音頻功率放大器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：音頻功率放大器</p><p>　　系 別：電子工程系</p><p>　　專 業(yè)：信息工程</p><p>　　班 級：09信工班</p><p><b>　　學(xué)生姓名：</b&g

2、t;</p><p>　　2011年09月29日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)總體方案</b></p

3、><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　2.2 音頻功放各級的作用和電路結(jié)構(gòu)特征</p><p><b>　　2.3簡要原理分析</b></p><p>　　三、選擇器件及參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1電路元件參數(shù)及介紹</p>&l

4、t;p><b>　　3.2參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　3.2.1參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　3.2.2功率的計(jì)算</p><p>　　四、用multisim仿真音頻功率放大器</p><p>　　五、實(shí)物電路安裝調(diào)試及使用</p><p>　

5、　5.1電路調(diào)整與測試</p><p><b>　　5.2通電觀察</b></p><p><b>　　六、設(shè)計(jì)體會與總結(jié)</b></p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求</b></p>&

6、lt;p>　　音頻功率放大器具體要求：</p><p><b>　　功率5W到10W。</b></p><p>　　電源電壓20V以下。</p><p>　　最后一級功率放大級必須采用三極管電路，中間級可以采用運(yùn)放等集成電路。</p><p>　?。蛇x功能）加分頻器，輸出高頻低頻兩路信號（用于接高音喇叭和低音喇叭

7、）。</p><p>　　最后要算出功耗、輸出功率和頻率響應(yīng)曲線。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)總體方案</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　音頻功率放大器的作用是將聲音源輸入的信號進(jìn)行放大，然后輸出驅(qū)動揚(yáng)聲器。聲音源的種類有很多種，故輸出信號的電

8、壓差別很大，從零點(diǎn)幾毫伏到幾百毫伏。一般動率放大器的輸入靈敏度是一定的，這些不同的聲音源信號如果直接輸入到功率放大器的話，對于輸入信號過低的，功率放大器功率輸出不足，不能充分發(fā)揮功放的作用；加入輸入信號的幅值過大，功率放大器的輸出信號將嚴(yán)重過載失真。這樣就失去了音頻放大的意義了，所以一個實(shí)用音頻功率放大系統(tǒng)必須設(shè)置前置放大器，以便使放大器適應(yīng)不同的輸入信號，或放大，或衰減，或進(jìn)行阻抗變換，使其與功率放大器的輸入靈敏度相匹配。最后音頻放大

9、器由前置放大器和音調(diào)控制電路和功率放大器三部分組成。</p><p><b>　　組成框架如下圖：</b></p><p>　　2.2 音頻功放各級的作用和電路結(jié)構(gòu)特征</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是基于10瓦音頻放大器 ，由于時(shí)間有限，上網(wǎng)找了一些電路圖，下幅電路圖稍微修改后是最合適的。由于電路采用NE5532芯片，芯片內(nèi)部已包含了放大功能和

10、音量控制功能，故省去了前置放大的一部分電路，使電路不用那么復(fù)雜。</p><p>　　圖中前置放大由芯片NE5532實(shí)現(xiàn)，并通過變阻器P1實(shí)現(xiàn)音調(diào)的控制，最后一級采用互補(bǔ)功率放大電路。最后揚(yáng)聲器用負(fù)載電阻R11代替。</p><p><b>　　2.3簡要原理分析</b></p><p>　　電路為音頻功率放大器原理圖, 其中NE5532A 是

11、高性能低噪聲運(yùn)放，這使得該IC特別適合應(yīng)用于高質(zhì)量和專業(yè)音響設(shè)備、儀器儀表及控制電路,和電話信道功率放大器。其輸出功率在9.5 – 11.5W的范圍內(nèi)，電源軌不能超過+-18V。其內(nèi)部電路包含輸入級、中間級和輸出級,且有短路保護(hù)和過熱保護(hù),可確保電路工作安全可靠。一般這種電路的低音被犧牲了，所以植入一個低音提升控制插入電路中（電路圖中下方電路部分）。P1是音量調(diào)節(jié)電位器，C1是輸入耦合電容,P2提供更多的低音線性提升。</p>

12、;<p>　　三、選擇器件及參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1．1運(yùn)放NE5532A介紹</p><p>　　NE5532 是高性能低噪聲運(yùn)放，與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放（如1458）相似，它具有較好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當(dāng)高的小信號與電源帶寬。</p><p>　?。?）小信號帶寬：10MHz；</p><p>　?。?）輸

