音频功率放大器的设计毕业论文

 时间:2015-10-15 11:50:29 贡献者:爷本不骄

导读:单刀音频功率放大器的设计 摘要本次课程设计题目为音频功率放大器, 简称音频功放, 音频功率放大器主要用于推动扬 声器发声,凡发声的电子产品中都要用到音频功放。 设计中主要采

高效率音频功率放大器的设计毕业设计论文
高效率音频功率放大器的设计毕业设计论文

单刀音频功率放大器的设计 摘要本次课程设计题目为音频功率放大器, 简称音频功放, 音频功率放大器主要用于推动扬 声器发声,凡发声的电子产品中都要用到音频功放。

设计中主要采用 OP07 进行音频放大器的设计,OP07 芯片是一种低噪声,非斩波稳零的 双极性运算放大器集成电路。

由于 OP07 具有非常低的输入失调电压(对于 OP07A 最大为 25 μ V) ,所以 OP07 在很多应用场合不需要额外的调零措施。

设计中的音频功率放大器主要由 直流稳压电源、前置放大电路、二级放大电路和功率放大电路组成。

前置放大电路采用了反 相比例运算放大器,二级放大电路用一个低通滤波器和一个高通滤波器组成一个带通滤波 器,功率放大电路采用了 OCL 电路。

直流电源采用桥式电路进行整流,输出则采用了三端集 成稳压器。

对前置放大电路和二级放大电路进行了输入、 输出分析和频率响应分析。

对功率放大电 路进行了输入和输出功率分析。

对直流电源进行了输出电压验证。

最后对总电路进行了输入、 输出分析、频率响应分析、噪声分析。

关键词: OP07音频功率放大器I

AbstractThe curriculum design entitled the audio power amplifier, referred to as audio amplifier, audio power amplifier is mainly used to promote the speaker sound, and where the sound of electronic products to be used in audio amplifier. The main design using the OP07 audio amplifier design, the OP07 chip is a low-noise, non-chopper-stabilized bipolar op amp IC. OP07 has very low input offset voltage (for OP07A 25μV), OP07 in many applications do not require additional zero measures. The design of audio power amplifier by the DC power supply, preamplifier circuit, two amplification circuit and power amplifier circuit. Preamplifier circuit using a reversed-phase proportion of op amp, two amplifier with a low-pass filter and a high-pass filter composed of a band pass filter, power amplifier OCL circuit. The DC power bridge circuit rectifier, the output uses a three-terminal integrated voltage regulator. Preamplifier and two amplifier input, output and frequency response analysis. Power amplifier input and output power analysis. Validation of the output voltage ofDC power. Finally, the total circuit input-output analysis, frequency response analysis, noise analysis.Key words:OP07audio power amplifierII

目录摘要........................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................... II 第一章 音频放大器的概述 ..................................................................................................... 1 1.1 音频放大电路的回顾 ................................................................................................. 1 1.2 音频功率放大器的介绍 ............................................................................................. 1 1.2.1 A 类(甲类)功率放大器 ................................................................................ 2 1.2.2 B 类(乙类)功率放大器................................................................................. 2 1.2.3 AB 类(甲乙类)功率放大器 .......................................................................... 2 1.2.4 C 类(丙类)功率放大器................................................................................. 2 1.2.5 D 类(丁类)功率放大器 ................................................................................ 3 1.3 放大器的技术指标 ..................................................................................................... 3 第二章 音频功率放大器的设计 ............................................................................................. 6 2.1 设计方案分析 ........................................................................................................... 6 2.2 前置放大电路设计 ..................................................................................................... 6 2.3 二级放大电路设计 ..................................................................................................... 8 2.2.1 低通滤波器设计 ............................................................................................. 8 2.2.2 高通滤波器设计 ........................................................................................... 10 2.2.3 二级放大电路电路设计 ............................................................................... 12 2.4 功率放大器设计 ....................................................................................................... 12 2.5 直流稳压电源设计 .................................................................................................. 13 2.6 OP07 的功能介绍..................................................................................................... 14 第三章 电路的仿真 ............................................................................................................... 16 3.1 前置电路的仿真 ...................................................................................................... 16 3.1.1 输入与输出分析 ........................................................................................... 16 3.1.2 电路频率响应特性分析 ............................................................................... 17 3.2 二级放大电路仿真 ................................................................................................... 18 3.2.1 电路输入与输出分析 .................................................................................... 18 3.2.2 电路频率响应特性分析 ................................................................................ 19III

