1、學 號： 電子綜合實訓題 目音頻功率放大器的設計學 院理學院專 業(yè)光信息科學與技術班 級姓 名指導教師易迎彥2014年1月17日電子綜合實訓任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導老師： 易迎彥 工作單位：武漢理工大學理學院 題目：音頻功率放大器的設計初始條件：直流可調(diào)穩(wěn)壓電源兩臺，數(shù)字示波器一臺，萬用電表一塊，面包板一塊，元器件若干，剪刀、鑷子等必備工具。要求完成的主要任務：（包括電子綜合實訓工作量及其技術要求以及說明書撰寫等具體要求）1、 技術要求：設計一音頻功率放大器；要求輸入信號Vi=10mV，頻率f=1kHz，負載電阻為8時，輸出功率P01W；2、 主要任務：（一）設計方案（1） 按照技術

2、要求，提出自己的設計方案（多種，芯片不限）并進行比較；（2） 以功率放大集成電路和運算放大器為主，設計一種簡易的音頻功率放大器（實現(xiàn)方案主芯片LM386）；（3） 依據(jù)設計方案，進行預答辯；（二）實現(xiàn)方案（4） 根據(jù)設計的實現(xiàn)方案，畫出電路邏輯圖和裝配圖；（5） 查閱資料，確定所需各元器件型號和參數(shù)；（6） 在面包板上組裝電路；（7） 自擬調(diào)整測試方法，并調(diào)試電路使其達到設計指標要求；（8） 撰寫設計說明書，進行答辯。3、 撰寫電子綜合實訓說明書：封面：題目，學院，專業(yè)，班級，姓名，學號，指導教師，日期任務書目錄（自動生成）正文：1、技術指標；2、設計方案及其比較；3、實現(xiàn)方案；4、調(diào)試過程及

3、結(jié)論；5、心得體會；6、參考文獻成績評定表時間安排：電子綜合實訓時間：19周20周19周：明確任務，查閱資料，提出不同的設計方案（包括實現(xiàn)方案）并答辯；20周：按照實現(xiàn)方案進行電路布線并調(diào)試通過；撰寫電子綜合實訓說明書。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或負責老師）簽名： 年 月 日目 錄1. 技術指標12. 設計方案及其比較12.1 方案一22.1.1 前置放大電路的設計22.1.2 功率放大器的設計32.1.3 仿真模擬結(jié)果42.2 方案二62.2.1 前置放大電路的設計62.2.2 功率放大器的設計72.2.3 仿真模擬結(jié)果82.3 方案三102.3.1 前置放大電路的設計102.3.2

4、 功率放大器的設計112.3.3 仿真模擬結(jié)果122.4 方案比較143. 實現(xiàn)方案143.1 實現(xiàn)方案電路圖143.2 實現(xiàn)方案電路原理153.3 實現(xiàn)方案所需元器件163.4 實現(xiàn)方案輸出波形164. 調(diào)試過程及結(jié)論184.1 調(diào)試過程184.2 結(jié)論195. 心得體會196. 參考文獻19音頻功率放大器的設計1. 技術指標設計一音頻功率放大器；要求輸入信號，頻率，負載電阻為8時，輸出功率；2. 設計方案及其比較由于輸入信號較弱，直接放大難以達到技術要求，故需要在功率放大器前加裝一個前置放大電路。大體結(jié)構(gòu)如圖2-1：前置放大電路功率放大電路輸出信號輸入信號圖2-1 電路結(jié)構(gòu)示意圖音頻功率放

5、大器實際上就是對比較小的音頻信號進行放大，使其功率增加，然后輸出。前置放大主要完成對小信號的放大，使用一個同向放大電路對輸入的音頻小信號的電壓進行放大，得到后一級所需要的輸入。后一級的主要對音頻進行功率放大，使其能夠驅(qū)動電阻而得到需要的音頻。設計時首先根據(jù)技術指標要求，對整機電路做出適當安排，確定各級的增益分配，然后對各級電路進行具體的設計。 根據(jù)這兩個公式可得，若后級功率放大器的電壓增益設置為200，則前置放大電路電壓增益至少為，設計中將其數(shù)據(jù)取為2。音頻功率放大器各級增益的分配，前級電路電壓放大倍數(shù)為2；音頻功放的電壓放大倍數(shù)為200。根據(jù)該設計思路及實驗提供器件，我一共設計了三種不同的工