13、出驅(qū)動能力：600Ω，10V；</p><p>　?。?）輸入噪聲電壓：5nV/√HZ（典型值）；</p><p>　?。?）DC 電壓增益：50000；</p><p>　?。?）AC 電壓增益：10KHz 時(shí)2200；</p><p>　?。?）電源帶寬：140KHz；</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換速率：9V/μ

14、S；</p><p>　　（8）大電源電壓范圍：±3～±20V。</p><p><b>　　極限參數(shù)：</b></p><p>　　電源電壓：Vs …………………… ±22V</p><p>　　輸入電壓：VIN …………………… ±V 電源V</p><p&

15、gt;　　差分輸入電壓：VDIFF …………………… ±5V</p><p>　　工作溫度范圍：TA …………………… 0℃～70℃</p><p>　　存貯溫度：TSTG …………………… -65℃～150℃</p><p>　　結(jié)溫：Tj …………………… 150℃</p><p>　　功耗（5532FE）：PD …………………

16、… 1000mW</p><p>　　引線溫度（焊接，10S）…………………… 300℃</p><p>　　封裝形式：如圖4-45-1 所示。</p><p>　　直流電氣參數(shù)：如表4-45-1 所示。</p><p>　　交流電氣參數(shù)：如表4-45-2 所示。</p><p>　　3.1.2三極管TIP41C/TI

17、P42C</p><p>　　電流 - 集電極截止（最大）：700&micro;A </p><p>　　最大集電流--基極直流電壓： 最大值120V </p><p>　　發(fā)射極直流電壓： 最大值100V </p><p>　　基極直流電壓： 最大值5V </p><p>　　最高有效結(jié)溫：最大值150攝氏度

18、 </p><p>　　封裝形式： 直插封裝 TO-220 </p><p>　　極限工作電壓： 100V </p><p>　　最大電流允許值： 6A </p><p>　　最大耗散率： 65W </p><p>　　放大倍數(shù)： 未知放大倍數(shù) </p><p>　　功率 - 最大：2W <

19、;/p><p>　　頻率 - 轉(zhuǎn)換：3MHz </p><p><b>　　安裝類型：通孔 </b></p><p><b>　　包裝：散裝 </b></p><p>　　晶體管類型：NPN /PNP</p><p>　　在某 Ic、Vce 時(shí)的最小直流電流增益 (hFE)：15

20、 @ 3A, 4V </p><p>　　主要用途： 適用于電子開關(guān)線路 主要特點(diǎn)： 功率大、驅(qū)動電流大 </p><p>　　性質(zhì)：低頻或音頻放大 （LF），功率放大 （L）</p><p>　　3.1.2其他零件： </p><p>　　P1_________________22K 滑動變阻器</p><p>　　

21、P2________________100K 電位器</p><p>　　R1________________820R 1/4W電阻 </p><p>　　R2，R4 R8____________4K7 1/4W電阻 </p><p>　　R3________________560R 1/2W微調(diào)金屬陶瓷 </p><p>　　R5_____

22、____________82K 1/4W電阻 </p><p>　　R6，R7______________47K 1/4W電阻 </p><p>　　R9_________________10R 1/2W電阻 </p><p>　　R10_________________兩個5R 5W并聯(lián)的水泥電阻 </p><p>　　C1，C8_____

23、________470nF 63V滌綸電容器 </p><p>　　C2，C5_____________100μF25V的鋁電解電容器 </p><p>　　C3，C4_____________470μF25V的鋁電解電容器 </p><p>　　C6_________________47pF 63V陶瓷或聚苯乙烯電容器 </p><p>　

24、　C7_________________10nF 63V滌綸電容器 </p><p>　　C9________________100nF 63V滌綸電容器 </p><p>　　D1______________1N4148 75V150毫安二極管 </p><p>　　IC1_____________NE5532低噪音雙運(yùn)放 </p><p>

25、;　　Q1_______________BC547B 45V100毫安NPN晶體管 </p><p>　　Q2_______________BC557B 45V100毫安PNP晶體管 </p><p>　　Q3_______________TIP42A 60V 6A PNP晶體管 </p><p>　　Q4_______________TIP41A 60V 6A N

26、PN晶體管 </p><p>　　J1_________________3.5mm mini音頻輸入插座</p><p><b>　　3.2參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　3.2.1參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　R1是NE5532A同相輸入端偏置電阻；</p>&

