放大电路的设计.doc

1.设计要求及技术指标：
（1）已知条件
语音放大电路由“前置放大器”、“有源带通滤波器”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成。如图所示，用适当的参数调整来实现本实验的要求。
扬声器
有源滤波器
功率放大器
前置放大器
输入信号

→ → → →
（2）技术要求：设计具有弱信号放大能力的低频功率放大器，在正弦信号输入电压幅度为5～100mV，等效负载RL=8Ω条件下，放大器应满足：
（1）额定输出功率POR≥5W;
（2）带宽fbw≥20～2000 Hz;
（3）在POR下和fbw内非线性失真系数≤3%;
（4）在前置放大级输入端交流短接时,RL上的交流声功率≤10mW.
2. 要求
(1)选取单元电路及元件
根据设计要求和已知条件，确定前置放大电路、有源带通滤波电路、功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的元件参数。
(2)置放大电路的组装与调试
测量置放大电路的差模电压增益AUd、共模电压增益AUc、共模抑制比KCMR、带宽BW、输入电压Ri等各项技术指标，并与设计要求值行比较。
(3)带通滤波电路的组装与调试
测量有源带通滤波电路的差模电压增益AUd、带通BW，并与设计要求进行比较。
(4)功率放大电路的组装与调试
测量功率放大电路的最大不失真输出功率Pomax、电源供给功率P??DC、输出效率η、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。
(5)整体电路的联调与试听
(6)应用Multisim软件对电路进行仿真分析
3、原理与参考电路
１） 前置放大电路及Multisim仿真
前置放大电路可以采用差分放大电路经改进来实现，也可以采用集成运放构成测量用小信号放大电路。
在测量用的放大电路中，一般传感器送来的直流或低频信号，经放大后多用单端方式传输。典型情况下，信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，共模噪声可能高达几伏。放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的问题。因此前置放大电路应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。
本次试验采用同相比例运算电路作为前置放大电路，同相运算电路如下图：

２） 有源滤波电路及Multisim仿真
有源滤波电路是用有源器件与RC网络组成的滤波电路。
有源滤波电路的种类有低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）、带阻（BEF）滤波器，本实验着重讨论典型的二阶有源滤波器。
在满足LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率的条件下，把相同元件压控电压源滤波器的LPF和HPF串接起来可以实现Butteworth通带响应。用该方法构成的带通滤波器的通带较宽，通带截止频率易于调整，因此多用作测量信号噪声比（S/N）的音频带通滤波器。

３） 功率放大电路及Multisim仿真
功率放大的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，转换功率尽可能高。非线性失真尽可能小。
功率放大电路的电路形式很多，有双电源供电的OCL互补对称功放电路，单电源供电的OTL功放电路，BTL桥式推挽功放电路和变压器耦合功放电路等。在本次设计过程中，采用了五端集成功放。
五端集成功放：TDA200X系列包括TDA2002/TDA2003（或D2002/D2003/D2030或MPC2002H等）为单片集成功放器件。其性能优良，功能齐全，并附有各种保护，消噪声电路，外接元件大大减少，仅有五个引出脚（端），易于安装、调试，因此也称为五端集成功效。集成功放基本都工作在接近乙类（B类）的甲乙类（AB类）状态，静态电流大都在10~50mA以内，因此静态功耗很小，但动态功耗很大，且随输出的变化而变化。五端功放的内部等效电路，主要技术指标与引脚图可参见集成电路有关手册。

4.整体电路图

5、各参数计算
（1）前置放大电路
Av=Uo/Ui=(1+R2/R1)=(1+400/10)=41
缺陷与不足：虽然同相比例运算电路具有高输入电阻、低输出电阻的优点，但因为集成运放有共模输入，所以为了提高运算精度，应当选用高共模抑制比的集成运放。从另一角度看，在对电路进行误差分析时，应特别注意共模信号的影响。
由于电路过于简单，不能对电路的整体增益进行合理的调节，而且反馈电路中没有电容，不能控制由于电路温度升高而引起的温度飘逸，误差较大；而且在电路中无串联电容使得电压稳定性不好，而且进入滤波电路的直流分量过大，引起噪声过大
（2）有源滤波电路