6、作電路，分別采用LF353運算放大器、差分放大電路、射極偏置電路作為前置放大電路，功率放大器均采用以芯片LM386為基礎的電路形式。2.1 方案一方案一基本電路原理圖如圖2-2所示。圖2-2 方案一電路原理圖2.1.1 前置放大電路的設計該方案的前置放大電路是由LF353放大器組成的一級放大電路，放大倍數(shù)為2，即，取,所用電源，。該前置放大電路的原理圖如圖2-3所示。圖2-3 前置放大電路經(jīng)過該級運算放大電路的放大，由可得下一級輸入電壓。2.1.2 功率放大器的設計我們選擇在芯片LM386的1號引腳和8號引腳之間串聯(lián)一個的電容，使其放大系數(shù)為200。原理電路圖如圖2-4所示。圖2-4 后級功率

7、放大器2.1.3 仿真模擬結(jié)果確定了設計思路及參數(shù)后，在軟件Proteus中進行仿真模擬，其波形如圖2-5所示，其輸出電壓及輸出電流如圖2-6所示。圖2-5 波形圖（自上而下依次為輸入信號、一級放大輸出波形、最終輸出波形）圖2-6 輸出電壓及輸出電流通過對輸出電壓及輸出電流的計算可得出，符合技術要求。2.2 方案二方案二基本電路原理圖如圖2-7所示。圖2-7 方案二電路原理圖2.2.1 前置放大電路的設計該方案的前置放大電路由一個差分式放大電路構(gòu)成，放大系數(shù)該前置放大電路的原理圖如圖2-8所示。圖2-8 前置放大電路經(jīng)過該級運算放大電路的放大，由可得下一級輸入電壓。2.2.2 功率放大器的設計

8、我們選擇在芯片LM386的1號引腳和8號引腳之間串聯(lián)一個的電容，使其放大系數(shù)為200。原理電路圖如圖2-9所示。圖2-9 后級功率放大器2.2.3 仿真模擬結(jié)果確定了設計思路及參數(shù)后，在軟件Proteus中進行仿真模擬，其波形如圖2-10所示，其輸出電壓及輸出電流如圖2-11所示。圖2-10 波形圖（自上而下依次為輸入信號、一級放大輸出波形、最終輸出波形）圖2-11 輸出電壓及輸出電流通過輸出波形圖可以看出有一定程度的失真，通過對輸出電壓及輸出電流的計算可得出，符合技術要求。2.3 方案三方案三基本電路原理圖如圖2-12所示。圖2-12 方案三電路原理圖2.3.1 前置放大電路的設計該方案的前

9、置放大電路由一個射極偏置電路構(gòu)成，放大系數(shù)約為2倍。該前置放大電路的原理圖如圖2-13所示。圖2-13 前置放大電路經(jīng)過該級運算放大電路的放大，由可得下一級輸入電壓。2.3.2 功率放大器的設計我們選擇在芯片LM386的1號引腳和8號引腳之間串聯(lián)一個的電容，使其放大系數(shù)為200。原理電路圖如圖2-14所示。圖2-14 后級功率放大器2.3.3 仿真模擬結(jié)果確定了設計思路及參數(shù)后，在軟件Proteus中進行仿真模擬，其波形如圖2-15所示，其輸出電壓及輸出電流如圖2-16所示。圖2-15 波形圖（自上而下依次為輸入信號、一級放大輸出波形、最終輸出波形）圖2-16 輸出電壓及輸出電流通過圖2-15

10、可以看出輸出波形略有失真。通過對輸出電壓及輸出電流的計算可得出，符合技術要求。2.4 方案比較方案一的前置放大電路是采用LF353芯片實現(xiàn)的，其優(yōu)點是失真小、電路結(jié)構(gòu)簡單，使用器件較少，缺點是放大倍數(shù)較小；方案二的前置放大電路是采用差分式放大電路實現(xiàn)的，其優(yōu)點是放大倍數(shù)高，缺點是電路較為復雜，且失真較為嚴重；方案三的前置放大電路是采用射極偏置電路實現(xiàn)的，其優(yōu)點是失真較小，缺點是電路結(jié)構(gòu)較復雜。在不考慮失真和布線難度的前提下，三種方案都能實現(xiàn)規(guī)定的技術指標。綜合考慮，我決定選用線路較為簡單且效果較好的方案一。3. 實現(xiàn)方案3.1 實現(xiàn)方案電路圖實現(xiàn)方案為方案一，電路圖如圖3-1所示，實際布線面包

