【文章內(nèi)容簡介】 電容C41充放電特性加以改進，實現(xiàn)對電容C41的線性充放電獲得三角波。利用QNQN10和R22構(gòu)成恒流源對C41實現(xiàn)線性充電，利用QNQN8和R23構(gòu)成的恒流源實現(xiàn)對C41的放電。 電容C41上的三角波經(jīng)QN6射極跟隨器輸出。電路中電容C41選用漏電流很低的聚苯乙烯電容。該振蕩器振蕩頻率:2/3Vcc=1/3Vcc+I*T1/C。1/3Vcc=2/3VccI*T2/C。 F=1/(T1+T2)=3I/2Vcc*C。我們要得到一個線性很好、頻率約100KHZ、將其輸入到脈寬調(diào)制比較器的一個輸入端。 圖41 三角波產(chǎn)生電路電路工作原理如下：接通電源瞬間，555芯片的3腳輸出高電平，二極管D3截止，D4 導(dǎo)通，從而 D2 也截止，D1 導(dǎo)通，電源 Vcc 通過 QN9，QN10，R22，D1 對電容C41恒流充電，當C41上電壓達到2/3Vcc時，555 芯片的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即 3腳輸出低電平，D3導(dǎo)通，D4截止，從而D1也截止，D2導(dǎo)通，電容C41通過D2，QN7，QN8，R23恒流放電，直到C41電壓等于1/3Vcc，電容又開始充電，如此循環(huán)，則C41上可以得到線性度良好的三角波，輸出加一級電壓跟隨器，以提高帶負載能力，其仿真波形如圖42所示。 圖42 三角波波形圖②比較器 常規(guī)PWM調(diào)制電路如圖33所示，電路以音頻信號為調(diào)制波，頻率為150kHz的三角波為載波，通過比較器進行比較， 得到幅值相同， 占空比隨音頻幅度變化的脈沖信號。 比較電路采用高速、精密的比較器芯片LM311。由于比較器芯片LM311的輸出級是集電極開路結(jié)構(gòu)，輸出端須加上拉電阻，上拉電阻的阻值采用芯片資料上的推薦阻值1k。其仿真波形如圖44所示。圖43 比較器電路輸入輸出三角波信號PWM信號PWM信號輸入信號三角波輸入圖44脈寬調(diào)制波形 前置放大電路如圖45所示。設(shè)計要求整個功率放大電路的增益從1～20連續(xù)可調(diào)，考慮到設(shè)計要求功率放大單元的電源為單電源+5V，故取載波（三角波）。當功放輸出的最大不失真功率為1W時，其8?負載上等效正弦波的電壓峰峰值為V′pp=8V，此時送給比較器音頻信號的最大峰峰值為Vppmax=2V ，則對應(yīng)的調(diào)制放大增益為4（實際上，功放的最大不失真功率要略大于1W，其電壓增益要略大于4），由于設(shè)計要求電壓放大倍數(shù)1～20連續(xù)可調(diào)，因此必須對輸入的音頻信號進行前置放大，其增益應(yīng)大于5。電路中運算放大器通過低噪聲、高速運放OP37為核心，加上相關(guān)元件構(gòu)成反相比例放大器。選擇反相放大器是為了容易實現(xiàn)輸入電阻Ri≥10kΩ的要求，取V+=VPP/2=,反饋電阻采用R3=51K?,反相端電阻R1=10K?,則前置放大器的最大增益Av為Av=R3/R1=51/10=調(diào)整R3使其Av增益約為8，則整個功放的電壓增益從1～20可調(diào)。圖45 前置放大電路 如圖46所示。將PWM 信號整形變換成互補對稱的輸出驅(qū)動信號，用 CD40106 施密特觸發(fā)器并聯(lián)運用以獲得較大的電流輸出，送給由晶體三極管組成的互補對稱式射極跟隨器驅(qū)動的輸出管，保證了快速驅(qū)動。