27、lt;p>　　C2/C3/C4/C9為濾波電容</p><p>　　由R5/R6/R7/R8/C6/C7/C8組成級間負(fù)反饋回路作用是產(chǎn)生20—350Hz低頻提升</p><p>　　當(dāng)Q1/Q2相同時(shí)，不需要R3，但實(shí)際上需要一個500R以上的電阻</p><p>　　3.2.2功率的計(jì)算</p><p>　　1、 計(jì)算輸出功率Po輸

28、出功率用輸出電壓有效值V0和輸出電流I0的乘積來表示。設(shè)輸出電壓的幅值為Vom，則　因?yàn)镮om=Vom/RL，所以.當(dāng)輸入信號足夠大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES ≈VCC和Iom=Icm時(shí)，可獲得最大的輸出功率　　　　　 由上述對Po的討論可知，要提供放大器的輸出功率，可以增大電源電壓VCC或降低負(fù)載阻抗RL。</p><p>　　以下為仿真電路圖中函數(shù)發(fā)生器是采用 6kHz 200m

29、Vp 的正弦函數(shù)</p><p>　　其中XMW1功率表是測量輸出功率的</p><p>　　其中XMW2功率表是測量代替喇叭的8歐姆定制電阻功率的</p><p>　　22K變阻器是從10%開始上升，每一次提高10%</p><p><b>　　10% </b></p><p><b

30、>　　20% </b></p><p><b>　　30% </b></p><p><b>　　40% </b></p><p><b>　　50% </b></p><p><b>　　60% </b></p&g

31、t;<p><b>　　70% </b></p><p><b>　　80% </b></p><p><b>　　90%</b></p><p>　　四、用multisim仿真音頻功率放大器</p><p>　　1、功放電路原理圖波形比對仿真圖</p>

32、;<p>　　2、功放電路仿真波形圖</p><p>　　幅度較低的為輸入的500mV 6kHz正弦信號。幅度高為輸出信號</p><p><b>　　3、頻響曲線</b></p><p>　　五、實(shí)物電路安裝調(diào)試及使用</p><p>　　5.1電路調(diào)整與測試</p><p>　　

33、實(shí)踐證明，新安裝的電路板往往難以達(dá)到預(yù)期的效果，這是因?yàn)槲覀冊谠O(shè)計(jì)的時(shí)候不可能周全地考慮元件的誤差、器件參數(shù)的分散性、寄生參數(shù)等各種各樣的客觀因素。此外，電路板的安裝中仍存在有可能沒有查出來的錯誤。通過電路板整體測試與調(diào)整，可發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)方案中的不足，并查出電路安裝中的錯誤然后采取措施加以改進(jìn)和糾正，就可以使之達(dá)到預(yù)定的技術(shù)要求。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的是PCB制作電路板，步驟繁瑣，流程較為復(fù)雜。所

34、以在電路調(diào)整與測試的應(yīng)注意的問題較多，具體如下：</p><p><b>　　通電前調(diào)試</b></p><p>　　電路安裝完畢后，必須在不通電的情況下，對電路板進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的檢查，以便糾正安裝錯誤。檢查應(yīng)特別注意：</p><p>　　元器件引腳之間有無短路。因?yàn)槲覀冊摻M是第一次用PCB制作板，在檢查電路引腳間的有無短路的時(shí)候出現(xiàn)了不少的問

35、題。首先板子在腐蝕的時(shí)候就沒有腐蝕好（這可能是板子的質(zhì)量、腐蝕時(shí)間的長短、FeCL3溶液的配置等原因）所以在用萬用表測量的時(shí)候真的是處處短路，而有的地方就是處處斷路，為了保證的電路的正確性，只有通過萬用表一條條的線路檢查是否導(dǎo)通，引腳間是否短路。所以本次設(shè)計(jì)實(shí)物的走線用導(dǎo)線和焊錫補(bǔ)了不少，同時(shí)為了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。 </p><p>　　電源的正負(fù)、負(fù)極性有沒有接反，正、負(fù)極之間有沒有短路現(xiàn)象，電