3.3 功率放大电路功率仿真 .......................................................................................... 20 3.4 直流稳压电源仿真 .................................................................................................. 22 3.5 音频功率放大电路仿真和分析 ............................................................................... 23 3.5.1 电路输入与输出分析 ................................................................................... 23 3.5.2 电路频率响应特性分析 ................................................................................ 24 第四章 焊接 调试 组装 ....................................................................................................... 26 4.1 焊接........................................................................................................................... 26 4.2 组装........................................................................................................................... 26 4.3 调试........................................................................................................................... 26 4.4 结果........................................................................................................................... 26 总 结..................................................................................................................................... 27致谢......................................................................................................................................... 28 参考文献................................................................................................................................. 29IV

第一章 音频放大器的概述1.1 音频放大电路的回顾音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。

1906 年美国的德福雷斯特发明了真空三极管,开创了人类电声技术的先河。

1927 年贝 尔实验室发明了负反馈 NFB(Negative feedback)技术后,使音响技术的发展进入了一个 崭新的时代, 比较有代表性的如“威廉逊”放大器, 而 1947 年威廉逊先生在一篇设计 Hi-Fi (High Fidelity)放大器的文章中介绍了一种成功运用负反馈技术,成为了 Hi-Fi 史上一 个重要的里程碑。

60 年代由于晶体管的出现,使功率放大器步入了一个更为广阔的天地。

晶体管放大器 细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点,各种电路也相应产生,如: “OTL (Output Transformer Less)” 无输出放大器、“OCL(Output Capacitor Less)” 放大器等。

随着晶体管制造技术的不断提高和新技术的应用, 各项实用性指标和可靠性指标都有很 大改善,并不断在向更大的输出功率,更小的体积,更轻的重量,更多的功能和智能化方向 发展,如美国 CROWN 公司的 MA-5000VZA 功放,其最大输出功率可达 4000W/8Ω ,完善的可 靠性设计使它在苛刻的环境中可连续工作, 使得生产者可作 3 年免维护的保证; 插入可编程 的输入处理模块 USP3;可对 1~2000 台功放的工作状态进行程控调节和各种参数检测。

各种 完善的可靠性保护措施,使它的可靠性大大提高。

1983 年, M.B.Sandler 等学者提出了 D 类放大的 PCM (脉码调制) 数字功放的基本结构。

美国 Tripass 公司设计了改进的 D 类数字功放, 取名为“T”类功。

1999 年意大利 POWERSOFT 公司推出了数字功放的商业产品, 从此, 第 4 代音频功率放大器, 数字功放进入了工程应用, 并获得了世界同行的认可,市场日益扩大,最终将替代各类模拟功放。

1.2 音频功率放大器的介绍按照电流导通角的大小可分为 A 类(甲类)、AB 类(甲乙类)、 B 类(乙类)、C 类(丙类) 和 D 类(丁类)功率放大器。

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1.2.1A 类(甲类)功率放大器A 类(甲类)功率放大器电流导通角θ =180°,理想效率为 50%,一般适用于小信号电压 放大器。

