上海大學(xué) 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 40傾情奉獻(xiàn)

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1、 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 —— 音頻功率放大器的設(shè)計(jì) 上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動(dòng)化系 電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 姓名: 學(xué)號(hào): 指導(dǎo)老師:徐昱琳 2014年6月26日 高保真音頻功率放大器 一：任務(wù)及要求 1.主要技術(shù)指標(biāo) ① 正弦波不失真輸出功率 Po＞5W (f=1kHz,RL=8Ω) ② 電源消耗功率PE＜10W ( Po＞5W ) ③ 輸入信號(hào)幅度 VS=200 ～ 400mV （ f=1kHz ， RL=8? ， Po＞5W ) ④ 輸入電阻 Ri＞10kΩ (

2、f=1kHz ) ⑤ 頻率響應(yīng) BW=50Hz～15kHz 2.課程設(shè)計(jì)要求 ① 用中、小型規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)所要求的電路； ② 在EDA軟件上完成硬件系統(tǒng)功能的仿真； ③ 寫(xiě)出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。 二：方案特點(diǎn) OTL音頻放大電路，局部反饋穩(wěn)定了工作點(diǎn)，總體串聯(lián)電壓負(fù)反饋控制了放大倍數(shù)并提高輸入電阻和展寬頻帶，退耦濾波電容及校正電容是為防止寄生振蕩而設(shè)。 三：結(jié)合結(jié)構(gòu)框圖介紹各組成部分及其工作原理 中間放大級(jí) （推動(dòng)級(jí)） 輸出級(jí) 輸入級(jí) 功率輸出級(jí)：由互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路組成，電路簡(jiǎn)單易行，但由于大功率管β不大，故推動(dòng)級(jí)要求

3、有一定功率。 推動(dòng)級(jí)(中間放大級(jí)）：一般都是共射極放大電路，具有一定的電壓增益。由于推動(dòng)級(jí)電壓幅度與輸出級(jí)相同，通常采用自舉電路來(lái)達(dá)到。 輸入級(jí)：是為了增大開(kāi)環(huán)增益，以便引入深度負(fù)反饋，改進(jìn)電路的各項(xiàng)指標(biāo)。 電路中的二極管D：為了消除交越失真而設(shè) R11是穩(wěn)定功放管靜態(tài)電流用的。 推動(dòng)級(jí)的偏置由功放級(jí)引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋形式進(jìn)行，起穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用。整體交流電壓負(fù)反饋改善放大器各項(xiàng)指標(biāo)。 四：?jiǎn)卧娐吩O(shè)計(jì)與調(diào)試 設(shè)計(jì)計(jì)算工作由后級(jí)逐漸推向前級(jí) 1. 電源電壓的確定 因?yàn)閚=0.8 RL=8Ω Po=5W 所以 2.

4、 功率級(jí)的設(shè)計(jì) 功放管要求： T3 T4選用3DD15 2Z730即可 功率管需推動(dòng)電流： 耦合電容： 取2200/25V 穩(wěn)定電阻：過(guò)大則功率損失太大，過(guò)小溫度穩(wěn)定性不良，故取1Ω2W 3. 推動(dòng)級(jí)設(shè)計(jì) 取

5、 選3DG130即可 消除交越失真選二極管 2CP12(100mA,0.9V) 一般 取 ， 取200 電路中 選 進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)最佳工作點(diǎn) 當(dāng)功放級(jí)達(dá)盡限運(yùn)用時(shí)，推動(dòng)級(jí)也達(dá)盡限運(yùn)用，故推動(dòng)級(jí)基極信號(hào)電流的峰值應(yīng)與靜態(tài)值相等即。由于推動(dòng)級(jí)用的是中功率晶體管，故其輸入電阻為：

6、推動(dòng)級(jí)的負(fù)載電阻可等效為： 其中，為大功率管的輸入電阻，由于乙類(lèi)放大是變化的，不好準(zhǔn)確計(jì)算，故以為的計(jì)算值 故 推動(dòng)級(jí)電壓放大倍數(shù)為 推動(dòng)級(jí)基極推動(dòng)電壓為： 對(duì)信號(hào)的分流為： 上反饋電流的峰值

