路原理图，这种电路由于电源单一，易于用于开关电源。
用于话筒微小电压的音频放大的前置放大器是用运放lm358做话筒电压放大和阻抗变换。这样的例子较多，电路图比较简单。
比较复杂的是金属探测单元。见图2。输出Vout经过幅度调整和高频滤波后连接低频放大器。简单原理是用两个门电路做的约400khz高频振荡器，将高频信号送到第3个门电路后，如果频率相同，就没有音频输出，如果L2感应到金属物体就会改变感量，即使千分之一的变化，也会使门电路差拍输出频率变化的音频。从而使低频功放随着探测不同的物体发出不同的声音。L1线圈应加上屏蔽罩。C1可调，使没有检测物体时，两个振荡器频率基本一致。
图2 金属探测单元
这样的3个单元组成的低频放大器应用装置框图如图3，这样应用装置既可作为喊话器也可作为金属探测仪。
图3 装置框图
作者简介：武汉交通职业学院
电子信息工程系 09级 王圣
指导教师：罗云高
10级
王圣 张吉智 刘柯
武汉交通职业学院 大学生科技创新项目资助
参考文献：低频电子线路
傅丰林(编者)
高教出版社 低频功率放大器的可靠性设计
江南大学学报
程正务等
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