A 类功率放大器的主要特点是:放大器的工作点 Q 设定在负载线的中点附近,晶体管在 输入信号的整个周期内均导通。

由于放大器工作在特性曲线的线性范围内, 所以瞬态失真和 交替失真较小。

电路简单,调试方便。

有较大的非线性失真,由于效率比较低 现在设计基 本上不在再使用。

1.2.2B 类(乙类)功率放大器B 类(乙类)功率放大器电流导通角θ =90°,理想效率为 78.5%。

B 类功率放大器的主要特点是:放大器的静态点在(VCC,0)处,当没有信号输入时,输 出端几乎不消耗功率。

在 Vi 的正半周期内,一管导通另一管截止,输出端为正半周正弦波; 同理,当 Vi 为负半周期内,输出端为负半波正弦波,所以必须用两管推挽工作。

其特点是 效率较高(78.5%), 但是因放大器有一段工作在非线性区域内, 故其缺点是"交越失真"较大。

即当信号在-0.6V~ 0.6V 之间时,两管都无法导通而引起的。

1.2.3AB 类(甲乙类)功率放大器AB 类(甲乙类)功率放大器电流导通角 90°<θ <180°,理想效率为 50%<η <78.5%。

AB 类(甲乙类)放大器,实际上是 A 类(甲类)和 B 类(乙类)的结合,每个器件的导通时间在 50—100%之间, 依赖于偏置电流的大小和输出电平。

该类放大器的偏置按 B 类(乙类)设计, 然后增加偏置电流,使放大器进入 AB 类(甲乙类)。

AB 类功率放大器的好处是:可以避免交 越失真。

有效率较高,晶体管功耗较小的特点。

1.2.4C 类(丙类)功率放大器C 类(丙类)功率放大器电流导通角θ <90°,理想效率η >78.5%。

C 类功率放大器的主要特点是:处在 C 类状态时,放大器的电流波形有较大的失真,因 此只能用调谐回路作为负载,以滤除谐波分量,选出信号基波,从而消除失真。

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1.2.5D 类(丁类)功率放大器D 类(丁类)功率放大器功率管处于开关状态,理想效率为 90%~100%。

D 类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号变换成脉冲信号,然后用脉冲信 号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器,也称为开关放大器。

具有效率高的突出优 点。

放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路和低通滤波器等四部 分组成。

它有以下好处: 1. 具有很高的效率,通常能够达到 85%以上。

2. 体积小,可以比模拟的放大电路节省很大的空间。

3. 低失真,频率响应曲线好。

外围元器件少,便于设计调试。

1.3 放大器的技术指标评价一个功放系统或设备是否符合高保真要求, 一般应采用主观听音评价和客观指标测 试相结合的方式来进行,并以客观测试指标为主要依据。

因为采用仪器测试设备的性能指 标.能得到很直观的可供参考比较的定量结果,无疑是最科学而值得信赖的。

音频功放的技 术指标,主要包括输出功率、频率特性、信噪比、瞬态响应以及非线性失真等。

其中,输出 功率、频率特性等,通常称为静态特性指标,它们是用稳态信号测量的。

而瞬态特性和非线 性失真等,则称为动态特性指标,它们是用非稳态信号测量确定的。

1、 额定功率 音响放大器输出失真度小于某一数值(r<1%)的最大功率称为额定功率,表达式; Po= Uo /RL Uo 为负载两端的最大不失真电压,RL 为额定负载阻抗。

测量条件如下:信号发生器输出频率为 1kHz,电压 Ui=20mV 正弦信号。

功率放大器的输 出端接额定负载电阻 RL(代替扬声器),输入端接 Ui,逐渐增大输入电压 Ui;直到 Uo 的波形 刚好不出现谐波失真(r<1%),此时对应的输出电压为最大输出电压。

测量后应迅速减小 Ui, 以免损坏功率放大器。

2、 频率响应 音频功放的频率特性, 是反映它对不同信号频率放大能力的物理量。

通常采用输出电平 随频率变化的关系曲线来描述。

指的是振幅频率特性,习惯上称为幅频特性或频率响应(简 称为频响)。

32(1-1)

在说明音频功放的频率特性时,有两点必须明确给出。

即:一是有效频率范围。

频率范 围,20Hz~20kHz 全面反映出该功放的频率特性指标。

对于音频功放的频率特性指标而言, 其有效频率范围越宽, 且在该频率范围内相对参考电平的不均匀度越小。

则说明该音频功放 的频率特性指标就越好。

放大器的电压增益相对于中音频 fo (1kHz)的电压增益下降 3dB 时所对应的低音频率 fL 和高音频率 fH 称为放大器的频率响应。

3、谐波失真 谐波失真是指信号通过音频设备后, 新增加的谐波成分。

它是原信号波形中没有的波形 变化, 是不希望发生的。

其值以新增加的谐波成分的均方根值与原信号电压的均方根值的百 分比来表示。

即: THD 2 2 U2  U 32  U nU1(1-2)式中 Ul— 正弦波基波电压有效值;U2 ,U s. ⋯Un— 2 次、3 次、n 次谐波电压有效值。

