【正文】 (音響 ) 中不可缺少的設(shè)備 ,還廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)中。 然而低頻功率放大器已經(jīng)是一個(gè)技術(shù)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域 ,幾十年來 ,人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?,無 論從線路技術(shù)還是元器件方面 ,乃至思想認(rèn)識(shí)上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前市場(chǎng)上的集成功放產(chǎn)品價(jià)格已經(jīng)很低并且種類也很多 ,典型的有 LM187TDA152 TDA1514。這些優(yōu)質(zhì)功放模塊體積小、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全、外圍電路簡(jiǎn)單、易制作易調(diào)試。最近，一種應(yīng)用砷化鉀 MESFET制成的功率放大器 MMIC，在移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)據(jù)終端領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛，一片尺寸為 平方毫米的 MMIC 輸出功率可達(dá) ，工作頻率達(dá) 950MHZ。本文給出一種簡(jiǎn)單實(shí)用、制作成本低廉的實(shí)用低頻功率放大器的設(shè)計(jì)方案 ,并給出實(shí) 際測(cè)試結(jié)果。功率放大可由分立元件組成 ,也可由集成電路完成。由分立元件組成功率放大器，如果進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，則在效率和失真方面更優(yōu)于集成的，價(jià)格方面便宜一點(diǎn)，但如果電路選擇和參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)時(shí) ,元件性能就不能很好的表現(xiàn)出來 ,制作調(diào)試比較困難。從電路的簡(jiǎn)單性和易調(diào)性，集成電路更好些。本次設(shè)計(jì)功放采用集成電路完成。 本實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì)有兩部分組成前置放大級(jí)和功率放大級(jí)。前置放大級(jí)主要任務(wù)是完成小信號(hào)電壓放大任務(wù)，同時(shí)要求低噪聲、低溫漂。功率放大級(jí)主要任務(wù)是在允許的失真限度內(nèi) ,盡可能高效率地向負(fù)載提供足夠大的功率 ，要求是輸出功率要大、效率要高。 通過詳盡的資料查詢和嚴(yán)密的方案論證后，我們選擇通過集成運(yùn)放 NE553 LM187 LF357 的配套使用來使本電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、實(shí)用并且達(dá)到高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的指標(biāo)。 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 總體 方案論證 系統(tǒng)原理方框圖如 圖 1所示。 根據(jù)題目任務(wù) , 我們?cè)O(shè)計(jì)有 五 個(gè)基本電路 ① 波形變 換電路 ② 弱信號(hào)前置放大級(jí)電路 ③ 自制穩(wěn)壓電源電路 ⑤ 保護(hù)電路 外 供 正 弦信 號(hào) 源波 形 變換 電 路弱 信 號(hào) 前 置放 大 電 路自 制 穩(wěn) 壓電 源功 率 放 大電 路8 歐 姆負(fù) 載保 護(hù)電 路 圖 1 系統(tǒng)原理框圖 其中前置級(jí)主要完成小信號(hào)的電壓放大任務(wù)；功率放大級(jí)則實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的電壓和電流放大任務(wù)；直流穩(wěn)壓電源部分則為整個(gè)功放電路提供 能量． 由于方波中含有豐富的高次諧波分量， 波形變換電路提供方波， 可通過對(duì)方波信號(hào)的測(cè)試來檢驗(yàn)功放的轉(zhuǎn)換速率、失真度、效率等指標(biāo) ，保護(hù)電路可以有效地保護(hù)負(fù)載不過載，對(duì)功率放大器也有一定的保護(hù)作用 。 該系統(tǒng)是一個(gè)高增益 、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的音響與脈沖傳輸、放大兼容的實(shí)用電路。下面對(duì)每個(gè)單元電路分別進(jìn)行論證 。 單元模塊方案論證與比較： 波形變換電路 ： 方案一： 利用運(yùn)放在開環(huán)狀態(tài)下的飽和特性 , 正弦波信號(hào)經(jīng)過兩級(jí)運(yùn)放放大后 , 產(chǎn)生了正弦波飽和失真的方波信號(hào) , 由于輸出方波幅值遠(yuǎn)大于題目要求 , 于是采用開關(guān)三極管腳與腳短接當(dāng)成兩個(gè)二極管削波 （ 用兩個(gè)鍺開關(guān)管也可以 ） , 便將電壓鉗制在 700mv左右 , 然后通過電阻分壓 , 最終得到題目要求的正負(fù)極性對(duì)稱的 200mVpp的方波信號(hào)。 方案二：直接采用施密特觸發(fā)器進(jìn)行變換與整形。而施密特電路可用高精度、高速運(yùn)算電路搭接而成，也可采用專用施密特觸 發(fā)器構(gòu)成，還可以選用 NE5532電路構(gòu)成。 