36、源線、地線是否接觸良好。關(guān)于電源正、負(fù)極問題主要是在本次設(shè)計(jì)中的單電源供電的導(dǎo)線插在功放電路的插座上，在此應(yīng)特別注意在測試極性的時(shí)候，應(yīng)注意紅、黑表筆不要弄反。紅表筆接正極，黑表筆接負(fù)極。該設(shè)計(jì)為了避免次問題在PCB制圖的時(shí)候?qū)⒌鼐€稍微加寬。不但滿足制圖制板的要求，而且使其極性區(qū)分明顯。 </p><p>　　二極管有電解電容極性有沒有接反，三極管、集成器件引腳有沒有接錯，集成電路的型號及安插方向?qū)Σ粚?，引腳連接

37、處有無接觸不良等。在安裝的時(shí)候我們嚴(yán)格按照測量晶體管的步驟和要求進(jìn)行，用萬用表分別判斷出二極管的陽、陰極；小功率三極管的類型、B極、C極、E極；大功率三極管的類型、B極、C極、E極……。并作了相應(yīng)的標(biāo)注。 </p><p><b>　　5.2通電觀察</b></p><p>　　改變RP電阻值或調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的頻率計(jì)幅度（在器件允許承受范圍），用示波器觀察輸出與輸

38、入波形，并對比。同時(shí)觀察喇叭發(fā)出的聲音是否產(chǎn)生異同。</p><p><b>　　頻響曲線測試數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　六、設(shè)計(jì)體會與總結(jié)</b></p><p><b>　　陳心得體會：</b></p><p>　　通過電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，可以全面調(diào)動學(xué)生

39、的主觀能動性，融會貫通其所學(xué)的“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”和“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”等課程的基本原理和基本分析方法，進(jìn)一步把書本知識與工程實(shí)際需要結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)知識向技能的轉(zhuǎn)化，以便畢業(yè)生走上工作崗位能較快地適應(yīng)社會的要求。</p><p>　　而這次課程設(shè)計(jì)的題目是做一個有源濾波器的音頻功率放大器，由于時(shí)間有限，只有一周時(shí)間，在查找和學(xué)習(xí)有關(guān)資料后，決定用網(wǎng)上找來的一副電路圖進(jìn)行稍微的改造，基本實(shí)現(xiàn)了這次課程設(shè)計(jì)

40、的要求。</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)中，我們確實(shí)遇了很多難以解決的問題，同時(shí)也學(xué)到了很多知識。掌握了功率放大器電路的設(shè)計(jì)與制作，掌握了NE5532 等集成芯片的原理與作用以及晶體管極性的判斷，如何去檢查電路中的錯誤與線路是否導(dǎo)通，進(jìn)一步熟練萬用表的使用，如何制作PCB電路板。更讓我明白團(tuán)體精神的重要性。更懂得做好一件事情的不容易。接觸到了與自己相關(guān)專業(yè)的具體的知識，感覺到所學(xué)的東西還是很有用的，通過實(shí)踐不但鞏

41、固了學(xué)過的知識，而且其他的對所學(xué)知識進(jìn)行實(shí)踐論證，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)了存在的許多不足。通過本次課程設(shè)計(jì)初步了解了一些專業(yè)軟件的使用，如Multisim的軟件的使用，也初步接觸到了具體的制版全過程。</p><p>　　在第一次調(diào)試的時(shí)候，出現(xiàn)了一次小意外，期間一接電，一個電容就燒壞，經(jīng)過電路的檢查，才發(fā)現(xiàn)在焊接時(shí)將鋁電解電容的正負(fù)極接反，排除故障后，揚(yáng)聲器總算發(fā)聲了?？傊@次課程設(shè)計(jì)我們還是比較滿意的，學(xué)習(xí)到的東西也很

42、多。</p><p><b>　　林心得體會</b></p><p>　　這課程設(shè)計(jì)原計(jì)劃是做帶有源濾波器做分頻的音頻功率放大器，有源濾波器和音量控制方面是使用LM741來實(shí)現(xiàn)的，輸出級使用互補(bǔ)輸出電路，但是考慮到這樣所用的元器件比較多，在制作PCB板的時(shí)候比較復(fù)雜，而且后面的呃互補(bǔ)輸出電路的參數(shù)也比較難算，因此直接參考網(wǎng)上的一些資料就行修改整合的而成為這次課程設(shè)計(jì)的

43、電路圖。</p><p>　　由于資料是來自網(wǎng)上的，參數(shù)方便已經(jīng)有完整的資料，很快就通過仿真，得到頻響曲線也是十分理想，就直接去畫PCB圖和購買元器件了。就在準(zhǔn)備制作板的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)功率的參數(shù)有很大問題。通過重新仿真發(fā)現(xiàn)，分壓電阻阻值不對，而且部分買過來的電阻負(fù)載功率不夠，電容耐壓數(shù)值不夠，而且其中兩個三極管也沒有貨，通過修改電路的參數(shù)和查找三極管的datasheet來重新設(shè)定更換的元件。</p>&