驅(qū)動電路晶體三極管選用8050和8550對管。 圖46驅(qū)動電路 H橋互補對稱輸出及低通濾波電路H橋互補對稱輸出電路對VMOSFET的要求是導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度快，開啟電壓小。因輸出功率稍大于1W，屬小功率輸出，可選用功率相對較小、輸入電容較小、容易快速驅(qū)動的對管，IRF120和IRF9120 VMOS對管的參數(shù)能夠滿足上述要求，故采用之。實際電路如圖37所示。互補PWM開關(guān)驅(qū)動信號交替開啟Q5和Q8或Q6和Q7，分別經(jīng)兩個4階巴特沃茲濾波器濾波后推動喇叭工作。 圖47 H橋互補對稱輸出及低通濾波電路低通濾波器采用四階巴特沃茲LC濾波電路，如圖37所示。對濾波器的要求是上限頻率≥20 kHz，在通頻帶內(nèi)特性基本平坦。通過實驗，從而得到了一組較佳的參數(shù)：L1=22μH，L2＝47μH，L3=22μH，L4=47H。 dB，可保證20 kHz的上限頻率，且通帶內(nèi)曲線基本平坦；100 kHz、150 kHz處分別下降48 dB、62 dB，完全達到要求。 由于負載兩端的電壓是浮動的，須將此雙極性信號變?yōu)閱螛O性信號，然后才能通過 A/D 和單片機作采樣處理。由于對這部分電路的電源電壓不加限制，可不必采用價格較貴的滿幅運放,故信號變換電路采用低噪聲、高速運算放大器芯片NE5532。題目要求電路增益為1，選取R1＝R2＝R3＝R4＝20 k? ，電路如圖48所示。 圖48信號變換電路信號分壓后先經(jīng)過真有效值轉(zhuǎn)換芯片 AD637，AD637 輸出信號的有效值模擬電平，然后通過A/D采集送到單片機，直接計算功率放大器的輸出功率、效率，然后把計算結(jié)果送顯示單元顯示即可。 真有效值變換電路如圖49所示， 采用美國模擬器件公司(Analog Devices)髙精度真有效值變換芯片AD637，所需外圍元件少，頻帶寬，測量誤差≤177。(＋)，能計算任何復(fù)雜波形的真有效值、平均值、均方根值、絕對值，當輸入信號大于1V時測量信號的頻率上限高達8MHz。圖49真有效值變換電路 保護電路的原理如圖 410所示, 8Ω負載串聯(lián)連接，對 (并完成雙變單變換)。電路由U1B組成的減法放大器完成，選用的運放是NE5532。R6與R7調(diào)整為 11 kΩ，則該放大器的電壓放大倍數(shù)為Av=R0/R7≈51。經(jīng)放大后的音頻信號再通過由DCR10組成的峰值檢波電路，檢出幅度電平，送給由LM393 組成的電壓比較器“+”端 ,比較器的“”端設(shè)置為 ，由R12和穩(wěn)壓管D6 組成，比較器接成遲滯比較方式，一旦過載，即可鎖定狀態(tài)。 正常工作時，=5/(8+)=。經(jīng)放大后輸出的電壓幅值為VimAv=6251≈，檢波后的直流電壓稍小于此值，此時比較器輸出低電平，Q1截止，繼電器不吸合，處于常閉狀態(tài)，5V電源通過常閉觸點送給功放。一旦 8Ω負載端短路或輸出過流，、電壓增大，經(jīng)過電壓放大、峰值檢波后，大于比較器反相端電壓()，則比較器翻轉(zhuǎn)為高電平并自鎖，Q1導(dǎo)通，繼電器吸合，切斷功放 5V電源，使功放得到保護。要解除保護狀態(tài)，需關(guān)斷保護電路電源。 為了防止開機瞬間比較器自鎖，增加了開機延時電路，由R1CDD3組成。D2的作用是保證關(guān)機后C3上的電壓能快速放掉，以保證再開機時C3的起始電壓為零。圖410短路保護電路