方案三： 利用運(yùn)放的正反饋?zhàn)饔茫罐D(zhuǎn)換部分的波形上升沿和下降沿都變得很陡，利用穩(wěn)壓管將電壓穩(wěn)定在 6． 2 V左右，然后利用電阻分壓得到要求的正負(fù)對(duì)稱的峰一峰值為 200 mV 的方波信號(hào) 。 運(yùn)放選用 NE5532。 本系統(tǒng)采用方案二，且施密特電路采用高精度、高速運(yùn)算放大器 LF357構(gòu)成。 弱信號(hào)前置放大級(jí)： 方案一 :弱信號(hào)前置放大電路必須 由低噪聲、高保真、高增益、 快響應(yīng)、寬帶音響集成電路構(gòu)成。符合上述條件的集成電路有： M521 LM521 LLM187TDA151 NE553 NE5534 等。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用 NE5532， 因?yàn)橥姸嗟倪\(yùn)放相比 , NE5532 具有高精度、低噪音、高阻抗、高速、寬頻帶等優(yōu)良性能 , 被稱為“ 運(yùn)放之皇” 。這種運(yùn)放的高速轉(zhuǎn)換性能可大大改善電路的瞬態(tài)性能 , 較寬的帶寬能保證信號(hào)在低、中、高頻段均能不失真輸出 , 使電路的整體指標(biāo)大大提高。 功率放大級(jí)： 方案一： 功率放大輸出級(jí)采用分立元件構(gòu)成的 OCL電路，驅(qū)動(dòng)級(jí)采用集成芯片，整個(gè)功放級(jí)采用大環(huán)電壓負(fù)反饋。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：由于反饋深度容易控制，故放大倍數(shù)容 易控制。且失真度可以做到很小，使音質(zhì)很純凈。但外圍元器件較多，調(diào)試要困難一些。 方案二 ：采用專用的 功放 集成芯片。 LM1875是一款功率放大集成塊 ， 體積小巧，外圍電路簡(jiǎn)單，且輸出功率較大。該集成電路內(nèi)部設(shè)有過載過熱及感性負(fù)載反向電勢(shì)安全工作保護(hù)。 根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求，可供選擇的功率放大器可由分立元件組成，也可由集成電路完成。由分立元件組成的功放，如果電路選擇得好，參數(shù)恰當(dāng)，元件性能優(yōu)越，且制作和調(diào)試得好，則性能很可能高過較好的集成功放。許多優(yōu)質(zhì)功放均是分立功放。但其中只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題或者搭配不當(dāng)，則 性能很可能低于一般集成功放，為了不至于因過載、過流、過熱等損壞還得加復(fù)雜的保護(hù)電路?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有許多性能優(yōu)異的集成功放芯片，如 TDA2040A、 LM187 TDA1514等。集成功放具有工作可靠，外圍電路簡(jiǎn)單，保護(hù)功能較完善，易制作調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，雖不及頂級(jí)功放的性能，但滿足并超過本設(shè)計(jì)的要求是沒有問題的。另外集 成運(yùn)放還有性價(jià)比高的特點(diǎn) 。 故 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用方案二 。 該方案的優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)成熟，外圍元器件少， 保護(hù)功能較完善 ， 調(diào)試簡(jiǎn)單，便于擴(kuò)功等。 自制穩(wěn)壓電源： 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 三端集成穩(wěn)壓 電源 電路， 選用 LM781 LM7918 三端集成穩(wěn)壓器。 方案選擇 ： 由前面的方案論證得知，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)有兩種方案，一種方案是采用集成電路與分立元件相結(jié)合的方案，另一種是全部采用集成芯片的方案。 為盡可能的降低噪聲影響，減小非線性失真 ，以及考慮到外圍元器件過多會(huì) 給系統(tǒng)引入噪聲等干擾因素造成不利影響 ，本設(shè)計(jì)采用方案二 ：全部采用集成運(yùn)放芯片搭建電路 。 為滿足題目規(guī)定的指標(biāo)要求 , 減小非線性失真 , 提高電路的高頻和低頻特性 , 我們決定在前置放大級(jí)電路中采用集成雙運(yùn)放 NE5532, 在正弦波一方波轉(zhuǎn)換電路中采用集成運(yùn) 放 LF357，在功率放大級(jí)中采用運(yùn)放 LM1875。 第三章 單元模塊設(shè)計(jì) 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)： 波形變換電路： 設(shè)計(jì)電路如 圖 2 所 示， 我們直接采用施密特觸發(fā)器進(jìn)行波形變換與整形，選用高精度、高速運(yùn)算放大器 LF357 構(gòu)成施密特觸發(fā)器。根據(jù)題目要求，變換后的方波要正、負(fù)對(duì)稱，頻率為 1000Hz，上升和下降時(shí)間 ≤ 1us， 電壓的峰 峰值為 200mV。因?yàn)?LF357 屬于 FET 管，具有良 好的匹配性能，輸入阻抗高、低噪聲、漂移小、頻帶寬、響應(yīng)快等特點(diǎn)， 完全可以滿 足技術(shù)指標(biāo)要求。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 0 N ov 20 0 9 S he e t o f