音频功率放大器的设计.docx
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音频功率放大器的设计
学号：
电子综合实训
题目
音频功率放大器的设计
学院
理学院
专业
光信息科学与技术
班级
姓名
指导教师
易迎彦
2014
年
1
月
17
日
电子综合实训任务书
学生姓名：
专业班级：
指导老师：
易迎彦工作单位：
武汉理工大学理学院
题目：
音频功率放大器的设计
初始条件：
直流可调稳压电源两台，数字示波器一台，万用电表一块，面包板一块，元器件若干，剪刀、镊子等必备工具。
要求完成的主要任务：
（包括电子综合实训工作量及其技术要求以及说明书撰写等具体要求）
1、技术要求：
设计一音频功率放大器；要求输入信号Vi=10mV，频率f=1kHz，负载电阻为8Ω时，输出功率P0≥1W；
2、主要任务：
（一）设计方案
（1）按照技术要求，提出自己的设计方案（多种，芯片不限）并进行比较；
（2）以功率放大集成电路和运算放大器为主，设计一种简易的音频功率放大器（实现方案主芯片LM386）；
（3）依据设计方案，进行预答辩；
（二）实现方案
（4）根据设计的实现方案，画出电路逻辑图和装配图；
（5）查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；
（6）在面包板上组装电路；
（7）自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求；
（8）撰写设计说明书，进行答辩。
3、撰写电子综合实训说明书：
封面：
题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期
任务书
目录（自动生成）
正文：
1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案；
4、调试过程及结论；5、心得体会；6、参考文献
成绩评定表
时间安排：
电子综合实训时间：
19周－20周
19周：
明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩；
20周：
按照实现方案进行电路布线并调试通过；撰写电子综合实训说明书。
指导教师签名：
年月日
系主任（或负责老师）签名：
年月日
音频功率放大器的设计
1.技术指标
设计一音频功率放大器；要求输入信号
，频率
，负载电阻为8Ω时，输出功率
；
2.设计方案及其比较
由于输入信号较弱，直接放大难以达到技术要求，故需要在功率放大器前加装一个前置放大电路。
大体结构如图2-1：
图2-1电路结构示意图
音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。
前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。
后一级的主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。
设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。
根据这两个公式可得，若后级功率放大器的电压增益设置为200，则前置放大电路电压增益至少为
，设计中将其数据取为2。
音频功率放大器各级增益的分配，前级电路电压放大倍数为2；音频功放的电压放大倍数为200。
根据该设计思路及实验提供器件，我一共设计了三种不同的工作电路，分别采用LF353运算放大器、差分放大电路、射极偏置电路作为前置放大电路，功率放大器均采用以芯片LM386为基础的电路形式。
2.1方案一
方案一基本电路原理图如图2-2所示。
图2-2方案一电路原理图
2.1.1前置放大电路的设计
该方案的前置放大电路是由LF353放大器组成的一级放大电路，放大倍数为2，即
，取
所用电源
，
。
该前置放大电路的原理图如图2-3所示。
图2-3前置放大电路
经过该级运算放大电路的放大，由
可得下一级输入电压
。
2.1.2功率放大器的设计
我们选择在芯片LM386的1号引脚和8号引脚之间串联一个
的电容，使其放大系数为200。
原理电路图如图2-4所示。
图2-4后级功率放大器
2.1.3仿真模拟结果
确定了设计思路及参数后，在软件Proteus中进行仿真模拟，其波形如图2-5所示，其输出电压及输出电流如图2-6所示。
图2-5波形图
（自上而下依次为输入信号、一级放大输出波形、最终输出波形）
图2-6输出电压及输出电流
通过对输出电压及输出电流的计算可得出
，符合技术要求。
2.2方案二
方案二基本电路原理图如图2-7所示。
图2-7方案二电路原理图
2.2.1前置放大电路的设计
该方案的前置放大电路由一个差分式放大电路构成，放大系数该前置放大电路的原理图如图2-8所示。
图2-8前置放大电路
经过该级运算放大电路的放大，由
可得下一级输入电压
。
2.2.2功率放大器的设计
我们选择在芯片LM386的1号引脚和8号引脚之间串联一个
的电容，使其放大系数为200。
原理电路图如图2-9所示。
图2-9后级功率放大器
2.2.3仿真模拟结果
确定了设计思路及参数后，在软件Proteus中进行仿真模拟，其波形如图2-10所示，其输出电压及输出电流如图2-11所示。
图2-10波形图
（自上而下依次为输入信号、一级放大输出波形、最终输出波形）
图2-11输出电压及输出电流
通过输出波形图可以看出有一定程度的失真，通过对输出电压及输出电流的计算可得出
，符合技术要求。
2.3方案三
方案三基本电路原理图如图2-12所示。
图2-12方案三电路原理图
2.3.1前置放大电路的设计
该方案的前置放大电路由一个射极偏置电路构成，放大系数约为2倍。
该前置放大电路的原理图如图2-13所示。
图2-13前置放大电路
经过该级运算放大电路的放大，由
可得下一级输入电压
。
2.3.2功率放大器的设计
