【正文】 3V4U2N E 55 3 21 2J?C O N 2C?4 .7 u F123J?C O N 3+C?1 0u F+ C?4 7u F+C?1 0u F+ C?4 7u FR?1MR 1 81KR 1 72 2K 1 5 V+ 15 V+ 15 V 1 5 VR?33R?1M+ C?1 0u FR?33C?0 .1 u FC?0 .0 1 uFC?0 .1 u FC?0 .0 1 uF+C?4 7u F+C?4 7u F+C?4 7u F+ C?4 7u FC?0 .1 u FC?0 .0 1 uFC?0 .1 u FC?0 .0 1 uFC?1 uFC?1 uFP or tP or t實用低頻功率放大器設(shè)計 16 方案二：采用專用前置放大器 IC 構(gòu)成的前置放大電路 目前有很多性能優(yōu)越的專用低頻前置放大器 (IC)，如日本夏普公司的 IR3R1 IR3R16，工作電壓分別是 和 8V 單電源，閉環(huán)增益均為 45db，頻帶 BW =30Hz ～ 20KHz，在輸出峰值 UOM = 時失真系數(shù) γ ≤ 1%； NEC 公司的 upc1228H， Vcc =10V,閉環(huán)增益為40db， BW =30Hz ～ 20KHz, UOM = 2V 時，失真系數(shù) γ ≤ 1%；富士通公司的 MB3105， Vcc =，閉環(huán)增益為 42db， BW =30Hz ～ 20KHz， UOM = 2V 時，失真系數(shù) γ ≤ 1%；對于 MB3106， Vcc =6V，閉環(huán)增益為 42db， BW =30Hz ～ 20KHz, UOM = 時，失真系數(shù) γ ≤ 1%。 如圖 所示，一個采用兩級 NE5532(IC)構(gòu)成的前置放大電路，各級均采用固定增益加輸出衰減組成，要求當(dāng)各級輸出不衰減，輸入 = 5mV 時，輸出 ≥ 。 C C4 為耦合電容，為了保證低頻響應(yīng)，要求其容抗遠(yuǎn)小于放大器的輸入電阻。 圖 4. 1 采用同相放 大電路構(gòu)成前置放大器電路 為了盡可能保證不失真的放大，圖 中采用兩級運(yùn)算放大器電路 A1 和 A2，每級放大器的增益取決于 R R2 和 R R4，即 121 1 RRAV ?? 342 1 RRAV ?? 由上述分析可知，低頻功率放大器的總增益為 68db，兩級前置放大器的增益安排在 50db 左右比較合適，每級增益在 25db 左右，以保 證充分發(fā) 揮每級的線性放大性能并滿足帶寬要求，從而保證不失真，即達(dá)到高保真放大質(zhì)量。 實用低頻功率放大器設(shè)計 14 方案一：采用運(yùn)算放大器構(gòu)成的前置放大電路 設(shè)計前置放大級時可供選用的集成運(yùn)算放大器很多，如 National Semiconductor 公司的 LF34 LF35 LF357， Precision Monolithics 公司的 OP1 OP37,Sigics 公司的 NE553 NE5534 等。 為方便增益 可調(diào) ，可使功放 級 （包括功率管和直接推 動 功率管的 運(yùn) 放）增益固定，且必 須 小于 AMIN， 故增益取 20db。低 頻 功率放大器用 來 提供 5W 以上的 輸 出功率； 波形變換電路將 正弦信 號電壓轉(zhuǎn)換 成 規(guī) 定的方波信 號電壓 ；用 來測試放 大器的 時 域的特性指 標(biāo) ； 穩(wěn)壓電 源 為 功放 電 路和波形 變換電 路提供 穩(wěn) 定的直流 電源； 數(shù) 據(jù)采集 處 理 電 路和 顯示 電路 為實時 地 顯 示功率放大器的 轉(zhuǎn)換 效率。 C8 是 為 了吸收 個別 尖峰 脈沖 起 濾 波作用， Rw3 用于設(shè)定保護(hù)電壓 。 這 可以防止功率放大器在上電瞬間 因 電壓 建立不平衡而引起的 開 機(jī)沖擊 損 壞 負(fù)載 和功放。 The voltage input to the ADC is expressed by the equation： )()( M I NM A XXZfsIN DDDVVV ??? VIN=Input voltage into the ADC Vfs=Fullscale voltage VZ=Zero voltage DX=Data point being measured 實用低頻功率放大器設(shè)計 11DMAX=Maximum data limit DMIN=Minimum data limit (1)這種 A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號上疊加的噪聲電壓十分敏感，在實際應(yīng)用中，通常需要對輸入的模擬信號線進(jìn)行濾波，然后才能輸入 A/D轉(zhuǎn)換器中處理。可以采用真有效值 轉(zhuǎn)換 技 術(shù) ，即不是通 過 平均折算而是直接 將交流信 號 的有效值按比例 轉(zhuǎn)換為 直流信 號 。 濾波電路模塊的工作原理 由回 轉(zhuǎn) 器構(gòu)成的 BEF:一種利用由回 轉(zhuǎn) 器和 電 容器所 產(chǎn) 生的串 聯(lián)諧振電 路。對于放大電路的基本要求是： (1) 輸出功率要大。 功放電路模塊的工作原理 在實用電路中 ,往往要求放大電路的末級輸出一定的功率以驅(qū)動負(fù)載。 為 了 盡 可能的降低 TR， TF 以及 過沖 量，必 須選用頻帶 足 夠?qū)挼?放大器 來進(jìn) 行 波形變換 。如果要一個網(wǎng)絡(luò)不失真的傳輸這個脈沖，它就必須有足夠的帶寬。從而也就使得該電路具有一定的自我調(diào)節(jié)能力 ,能夠隨著輸入電壓的波動自動調(diào)節(jié)輸出電壓 VO,保持 VO 的穩(wěn)定。 （ 4）穩(wěn)壓電路 該部分電路的設(shè)計采用的是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路 ,盡管經(jīng)過整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基 本穩(wěn)定。所以 變壓后的交流電源經(jīng)過橋式整流電路整流后得到的是含有脈動的直流電源。所以，電壓變換部分的主要任務(wù)是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷?，同時還可以起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。 實用低頻功率放大器設(shè)計 6 低頻小信號功率放大器電路的框圖 框圖 由 波形變換 、前置放大、功率放大、 濾 波 電 路、 穩(wěn)壓電 源、 數(shù)據(jù)采集 處 理、 顯 示及保 護(hù)電 路等 單 元 組 成。但是目前， D 類音頻功率放大器還不能夠徹底取代線性音頻功率放大器，其主要原因是由于輸出級工作在極快的開關(guān)狀態(tài)，產(chǎn)生很大的 di/dt 和 du/dt，這些都是產(chǎn)生電磁干擾的主要原因之一；產(chǎn)生前列電磁干擾的另一個原因是 D 類飲品功率放大器的功率級引線的寄生電感和輸出電感的電磁效應(yīng)，功率級引線的“天線”效應(yīng)將產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的空間電磁場干擾。