11、板如圖3-2。圖3-1 實現(xiàn)方案電路圖圖3-2 面包板3.2 實現(xiàn)方案電路原理該方案是由前置放大電路和后級功率放大器組成。其中，前置放大電路的作用是放大較小的輸入信號，增大后級功率放大器的輸入信號，由一個LF353運算放大芯片組成，在芯片8號引腳及4號引腳分別接+12V和-12V的電源，兩個電阻均設置為10K,根據(jù)公式：可得該級放大電路的電壓增益為2，于是我們很容易計算得出：因此后級功率放大器的輸入電壓為20mV。經(jīng)過查閱資料，我得知了幾種芯片LM386的常規(guī)用法，其中，若在其1號引腳及8號引腳間串聯(lián)一個的電容則可使其放大系數(shù)變?yōu)?00。3.3 實現(xiàn)方案所需元器件表3-1 方案所需器件方案所需

12、器件名稱數(shù)量備注直流可調(diào)穩(wěn)壓電源1數(shù)字示波器1萬用表1面包板1鑷子1剪刀1電阻310K兩個，10一個運算放大器1LF353功率放大器1LM386電容410uF兩個，0.1uF一個，220uF一個揚聲器1內(nèi)阻8導線若干3.4 實現(xiàn)方案輸出波形實際測試時的輸入信號波形與一級輸出信號波形對比如圖3-3所示，輸入信號波形與最終輸出信號波形對比如圖3-4所示。圖3-3 輸入波形及一級輸出波形圖3-4 輸入波形及最終輸出波形4. 調(diào)試過程及結(jié)論4.1 調(diào)試過程調(diào)試時間是1月13日下午，我和搭檔帶好提前布好線的面包板和必需器件來到教室進行方案調(diào)試。一開始的調(diào)試過程并不順利，接通輸入信號后輸出端無信號輸出。經(jīng)

13、過檢查發(fā)現(xiàn)是接線問題。重新連接后再次進行調(diào)試，卻發(fā)現(xiàn)最終輸出信號放大倍數(shù)過小，于是我們檢驗了一級輸出信號，發(fā)現(xiàn)并無異常，于是我們斷定問題出在后級功率放大器上。為確定是否為元器件損壞造成的短路，我們用萬用表對電路進行了檢測，并無異常，于是又重新檢驗線路，發(fā)現(xiàn)又是連接錯誤。重新連接后再次接入輸入信號，但是卻發(fā)現(xiàn)開啟電源前輸入信號正常，開啟電源后輸入信號和輸出信號均嚴重失真，揚聲器發(fā)出的聲音尖銳刺耳。在我們百思不得其解時，我們決定對線路進行一次徹底的檢查，最終發(fā)現(xiàn)是接地端出現(xiàn)了問題。修改后又一次進行調(diào)試，卻始終得不到需要的增益倍數(shù)。無奈之下我們只好請教了指導老師，卻發(fā)現(xiàn)原來是因為我們不會使用示波器。

14、掌握了示波器的正確讀取方法后，我們驚喜地發(fā)現(xiàn)我們成功地得到了正確的波形圖，揚聲器也發(fā)出了明亮清脆的噠噠聲。4.2 結(jié)論在誤差允許范圍內(nèi)，實施方案電路運行正常，輸出信號達到了技術要求的指標，說明方案調(diào)試較為成功。5. 心得體會首先，為了這個課題的順利進行，我對模擬電路課程進行了復習，對一些基本電路形式有了更加深刻的印象，還翻閱了大量的參考資料，對LF353及LM386芯片的結(jié)構(gòu)和功能有了較為清晰的認識，也基本掌握了LM386芯片的幾種基本使用方式，可謂是受益匪淺。在這次的課程設計中，我明白了音頻功率放大器的構(gòu)成以及其工作原理，并且深入理解了集成運算放大器的作用，以前只是在書本中學習，現(xiàn)在通過課程

15、設計讓我深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。其次，我認為本次課程設計中，我最大的收獲就是清醒地認識到了細節(jié)的重要性。在調(diào)試過程中多次出現(xiàn)問題，基本都是由于線路連接不認真造成的，還有對示波器的使用不熟練的原因。而這些都屬于細節(jié)問題，在實驗設計中，細節(jié)往往決定成敗，如果細節(jié)做不好就會對整體產(chǎn)生重大影響。通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以往所學的知識。最重要的是對于未知的探索，對錯誤的尋找，這個過程是充滿樂趣和成就感的，在連接電路的過程中，遇到了不少問題，包括原理的理解，實驗電路的設計，以及在電路連接過程中不可避免的與設計思想相違背，不能出現(xiàn)實驗結(jié)果的情況，經(jīng)過對問題的分析及對線路，對實驗器材的進一步調(diào)試，才一步步解決