模电综合课程设计_模电课程设计图文

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模电综合课程设计

实验报告

高效率音频功率放大器

黄瑞铭 08226147 2010年6月30日

目 录

1．设计目的....................................................1 2．设计任务....................................................1 3．设计要求....................................................1 4．设计步骤....................................................15、单元电路设计................................................26、实验测试方法和测试实验数据分析..............................77、附件........................................................9 1

高效率音频功率放大器

作者：黄瑞铭

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1、设计目的（1）熟悉一些基本器件的应用;（2）熟悉多功能板的焊接工艺技术和电子线路系统的装调技术;（3）熟悉D类功率放大器的工作原理；（4）完成高效率音频功率放大器的设计。

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2、设计任务

设计并制作一个高效率音频功率放大器。功率放大器的电源电压为+5V，负载为8Ω电阻。原理框图如图1所示。

三角波产生器（或锯齿波）比较器驱动电路开关功率输出低通滤波8欧音频输入信号图1

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3、设计要求

（1）3dB通频带为300Hz～3400Hz，输出正弦信号无明显失真。（2）最大不失真输出功率≥1W。（3）输入阻抗>10k。

（4）低频噪声电压（20kHz以下）≤10mv，在电压放大倍数为10，输入端对地交流短路时测量。

（5）在输出功率500mW时测量的功率放大器效率（输出功率/放大器总功耗）≥50%。

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4、设计步骤

(1）进行方案论证，合理设计高效率音频功率放大器的电路原理图；(2）单元电路组装调试；(3）整机组装调试；

(4）写出设计报告。

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5、单元电路设计

音频信号前置放大器设计

如图7所示。设置前置放大器，可使整个功率的增益从1-20连续可调，而且也保证了比较器的比较精度。当功放输出的最大不失真功率为1W时，其8Ω上的电压VPP=8V，此时送给比较器音频信号的值应为2V，则功放的最大增益约为4（实际上，功放的最大不失真功率要略大于1W，其电压增益要略大于4）。因此必须对输入的音频信号进行前置放大，其增益应大于5。前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放TL062，组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻Ri10kΩ的要求。同时，采用满幅运放可在降低电源电压时仍能正常放大，取VVcc/22.5V，要求输入电阻Ri大于10kΩ，故取R1R251kΩ，则

VP 图7Ri51/225.5kΩ，反馈电阻采用电位器R4，取R420kΩ，反相端电阻R3取2.4kΩ，则前置放大器的最大增益Av为：

Av1R42019.3 R32.4调整R4使其增益约为8，则整个功放的电压增益从0~32可调。

考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值Vom2.5V，取Vom2.0V，（Vom/Av）2/8250mV。超过此幅度则输出会则要求输出的音频最大幅度Vim产生削波失真。

三角波发生器设计

该电路采用满幅运放TL062及高速精密电压比较器LM393来实现,电路如图8所示。TL062不仅具有较宽的频带，而且可以在较低的电压下满幅输出，既保证能产生线性良好的三角波，而且可以达到发挥部分对功放在低电压下正常工作的要求。

图8

载波频率的选定既要考虑抽样定理，又要考虑电路的实现，选择150kHz的载波，使用四阶Butterworth LC滤波器，输出端对载频的衰减大于60dB，能满足题目的要求，所以我们选用载波频率为150kHz。

电路参数的计算：在5V单电源供电下，我们将运放5脚和比较器3脚的电位用R8调整为2.5V，同时设定输出的对称三角波幅度为1V（Vpp2V）。若选定R10为100kΩ，并忽略比较器高电平时R11上的压降，则R9的求解过程如下：

取R9为39kΩ。

选定工作频率为f150kHz，并设定R7R620kΩ，则电容C3的计算过程如下：

对电容的恒流充电或放电电流为： I52.52.5

R7R6R7R64

52.51100，R940kΩ 100R92.5

则电容两端最大电压值为：VC4C4T10Idt2.5T1

C（RR）476其中T1为半周期，T1T/21/2f。VC4的最大值为2V，则： 22.51

C（2f4R7R6）2.52.5 C4208.3pF

（R7R6）4f201034150103取C4220pF，R710kΩ，R6采用20kΩ可调电位器。使振荡频率f在150kΩ左右有较大的调整范围。

PWM波产生电路设计

选用LM393精密高速比较器，电路如图9所示，因供电为5V单电源，为给VV提供2.5V的静态电位，取R12R15，R13R14，4个电阻均取10kΩ。由于三角波Vpp2V，所以要求音频信号的Vpp不能大于2V，否则会使功放产生失真。

图9 音频功率放大器设计

1）驱动电路

电路如图10所示。将PWM信号整形变换成互补对称的输出驱动信号，用LM393组成电压跟随器和1：1反向比例放大器以获得对称输出信号，送给由晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱动的输出管，保证了快速驱动。驱动电路晶体三极管选用2SC8050和2SC8550对管。

图10

2）H桥互补对称输出电路

对VMOSFET的要求是导通电阻小，开关速度快，开启电压小。因输出功率稍大于1W，属小功率输出，可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管，IRF9540和IRF540 VMOS对管的参数能够满足上述要求，故采用之。实际电路如图11所示。互补PWM开关驱动信号交替开启Q5和Q8或Q6和Q7，分别经两个4阶Butttterworth滤波器滤波后推动喇叭工作。

图11 6

附件：高效率音频功率放大器设计参考电路图