對于集成功率放大器而言，如果輸出電壓幅度可以達(dá)到電源電壓幅度，則滿功率的效率就可以接近純 B 類放大器的效率，如TPA0152 的滿功率效率可以達(dá)到 %，相對 50%更接近 %。 圖 D 類音頻功率放大器 如圖 所示，圖中的調(diào)制環(huán)節(jié)由三角波發(fā)生電路和脈沖寬度調(diào)制（ PWM 調(diào)制）電路構(gòu)成。 D 類音頻功率放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，需要將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成為脈沖信號，并用這個信號控制輸出級開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。在 50Hz頻率點輸出功率衰減≥ 6db。 實用低頻功率放大器設(shè)計 2 設(shè)計分析及技術(shù)指針 設(shè)計分析 本設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計并制作一個低頻小信號功率放大器。低頻功率放大器是一個技術(shù)已經(jīng)非常成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無論是從線路技術(shù)還是元器件方面，乃至思想認(rèn)識上都取得了長足的進(jìn)步。其主要功能是將 10Hz50KHz 的低頻小信號放大，當(dāng)輸出功率大于 5W 時波形無明顯失真，并將系統(tǒng)的輸出功率，直流電源的供給功率和整 機(jī)效率實時地顯示出來。本系統(tǒng)是基于 (IC)NE5532，(IC)LM1875 設(shè)計而成的一種低頻小信號功率放大器，由直流穩(wěn)壓電源，電壓放大級電路，功率放大級電路，帶阻濾波電路及數(shù)據(jù)采集顯示模塊五部分組成。15V +5V 穩(wěn)壓電源電路各框 圖的工作原理 ........................ 7 波形變換電路模塊的工作原理 ................................................ 8 前置運(yùn)放電路模塊的工作原理 ................................................ 9 功放電路模塊的工作原理 ........................................................ 9 濾波電路模塊的工作原理 ...................................................... 10 數(shù)據(jù)采集電路模塊的工作原理 .............................................. 10 保 護(hù)電路模塊的工作原理 ...................................................... 11 ................................................................................... 13 前置運(yùn)放電路的設(shè)計 ..................................................................... 13 方案一：采用運(yùn)算放大器構(gòu)成的前置放大電路 ................... 14 方案二：采用專用前置放大器 IC 構(gòu)成的前置放大電路 ..... 16 功率放大器電路設(shè)計 .................................................................... 17 采用分立元件構(gòu)成的低頻功率放大器電路 ........................... 18 采用集成功放構(gòu)成的低頻功率放大器電路 ........................... 22 波形變換電路的設(shè)計 .................................................................... 26 濾波電路的設(shè)計 ............................................................................ 28 實用低頻功率放大器設(shè)計 IV 數(shù)據(jù)采集中 AC 真有效值采集處理電路的設(shè)計 ......................... 31 穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計 .................................................................... 34 220 交流電源的變壓電路的設(shè)計 ......................................... 34 整流電路的設(shè)計 ...................................................................... 35 濾波電路的設(shè)計 ...................................................................... 36 顯示電路的設(shè)計 ............................................................................ 37 ................................................................................................... 40 ........................................................................................... 41 結(jié)論 .............................................................................................................. 42 致謝 .............................................................................................................. 43 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................... 43 附件 ................................