我们选择在芯片LM386的1号引脚和8号引脚之间串联一个
的电容，使其放大系数为200。
原理电路图如图2-14所示。
图2-14后级功率放大器
2.3.3仿真模拟结果
确定了设计思路及参数后，在软件Proteus中进行仿真模拟，其波形如图2-15所示，其输出电压及输出电流如图2-16所示。
图2-15波形图
（自上而下依次为输入信号、一级放大输出波形、最终输出波形）
图2-16输出电压及输出电流
通过图2-15可以看出输出波形略有失真。
通过对输出电压及输出电流的计算可得出
，符合技术要求。
2.4方案比较
方案一的前置放大电路是采用LF353芯片实现的，其优点是失真小、电路结构简单，使用器件较少，缺点是放大倍数较小；方案二的前置放大电路是采用差分式放大电路实现的，其优点是放大倍数高，缺点是电路较为复杂，且失真较为严重；方案三的前置放大电路是采用射极偏置电路实现的，其优点是失真较小，缺点是电路结构较复杂。
在不考虑失真和布线难度的前提下，三种方案都能实现规定的技术指标。
综合考虑，我决定选用线路较为简单且效果较好的方案一。
3.实现方案
3.1实现方案电路图
实现方案为方案一，电路图如图3-1所示，实际布线面包板如图3-2。
图3-1实现方案电路图
图3-2面包板
3.2实现方案电路原理
该方案是由前置放大电路和后级功率放大器组成。
其中，前置放大电路的作用是放大较小的输入信号，增大后级功率放大器的输入信号，由一个LF353运算放大芯片组成，在芯片8号引脚及4号引脚分别接+12V和-12V的电源，两个电阻均设置为10KΩ,根据公式：
可得该级放大电路的电压增益为2，于是我们很容易计算得出：
因此后级功率放大器的输入电压为20mV。
经过查阅资料，我得知了几种芯片LM386的常规用法，其中，若在其1号引脚及8号引脚间串联一个
的电容则可使其放大系数变为200。
3.3实现方案所需元器件
表3-1方案所需器件
方案所需器件
名称
数量
备注
直流可调稳压电源
1
数字示波器
1
万用表
1
面包板
1
镊子
1
剪刀
1
电阻
3
10KΩ两个，10Ω一个
运算放大器
1
LF353
功率放大器
1
LM386
电容
4
10uF两个，0.1uF一个，220uF一个
扬声器
1
内阻8Ω
导线
若干
3.4实现方案输出波形
实际测试时的输入信号波形与一级输出信号波形对比如图3-3所示，输入信号波形与最终输出信号波形对比如图3-4所示。
图3-3输入波形及一级输出波形
图3-4输入波形及最终输出波形
4.调试过程及结论
4.1调试过程
调试时间是1月13日下午，我和搭档带好提前布好线的面包板和必需器件来到教室进行方案调试。
一开始的调试过程并不顺利，接通输入信号后输出端无信号输出。
经过检查发现是接线问题。
重新连接后再次进行调试，却发现最终输出信号放大倍数过小，于是我们检验了一级输出信号，发现并无异常，于是我们断定问题出在后级功率放大器上。
为确定是否为元器件损坏造成的短路，我们用万用表对电路进行了检测，并无异常，于是又重新检验线路，发现又是连接错误。
重新连接后再次接入输入信号，但是却发现开启电源前输入信号正常，开启电源后输入信号和输出信号均严重失真，扬声器发出的声音尖锐刺耳。
在我们百思不得其解时，我们决定对线路进行一次彻底的检查，最终发现是接地端出现了问题。
修改后又一次进行调试，却始终得不到需要的增益倍数。
无奈之下我们只好请教了指导老师，却发现原来是因为我们不会使用示波器。
掌握了示波器的正确读取方法后，我们惊喜地发现我们成功地得到了正确的波形图，扬声器也发出了明亮清脆的哒哒声。
4.2结论
在误差允许范围内，实施方案电路运行正常，输出信号达到了技术要求的指标，说明方案调试较为成功。
5.心得体会
首先，为了这个课题的顺利进行，我对模拟电路课程进行了复习，对一些基本电路形式有了更加深刻的印象，还翻阅了大量的参考资料，对LF353及LM386芯片的结构和功能有了较为清晰的认识，也基本掌握了LM386芯片的几种基本使用方式，可谓是受益匪浅。
在这次的课程设计中，我明白了音频功率放大器的构成以及其工作原理，并且深入理解了集成运算放大器的作用，以前只是在书本中学习，现在通过课程设计让我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。
其次，我认为本次课程设计中，我最大的收获就是清醒地认识到了细节的重要性。
在调试过程中多次出现问题，基本都是由于线路连接不认真造成的，还有对示波器的使用不熟练的原因。
而这些都属于细节问题，在实验设计中，细节往往决定成败，如果细节做不好就会对整体产生重大影响。
通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以往所学的知识。
最重要的是对于未知的探索，对错误的寻找，这个过程是充满乐趣和成就感的，在连接电路的过程中，遇到了不少问题，包括原理的理解，实验电路的设计，以及在电路连接过程中不可避免的与设计思想相违背，不能出现实验结果的情况，经过对问题的分析及对线路，对实验器材的进一步调试，才一步步解决问题，并最终得出实验结果。
在实践中理解了书本上的知识的同时，明白了学习的东西要用于实际中。
经过这次课程设计，我懂得了知识是一个长期积累，不断加深的过程，也明白了同学之间互相帮助的重要性，虽然在课设的过程中遇到了很多问题，但是请教老师，同学及查找资料最终都将问题解决了，我体会到了创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
6.参考文献
[1]吴友宇.模拟电子技术基础（第一版）.北京：
清华大学出版社，2009.
[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）.北京：
高等教育出版社，2009.
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