谐波失真是电路或器件工作时的非线性引起的。

高保真放大器的谐波失真一般应控制在 0.05%以下, 目前许多优秀的放大器失真度均可达到<0.01%。

降低放大器谐波失真度的措 施有: ①施加适量的电压或电流负反馈。

②选用 fT 较高、线性好的放大器件。

③尽可能提高各级对管参数的一致性或对称性。

④采用甲类放大,选用优秀的电路,如双差分放大、全互补输出或全对称等。

4、 信号噪声比 信号噪声比 (S/N)指信号通过音频设备后增加的各种噪声(如低频呼声、感应交流声、 嘀嘀声等)与指定信号电平的 dB 差值,或信号幅度与噪声幅度之比,其值常用分贝表示,有 时也以重放设备输出的绝对噪声电压或电平值来表示, 这时标为噪声电平。

现代高保真后级 功放的 S/N 一般能达到 90dB 以上,问题不会很突出。

我们知道,多级放大器的 S/N 主要取 决于第一级,故在系统中,我们要着重提高前级或前置放大器的 S/N。

由于影响 S/N 的因素 很多,提高 S/N 便显得很棘手,有时费了九牛二虎之力,能使之提高两三个 dB 已届战果辉 煌。

而人耳对噪声又很敏感, 所以提高 S/N 往往成为设计及制作的主攻目标。

虽然因素很多, 但也不是无章可循, 除了器件本身的噪声以外、 放大器噪声的来源概括起来主要有三个途径: 电源干扰、空间干扰和地线干扰。

只要从以下几个方面人手,S/N 一般便可达到令人满意的4

水平。

①适当降低信号源的输出内阻。

合理设定前级或前置放大器的增益,避免使之过大,能 满足系统增益要求略有富余便可,这在业余制作时往往被忽略。

②使用高性能的稳压电源供电。

③各放大级尽可能单独或并联供电(即各级电源端经一只隔离电阻直接与电源连接,并 加接退耦电容)。

④严格区分模拟地线与数字地线,各级地线分别定线,一点接地。

机壳的接地点应通过 试验确定。

⑤合理布线、使输入信号引线尽可能短。

超过 4cm 长的均应使用屏蔽线,屏蔽层单端接 地,各电位器、开关外壳也应可接地.小信号放大电路板应远离电源变压器。

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第二章 音频功率放大器的设计2.1 设计方案分析本次设计的音频功率放大器分为音频放大和直流电源两大部分。

可由以下所示框图实 现。

声源前置放大器二级放大器功率放大器扬声器图 2-1 音频功率放大框图 音频放大电路的功能是将其他电子设备的音源信号进行放大, 然后再经过功率放大, 最 后去推动扬声器输出,简单说就是一个扩音器。

电源输入 220V 交流 变压器 全桥整 流电路 线性直流 稳压电路 稳压电 源输出图 2-2 直流电源框图 直流电源部分则负责将 220V 交流电转换为低压直流电供放大电路使用,为了减小电源 波动引起的噪声对放大电路的影响,电源部分将采用线性直流稳压电源。

2.2 前置放大电路设计声音源的种类有很多种,如传声器(话筒) 、电唱机、及线路传输等,这些声音源的输 出信号的电压差别很大,从零点几毫伏到几百毫伏。

一般功率放大器的输入灵敏度是一定的, 这些不同的声音源信号直接输入到功率放大器 中的话,如输入过低的信号,功率放大器输出功率不足,不能充分发挥功放的作用;如输入 信号的幅值过大,功率放大器的输出信号将严重过载失真,这将失去音频放大的意义。

所以 一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器,以便使放大器适应不同的的输入信号, 使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。

前置放大电路的作用简单说来就是“缓冲” ,将外部输入的音频信号进行放大并输出。

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本次设计的前置放大电路是一个高输入阻抗、高共模低抑制比、低漂移的小信号放大电路, 设计中将采用 OP07 来设计前置放大电路。

对于前置放大电路来说,输入阻抗越大越好,输出阻抗越小越好,所以本设计采用反相 比例放大器,如图 2-3。

图 2-3 反相比例放大器 输出电压 而 Uo=-IfRf If=I1= (2-1) (2-2)Ui  U U i = R1 R1最后得出 输入电阻为 输出电阻为 平衡电阻为Auf=Rf Uo = Ui R1(2-3) (2-4) (2-5) (2-6)rif=R1 ro=0 R2=R1∥Rf若设计一个放大倍数为 10 倍的前置放大电路,输入电阻 R1 将采用 10k 的电阻,希望 达到的放大倍数为 10 倍。