低通滤波器：令R3=R4=4kΩ,C1=C2=,则
fp==2000Hz，Q=
Au=(1+R2/R1)
高通滤波器：令R7=R8=4kΩ,C3=C4=,则
fp==20Hz ，Q=,Auf=1+R6/R5
Au=Auf*
缺陷不足：电路基本符合要求，但是反馈电路中没有电容，不能控制温度漂移，R3与R4应该换成滑动变阻器，便于调节电路中的电流。
（3）功率放大电路

扬声器RL=8，选择晶体管时UCEO>2VCC,ICM>,PCM>；
POM===5W
6.安装调试与性能测试
调试电路
（1）前置放大电路的调试：静态调试：调零和消除自激振荡。
动态调试：在输入端输入电压Uid，测量输出电压Uod1，观测于记录输出电压与输入电压的波形，算出放大倍数Av。
（2）有源带通滤波器的调试：静态调试：调零和消除自激振荡 动态调试：调节输入信号的频率，使输出电压达到不失真的最大值。记录此时的电压值和频率。不断改变输入信号的频率，（变大和变小），当电压的幅度为最大值的倍时，分别记录此时的频率，即为上限截止频率和下限截止频率。由此计算通频带。
（3）功率放大电路的调试：
a静态调试：集成输入对地短路，观察输出有无振荡，如有振荡，采取消振措施以消除振荡。
b功率参数测试
（1）测量最大输出功率
输入 f=1kHz的正弦输入信号，并逐渐加大输入电压幅值直至输出电压的波形出现临界削波时，测量此时RL两端输出电压的最大值或有效值，则
（2）测量电源供给的平均功率近似认为电源供给整个电路的功率即为，所以在测试的同时，只要在供电回路串入一只直流电流表测出直流电源提供的平均电流，即可求出。
此平均电流也就是静态电源电流。
（3）计算效率
（4）计算电压增益
（5）系统联调：
经过以上对各级电路的局部调试后，可扩大到整个系统的联调。
① 令输入信号Ui=0，（前置级对输入短路），测量输出的直流输出电压。
② 输入f=1kHz的正弦信号，改变Ui的幅值，用示波器观察输出电压Uo波形变化的情况，记录输出电压Uo最大不失真幅度所对应的输入电压Ui的变化范围。
③ 输入Ui为一定值的正弦信号（在Uo不失真范围内取值），改变输入信号的频率，观察Uo的幅值变化情况，记录Uo下降到之内的频率变化范围。
④ 计算总的电压增益 Au3=Uo/Ui3。
（6）电路测量
分别测量所要求的数据：
a. 前置放大器的电压放大倍数Au=41
b. 测量带通滤波器的通频带BW=20Hz-2000Hz
(7)系统调节
经过以上对各级放大电路的局部调试之后，可以逐步扩大到整个系统的联调。
（1）令输入信号=0，测量输出的直流输出电压。
（2）输入=1kHz的正弦信号，改变幅值，用示波器观察输出电压波形的变化
情况，记录输出电压最大不失真幅度所对应的输入电压的变化范围。
（3）输入为一定值的正弦信号，改变输入信号的频率，观的幅值变化情况，记录下降到之内的频率变化范围。
（4）计算总的电压放大倍数

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7.设计感想和体会
通过本次课程设计，学到了很多东西，知道了一些芯片的用途，加深了对基本运算电路、有源滤波电路的理解，及功率放大器的作用和各参数的计算方法,明白了该如何设计一个语音放大电路及设计过程中应注意的方面和所需要的元件。知道了该如何应用Multisim这个软件。