44、lt;p>　　在接電測試時(shí)，C4的鋁電解電容一接電就馬上冒煙爆掉了，經(jīng)過檢查是因?yàn)殡娙莸恼?fù)交接反了，虛驚一場，不過經(jīng)過檢查后電路其他部分運(yùn)作正常。通電10秒左右發(fā)現(xiàn)最后輸出的互補(bǔ)輸出電路的三極管發(fā)熱很厲害，將散熱器重7號改到5號，外加兩個7號散熱器后情況只有少許好轉(zhuǎn)，而且書信號在示波器上看也十分不好，出現(xiàn)一種像散光的現(xiàn)象。經(jīng)過老師的檢測，是直流穩(wěn)壓電源除了問題，應(yīng)該將直流穩(wěn)壓源的輸出電流調(diào)到最小，至此電路終于正常工作了。<

45、/p><p>　　經(jīng)過了這次的課程實(shí)際，了解了在給定具體參數(shù)要求下，自己設(shè)計(jì)計(jì)算電路參數(shù)、使用multisim畫原理圖仿真、使用protel99es畫PCB圖、手動轉(zhuǎn)印鉆孔、安裝元件焊錫、通電調(diào)試的整過過程。中間我發(fā)現(xiàn)我們思考的時(shí)候還不是很周全，好在能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)救，同時(shí)也有一個概念性的了解了一個產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作過程。</p><p><b>　　龍心得體會</b><

46、/p><p>　　課程設(shè)計(jì)的綜合性很強(qiáng)，收到設(shè)計(jì)要求，我們組就馬上展開討論，本來的想法是加上低通和高通濾波，不過由于最后一級需要有三極管，這樣參數(shù)的計(jì)算會顯得繁重，而且即使產(chǎn)品用Multisim模擬出來成功，但是實(shí)際的成品出來出大問題的幾率還是挺高的，工作量也很大。后來用英文版的GOOGLE搜索外國網(wǎng)站，找到一個符合我們設(shè)計(jì)要求的電路，而且有低音增強(qiáng)，這便可以替代實(shí)現(xiàn)我們最初的想法，做一個低音不錯的功放。仿真期間，偏

47、置電阻的阻值小于500R時(shí)都仿真提示出錯，它本來是一個500R的滑阻，同時(shí)考慮到實(shí)際材料的限制，于是我們干脆換成一個560R定值定阻。仿真成功后，我們先買材料，以便畫pcb版時(shí)量度尺寸的方便。不過小賽格那邊沒有我們需要的bc547b系列三極管，英文版谷歌再次發(fā)揮作用了。制版過程遇到的問題不多，只要注意布線、焊盤的寬度，以及焊孔的具體位置。后期比較大的改動是，把版的邊都作為接地加寬了，這樣可以領(lǐng)到播放質(zhì)量更好，更少電流等干擾聲。</

48、p><p>　　通電測試期間，第一次接通，就爆了一個鋁電解電容，在鄭老師提供分析思路的幫助下，我們檢查電路，特別是電容正負(fù)極是否接錯，果然，這個濾波電容的正極沒有接地。問題解決后，我們再次接電源，這次示波器也有波形了，以為電路總體沒大問題了，不過這是發(fā)覺兩塊放大三極管的發(fā)熱比較大，未解決此問題，我們還換了一個大的散熱片，不過此后在實(shí)驗(yàn)員提點(diǎn)后，才知道電源輸出的電流過大了。完成。但是最后還是有點(diǎn)小瑕疵，我們制版時(shí)就把調(diào)

49、音量的變阻與調(diào)節(jié)低音增強(qiáng)靈敏度的電位器交換，導(dǎo)致音量調(diào)節(jié)是轉(zhuǎn)動一點(diǎn)變化就很大。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、模擬電子技術(shù)第五版. 康華光主編.北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　2、模電數(shù)電基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及multisim7仿真 蔣黎紅主編 浙江大學(xué)出版社，2007</p>

50、<p>　　3、標(biāo)題：10W音頻功放與低音提升  資料來源：www.electronics - lab.com </p><p>　　It uses the widespread NE5532 Dual IC but, obviously, its power output will be comprised in the 9.5 - 11.5W range,