则根据公式,负反馈 Rf 将采用 100k 的电阻。

因为 R2=R1∥Rf ,且 R1<

OP07 用±15 稳压电源供电。

若在输入端加入一电容,则电容 C 是耦合电容,其容量取值可以按如下规则来考虑:因 为运放的反相端相当于“虚地” ,故电容 C 和电阻 R 构成一阶高通滤波器,人耳能听到的声 音信号最低为 20HZ, 故该高通滤波器的截止频率应当低于 20HZ, 才能保证音频信号的完整 传输,即:(2-7)R 取 10K,可以求得电容 C 的容量应当大于 0.96μ F。

但是在实际工程设计中,上述 计算值只能做一个参考,一般耦合电容的取值都应该大于计算值。

所以我电容值取 4.7μ F。

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画出前置放大电路原理图如图 2-4。

图 2-4 前置放大器电路2.3 二级放大电路设计二级放大电路的设计将由一个低通滤波器和一个高通滤波器组成,形成一个带通滤波 器。

2.2.1 低通滤波器设计低通滤波器容许低频信号通过, 但减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过。

对于 不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。

当使用在音频应用时,它有时被称为高频 剪切滤波器, 或高音消除滤波器。

典型的一阶有源低通滤波器如图 2-5:图 3-5(a)反相输入低通滤波器 (b)同相输入低通滤波器 设计中采用集成运放低通滤波器的同相输入接法。

则8

输出电压Uo=  1  R2  U  R1  (2-8)而1 Ui 1 j C U+= = Ui 1 1  jRC R j CA=  1 (2-9)所以传递函数 Aup R2  1   R1   1  jRC 1  j (2-10)0其中输出电压 Uo 与其输入电压 U+的比值为 Aup ; ω 0 为电压放大倍数下降到 所以其特性为 Aup= 1 Aup 2时对应的角频率。

R2 R1(2-11)0 1 RC(2-12)若设计一个放大倍数为 3 倍的低通滤波器,则设计中负反馈选择 200Ω 电阻,为了达到 3 倍的放大倍数,电阻 R1 和 R 选择 100Ω 电阻。

因为人可以听到的声音范围为 20Hz~20kHz,则f0 0  20 kHz 21  12.56  10 4 rad/s RC(2-13) (2-14)0 由于 R 选择 100Ω 电阻,则 C>0.08uF。

设计中电容采用 0.082uF 的电容。

设计出电路图如图 2-6。

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图 2-6 低通滤波器 则图 2-6 中电压放大倍数为Aup  1 R3 3 R1(2-15)0 1  1.2  105 rad/s R2C1(2-16)2.2.2 高通滤波器设计高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱(或减少)频率低于截止频率信号通过的滤波 器。

对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。

它有时被称为低频剪切滤波器; 在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。

高通滤波器与低通滤波器特性恰恰相 反。

典型的一阶有源高通滤波器如图 2-7:图 2-7(a)反相输入高通滤波器 (b)同相输入高通滤波器10

设计中采用集成运放高通滤波器的同相输入接法 其中 传递函数AUo  Ui 1 j 0 Aup(2-17)在理想特性下通带电压放大倍数Aup  A    1 通带截止角频率R2 R1(2-18)0  AAup 21 RC(2-19)若设计一个放大倍数为 3 倍的高通滤波器,则设计中负反馈选择 20kΩ 电阻,为了达到 3 倍的放大倍数,电阻 R1 和 R 选择 10kΩ 电阻。

因为人可以听到的声音范围为 20Hz~20kHz,则f0 0  20 Hz 21  125 .6 rad/s RC(2-20) (2-21)0 由于 R 选择 10kΩ 电阻,则 C<0.8uF。

设计中电容采用 0.75uF 的电容。

设计出电路图如图 2-8。

图 2-8 高通滤波器11

则图中电压放大倍数为Aup  1 R6 3 R5(2-22)0 1 ≈133 rad/s R4C2(2-23)2.2.3 二级放大电路电路设计将低通滤波器和高通滤波器相连接,则形成如下二级电路:图 2-9 二级放大电路电路图 则图 3-9 中实际通带电压放大倍数为 Aup=Aup 低通 Aup 高通=9 由 (2-24) (2-25)f0 0 2可知该二级电路的通带频率约为 21.2Hz~19.4KHz。

