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1、实用低频功率放大器设计 实用低频功率放大器的设计I-摘要本课题介绍制作具有小信号放大能力的低频功率放大器，主要介绍其基本原理、内容、技术线路等。本系统是基于(IC)NE5532，(IC)LM1875设计而成的一种低频小信号功率放大器，由直流稳压电源，电压放大级电路，功率放大级电路，带阻滤波电路及数据采集显示模块五部分组成。其主要功能是将10Hz-50KHz的低频小信号放大，当输出功率大于5W时波形无明显失真，并将系统的输出功率，直流电源的供给功率和整机效率实时地显示出来。本设计具有低功耗，性价比高，稳定性好，应用广泛等优点。关键词 ： 功率放大 集成块NE5532 集成块LM1875 集成块A
2、D736 单片机AT89S52 AbstractThis task introduce how to make one of bass frequency power amplifier, which can blow up puny signal, and the amplifiers basic principle, content and the technology.This bass frequency power amplifier is based upon the Integrated block NE5532 and the Integrated block LM1875.
3、It contains five segments such as the voltage-stabilized source, the voltage_ blowup circuit, the power-blowup circuit, the BEF circuit, the data_ collection and data-disposal circuit and so on.This bass frequency power amplifiers mostly function is blow up the bass frequency puny signal, which has
4、from 50Hz to 50KHz channel. The wave has no evident distortion, when the output-power has overed 5W. This design require display the systems output-power, the DCs purvey power and the whole enginery s efficiency momentarily .This design has a large number of advantages, such as lowness power, the go
5、od capability and the right price, the upstanding stability, the far-ranging application and so on.Keywords: Power Blowup (IC) NE5532 (IC)LM1875 (IC)AD736 MCU AT89S52 目录摘要IAbstractII目录III前言11、设计分析及技术指针21.1设计分析21.2设计技术指标22.系统设计方案32.1方案一32.2方案二43.方案设计63.1低频小信号功率放大器电路的框图63.2低频小信号功率放大器电路原理图63.3电路内部各框图的工
6、作原理73.3.1 15V +5V稳压电源电路各框图的工作原理73.3.2 波形变换电路模块的工作原理83.3.3 前置运放电路模块的工作原理93.3.4 功放电路模块的工作原理93.3.5 滤波电路模块的工作原理103.3.6 数据采集电路模块的工作原理103.3.7 保护电路模块的工作原理114.各单元电路的设计134.1前置运放电路的设计134.1.1方案一：采用运算放大器构成的前置放大电路144.1.2方案二：采用专用前置放大器IC构成的前置放大电路164.2 功率放大器电路设计174.2.1采用分立元件构成的低频功率放大器电路184.2.2采用集成功放构成的低频功率放大器电路224.
7、3 波形变换电路的设计264.4 滤波电路的设计284.5 数据采集中AC真有效值采集处理电路的设计314.6 稳压电源电路的设计344.6.1 220交流电源的变压电路的设计344.6.2 整流电路的设计354.6.3 滤波电路的设计364.7 显示电路的设计375.软件设计406.测试结果分析41结论42致谢43参考文献44附件45前言低频功率放大器不仅仅是消费产品（音响）中不可缺少的设备，还广泛应用于控制系统和测量系统中。低频功率放大器是一个技术已经非常成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论是从线路技术还是元器件方面，乃至思想认识上都取得了长足的进步。尽管目前市场上功放的价
8、格已经很低，但少则几百，多则几千元的价格还是让人有些不舍，本文给出一种简单实用，制作成本低廉的低频功率放大器的设计方案，并给出测试结果，给音响发烧友提供一种实用方案。功率放大可以由分离组件组成，也可以由集成电路完成由分离元器件组成的功放，如果电路选择的好，参数设置恰当，组件性能优越，制作调试的好，则性能会高于较好的集成运放，但是从性价比方面，本文选择集成运放来制作。因此本论文的设计，注重的是与实际相结合，有一定的实用性，是现代低频小信号放大器设计的一大发展趋势。1、设计分析及技术指针1.1设计分析本设计的任务是设计并制作一个低频小信号功率放大器。随着集成电路的发展，移动电话，数字媒体技术，平面