2.4 功率放大器设计功率放大器的作用是给音响放大器的负载提供所需要的输出功率。

功率放大器的主要性能指标有最大输出不失真功率、 失真度、 信噪比、 频率响应和效率。

目前常见的电路结构有 OTL 型、OCL 型。

有全部采用分立元件晶体管组成的功率放大器;也12

有采用集成运算放大器和大功率晶体管构成的功率放大器; 随着集成电路的发展, 全集成功 率放大器应用越来越多。

由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、 温度稳定性好,功耗低,电源利用率高,失真小,具有过流保护、过热保护、过压保护及自 启动、消噪等功能,所以使用非常广泛。

本次设计将采用正向比例运算放大器连接 OCL 互补对称电路, 使输入信号功率放大。

正 向比例运算放大器负反馈使用可调电阻,使放大功率可调。

喇叭使用 8Ω 的喇叭,互补对称 电路用±15 直流电源供电。

可估算 OCL 电路输出功率为:Pom 1 U 2 cc 1 152  *  14 w 2 RL 2 8(2-26)图 2-10 集成运放 OCL 电路其中 D1、D2 用于消除交越失真。

反相比例运算放大器放大倍数为 1~5 倍。

2.5 直流稳压电源设计由于本次设计全部采用±15V 直流电源,则必须设计一个直流稳压电源,将 220V 的交 流电源经过降压和稳压之后成为稳定的±15V 直流电源。

直流稳压电源设计思路如以下框图:13

降压整流图 2-11 直流电源框图稳压因为本设计需要对称的双电源, 因此必须选择次级有三端抽头的变压器, 经全桥电路整 流和电容滤波后,输出对称的正负电源。

要构成线性直流稳压电源, 最简单的方法就是采用三端集成稳压器。

这种集成电路块内 部完整地集成了采样电路、比较放大、调整电路、保护电路和启动电路等功能,但是外部引 脚只有三个端口,分别接输入电源、地,另一个端口输出,其使用十分简单,只要将三个端 口按规定接入电路就可以使用。

由于需要±15V 直流电源, 则集成三端稳压电源模采用 7815 和 7915 为负三端稳压,7815 为正三端稳压。

直流稳压电源的设计图如下:图 2-12 直流稳压电源 图中可看出 220V 的交流电源经变压器(TR1)降压后,经过由 D1、D2、D3 和 D4 组 成的全桥整流电路输出直流,再由稳压电路输出稳定的直流,提供给放大电路使用。

图中 C1、C2、C3 和 C4 都为滤波电容。

2.6 OP07 的功能介绍OP07 芯片是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。

由于 OP07 具有非 常低的输入失调电压(对于 OP07A 最大为 25μ V) ,所以 OP07 在很多应用场合不需要额外的 调零措施。

OP07 同时具有输入偏置电流低(OP07A 为±2nA)和开环增益高(对于 OP07A 为 300V/mV)的特点,这种低失调、高开环增益的特性使得 OP07 特别适用于高增益的测量设备 和放大传感器的微弱信号等方面。

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OP07 的特点: 超低偏移: 150μ V 最大 。

低输入偏置电流: 1.8nA 。

低失调电压漂移: 0.5μ V/℃22V 。

超稳定,时间: 2μ V/month 最大 高电源电压范围: ±3V 至±图 2-1 OP07 外型图片 OP07 芯片引脚功能说明: 1 和 8 为偏置平衡(调零端),2 为反向输入端,3 为正向输入端,4 接地,5 空脚 6 为 输出,7 接正电源图 2-2 OP07 的管脚图 OP07 的内部原理图:图 2-3 OP07 的内部原理图15

第三章 电路的仿真3.1 前置电路的仿真在前置放大电路的输入端输入 10mV 的正弦信号, 在输出段插入电压探头, 分别对电路 进行输入、输出分析和频率响应分析。

图 3-1 前置放大电路3.1.1 输入与输出分析图 3-2 前置放大电路输入和输出分析图16

图中知输出信号与输入信号反相,当系统的输入信号电压值为-10mV,输出信号对应电 压值为 103mV,放大倍数约为 10,与前置放大电路的计算值 100/10=10(倍)相符。

3.1.2 电路频率响应特性分析图 3-3 前置放大电路频率响应特性分析图(1)图 3-4 前置放大电路频率响应特性分析图(2)17

系统的最大频率增益为 20dB, 则下降 3dB 可知截止频率为 55.6kHz。

系统通带频率范围 为 10Hz~55.6kHz。

3.2 二级放大电路仿真在二级放大电路的输入端输入 10mV 的正弦信号, 在输出段插入电压探头, 分别对电路 进行输入、输出分析和频率响应分析。

图 3-5 二级放大电路3.2.1 电路输入与输出分析图 3-6 二级放大电路输入和输出分析图18

由图可知电路对输入信号进行了同相放大,放大倍数约为 88.0/10≈88。

3.2.2 电路频率响应特性分析图 3-7 二级放大电路频率响应分析图(1)图 3-8 二级放大电路频率响应分析图(2)19

图 3-9 二级放大电路频率响应分析图(3) 由图可知系统的最大频率增益为 19.1dB, 则下降 3dB 可知截止频率为 21.6Hz 和 18.8kHz,所以系统通带频率范围为 21.6Hz~18.8kHz。

3.3 功率放大电路功率仿真在功率放大电路的输入端输入正弦信号和电流探头,在输出段插入电压探头和电流探 头,对电路进行输入、输出功率分析。

图 3-10 功率放大电路20

模拟仿真参数设置如图输出功率变化曲线:图 3-11 曲线设置图 3-12 功率放大电路输入和输出功率分析图(可调电阻在中间)图 3-13 率放大电路输入和输出功率分析图(可调电阻在最左边)21

图 3-14 功率放大电路输入和输出功率分析图(可调电阻在最右边) 由仿真图可知,输出功率被放大。

系统以恒定功率输入信号,调节 RV1 可调节电路输出 功率。

3.4 直流稳压电源仿真在直流稳压电源电路的输出端接两个电压表,测量能否输出±15V 的电压。

图 3-15 直流稳压电源电路22

由仿真图图可知直流稳压电源可输出±15V 的电压,证明直流稳压电源设计符合要求。

3.5 音频功率放大电路仿真和分析前置放大电路、二级放大电路、功率放大电路组成总电路图 4-12。

在音频功率放大电 路的输入端输入正弦信号,在输出段插入电压探头,对电路进行输入和输出功率分析、频率 响应特性分析和傅里叶分析。

图 3-16 音频功率放大电路3.5.1 电路输入与输出分析图 3-17 音频功率放大电路输入和输出分析图23

电路输入信号为电压幅度 10mV、频率为 1kHz 的正弦信号,可调电阻在 50%处,输入输出仿真结果图,由上图可知电路对输入信号进行了反相放大,放大倍数约为: 2790/10=279(倍),与计算结果 10*9*3=270 近似。

3.5.2 电路频率响应特性分析图 3-18 音频功率放大电路频率响应特性分析图(1)图 3-19 音频功率放大电路频率响应特性分析图(2)24

图 3-20 音频功率放大电路频率响应特性分析图(3) 系统的最大频率增益为 48.8dB,则下降 3dB 可知截止频率为 21.6Hz 和 18.1kHz。

从电 路的仿真结果可知,系统通带频率范围为 21.6Hz~18.1kHz。

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第四章 焊接 调试 组装4.1 焊接1. 准备施焊:准备好焊锡丝和烙铁。

此时特别强调的施烙铁头部要保持干净,即可以 沾上焊锡(俗称吃锡) 。

2. 加热焊件:将烙铁接触焊接点,注意首先要保持烙铁加热焊件各部分,例如印制板 上引线和焊盘都使之受热,其次要注意让烙铁头的扁平部分(较大部分)接触热容量较大的 焊件,烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件,以保持焊件均匀受热。