9、电视，便挟式数字化产品对低频功放提出体积小，效率高等要求。数字化D类功率放大器（工作在极快开关状态，产生很大的di/dt和du/dt，这些都是产生电磁干扰）成为了市场主流，但是，对于音频功率放大器电路的设计制作还是基于NE5532（IC）的甲乙类低功耗，高效率低频功率放大器为主流，同时采用甲乙类功率放大器电路设计也符合设计要求。1.2设计技术指标（1）当输入正弦信号电压有效值为5mV时（本系统的正弦信号电压有效值范围5mV-700mV），在8电阻负载（一端接地）上，输出功率5W，输出波形无明显失真；（2）通频带为10Hz50kHz；（3）输出噪声电压有效值V0N5mV；（4）尽可能提高功率放大
10、器的整机效率；（5）具有测量并显示低频功率放大器输出功率(正弦信号输入时)、直流电源的供给功率和整机效率的功能，测量精度优于5%；（6）设计一个带阻滤波器，阻带频率范围为4060Hz。在50Hz频率点输出功率衰减6db。2.系统设计方案2.1方案一D类功率放大器：尽管通过改进的线性功率放大器的效率可以达到 70.2%，但是要想使不失真的效率超过75% 几乎是不可能的，更不用谈80% 以上的效率。其根本原因是，输出级的晶体管需要吸收电源电压与输出电压之间的电压差值，因此，输出功率以外的剩余输入功率将全部消耗在输出级的晶体管中。如果想达到80% 以上的效率，对于音频功率放大器而言，必须要改变放大器
11、的线性工作状态，而采用开关模式，使输出级的晶体管仅仅工作在开关状态，即不是彻底导通就是彻底关断，不再工作在放大区。D类音频功率放大器工作在开关状态，需要将输入的模拟信号转换成为脉冲信号，并用这个信号控制输出级开关管的导通与关断。所获得的脉冲信号还需要还原成模拟信号，可以通过低通滤波器实现，从调制角度，可以认为将模拟信号转换成脉冲信号为调制。同样将脉冲信号还原成模拟信号则可认为是解调。这样，D类功率放大器就可以用调制、脉冲放大、解调3个环节来描述，其框图如 图2.1所示。图2.1 D类音频功率放大器 如图2.1所示，图中的调制环节由三角波发生电路和脉冲宽度调制（PWM调制）电路构成。2.2方案二
12、 提高功率放大器效率的基本方法：影响功率放大器的主要因素：功率放大器输出级的最小工作电压（类似于现行稳压电路的输出调整管的最小输入/输出电压差）和B类功率放大器所固有的效率。如果需要保持功率放大器工作在线性状态，提高功率放大器效率的主要方法是降低功率放大器输出级的最小工作电压。随着MOS技术进入线性集成电路领域，以及全新的输出级的电路结构，使线性放大器输出电压幅度可以接近电源电压幅度，即满幅度输出放大器 (rail-to-rail)。对于集成功率放大器而言，如果输出电压幅度可以达到电源电压幅度，则满功率的效率就可以接近纯B类放大器的效率，如TPA0152的满功率效率可以达到70.2%，相对50
13、%更接近78.5%。基本上达到了线性放大器的最优境界。综合对比分析方案一和方案二：如果直接采用集成D类音频功率放大器就可以非常方便地实现实体的目标。5V供电时8欧姆的满功率输出可以达到1W。但是目前，D类音频功率放大器还不能够彻底取代线性音频功率放大器，其主要原因是由于输出级工作在极快的开关状态，产生很大的di/dt和du/dt，这些都是产生电磁干扰的主要原因之一；产生前列电磁干扰的另一个原因是D类饮品功率放大器的功率级引线的寄生电感和输出电感的电磁效应，功率级引线的“天线”效应将产生比较强烈的空间电磁场干扰。所以本设计任然采用线性音频功率放大器电路，原理框图如图2.2所示。 如图2.2所示，
14、方案二同样经过前置和功率放大后接负载，不同的是采用真有效值测量芯片AD736效转换后，经过采样经过单片机 图2.2方案图驱动液晶显示器显示出来，实现输出电压的显示。相比两个方案，方案一虽然电路简单，但测量值没有方案二精准，误差略大，经过分析比较，最后选取方案二。3.方案设计 3.1低频小信号功率放大器电路的框图 框图由波形变换、前置放大、功率放大、滤波电路、稳压电源、数据采集处理、显示及保护电路等单元组成。如图3.1所示。 图3.1低频小信号功率放大器电路的框图3.2低频小信号功率放大器电路原理图见附图1、附图2：原件清单见附表1：3.3电路内部各框图的工作原理3.3.1 15V +5V稳压电
15、源电路各框图的工作原理（1）220V交流电源变压该电路的设计是采用带有抽头的变压器，一般的电子设备所需的直流电压较之交流电网提供的220V电压相差较大，为了得到输出电压的合适范围，就需要将电网电压转换到合适的数值。所以，电压变换部分的主要任务是将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。因此，就要通过变压器将220V的交流电源经过变压器降到大约十几伏左右的交流电源。（2）整流电路该电路的设计采用的是桥式整流电路，该电路的作用是将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。由于这种电压存在着很大的脉动成份（称为纹波），因此一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。所