3. 熔化焊料:当焊件加热到能熔化焊料的温度后将焊丝置于焊点,焊料开始熔化并润 湿焊点。

4. 移开焊锡:当熔化一定量的焊锡后将焊锡丝移开。

5. 移开烙铁: 当焊锡完全润湿焊点后移开烙铁, 注意移开烙铁的方向应该是大致 45° 的方向。

上述过程,对一般焊点而言大约二,三秒钟。

对于热容量较小的焊点,例如印制电 路板上的小焊盘,有时用三步法概括操作方法,即将上述步骤 2,3 合为一步,4,5 合为一 步。

实际上细微区分还是五步,所以五步法有普遍性,是掌握手工烙铁焊接的基本方法。

特 别是各步骤之间停留的时间,对保证焊接质量至关重要,只有通过实践才能逐步掌握4.2 组装它包括二路 OCL 功放电路及直流供电电路,四只大功率管 2N3055 的管身与印刷电路 板间需加装散热板,用螺丝固定。

电阻器一律卧式安装,电容器及三极管采用立式安装,并 紧贴电路板,焊接要求牢固可靠,电路板上有两根跳线,用铁线焊接即可。

4.3 调试自己准备电压变压器,采用中心轴头双输出变压器,功率不低于四十瓦,接在印制电路 板的 AC~和上处,通电后在 C9 和 C10 两端产生 18v 的直流电压,扬声器两端的电压为 0.4.4 结果1.对 OCL 立体功放机的工作原理图没能理解分析透彻。

2.测量元器件时由于自身原因或其他原因而出错。

3.焊接,脱焊是由于某种原因而导致自己或他人受伤。

4.组装焊接时元器件的型号没有与印制电路板上一一对应。

5.焊接元器件引脚时由于虚焊或多焊造成短路致使调试不成功或音质不怎么好等。

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总结毕业设计是我大学生活最后也是最重要的一步。

从最初的选题, 开题到写论文直到完成 论文。

其间,查找资料,老师指导,与同学交流,反复修改论文,每一个过程都是对自己能 力的一次检验和充实。

通过这次实践, 我了解了音频功率放大器用途及工作原理, 熟悉了音频功率放大器的设 计步骤,锻炼了设计实践能力,培养了自己独立设计能力。

更加进一步理解了模拟电路中的 一些知识,设计电路的过程中,通过各种途径查阅资料,这个过程让我学会很多书本上没有 的知识,也加深了对书本知识的理解。

但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。

比如缺乏综合应用专业知识的能 力, 对材料的不了解等等。

由于时间有限, 未能完成实物制作, 只能在仿真软件上验证结果, 对无法作出最后的检验,感到十分遗憾。

这次实践是对自己大学四年所学知识的一次大检阅, 使我明白自己知识还很不全面。

马 上要毕业了,自己的求学之路还很长,以后将在工作实践中不断学习,努力使自己成为一个 对社会有所贡献的人。

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致谢首先要感谢学校给我提供了做这个系统的机会, 感谢学校的各位领导和老师一直以来对 我的教导和帮助。

感谢 X 老师给我进行了很多的辅导,不仅在技术上给了我很大帮助,也 在系统需求和设计方面给予了我很大帮助。

老师的谆谆教导,使我受益匪浅。

老师多次询问 研究进程,并为我指点迷津,帮助我开拓研究思路,精心点拨、热忱鼓励。

X 老师一丝不苟 的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人,虽历时三载, 却给以终生受益无穷之道。

我对滕老师的感激之情是无法用言语表达的。

感谢学校其他老师和同学给予的帮助和支持。

经过近半年的锻炼和学习,我学到了许多 书本上没有的知识,从方案的论证、课题的选择、电路原理,到电路上元器件的焊接、电路 的调试,程序的编写,调试下载,一步步,我收获很大。

在设计中,我力求硬件电路简单, 充分发挥软件灵活方面的特点,满足系统设计要求。

这中间,我遇到了许多困难,在老师的 帮助下,一个个也都战胜了。

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参考文献[1] 华成英 《模拟电子技术基础》高等教育出版社 [2] 谢嘉奎 《电子线路》 ,高等教育出版社 [3] 谢自美:《电子线路设计 实验 测试》, 华中科技大学出版社 [4] 姚福安 《音频功率放大器设计》 ,山东大学学报,2003 年 06 期。

[5] 曾广兴 《现代音响技术应用》 ,广东科技出版社 [6] 王康年 《高频电子线路》 ,西安电子科技大学出版社29

 
 

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