7、 = 總推動(dòng)信號(hào)交流峰值為： 4. 輸入級(jí)設(shè)計(jì) 由于推動(dòng)級(jí)需要2.85mA的交流推動(dòng)信號(hào)，故輸入級(jí)靜態(tài)電流應(yīng)大于2.85mA。取。推動(dòng)級(jí)所需電壓信號(hào)只0.2V，故輸入級(jí)電壓的配置可較隨便，取為2KΩ，則各降落6V 取為3DX201 取 則

8、 取 取 耦合電容憑經(jīng)驗(yàn)選取 5. 負(fù)反饋設(shè)計(jì) 取 總開(kāi)環(huán)倍數(shù)為： 根據(jù)題意要求： 倍 故 1+ 所以是深度負(fù)反饋 故 取以便于調(diào)試 6. 電路指標(biāo)驗(yàn)算 1） 不失真功率 設(shè)的等大約要損失電源電壓3V，則實(shí)際輸出幅度

9、 2） 電源消耗功率 3） 靈敏度 所以滿(mǎn)足要求 4） 輸入電阻 >10KΩ 符合指標(biāo)要求 頻率響應(yīng)的分析： 低頻響應(yīng)取決于各級(jí)耦合電容及旁路電容，開(kāi)環(huán)選取已考慮足夠大，再加負(fù)反饋已無(wú)問(wèn)題。 高頻響應(yīng)主要由2Z730決定，因它的,，而其他硅NPN晶體管頻率都較高，由于深度負(fù)反

10、饋，故高頻響應(yīng)提高到10KC也無(wú)問(wèn)題。 電容是為了消除電源引線太長(zhǎng)引起的寄生振蕩，通常采用不太大的電容，現(xiàn)取的電容值。 五：總邏輯圖 六：仿真結(jié)果及分析（給出必要的波形、進(jìn)行測(cè)量精度及誤差分析） (1) 靜態(tài)調(diào)試 輸出級(jí)中點(diǎn)電壓 Vo=1/2 Vcc 調(diào)節(jié)W2，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試，當(dāng)Vo=11V時(shí)，Rw2=3.3KΩ （2）動(dòng)態(tài)調(diào)試 j.輸出功率Po 在 f=1kHz，RL=8Ω,輸出波形基本不失真時(shí)，測(cè)出輸出電壓值VO必須大于6.325V ，計(jì)算出輸出功率大于5W 。 調(diào)節(jié)輸入信號(hào)并適當(dāng)調(diào)節(jié)W1的阻值，得下圖所示波形及輸出電壓

11、值 ②.靈敏度測(cè)試 在 f=1kHz，RL=8Ω， Po＞5W時(shí)，測(cè)出VS的值，必須控制在200～400mV之間。 調(diào)試方法：將信號(hào)略減小使輸出保持約6.325伏，測(cè)輸入電壓的值。 下圖為信號(hào)略減小后，輸出保持約6.325V 下圖測(cè)出輸入電壓為319mV ③電源消耗功率 用電流表測(cè)量電源電流，計(jì)算電源消耗的功率。 電源消耗的功率： m. 輸入電阻Ri 在放大器輸入端串一只10k電阻R，保持輸出5W功率(即輸出電壓有效值是6.325V)，分別測(cè)出R1前端電壓

12、值V1和后端電壓值V2，輸入電壓為VS，計(jì)算出輸入電阻。 此時(shí) 輸入信號(hào)VS=630mV 后端電壓V2=6.32V V1=310.1mV 由 故，符合要求。 n.頻率響應(yīng) 在上述情況下增加或降低輸入信號(hào)頻率（幅度不變），輸出電壓隨之下降，當(dāng)其下降到原來(lái)的0.707倍時(shí)，或輸出波形產(chǎn)生明顯失真，記下放大器的上、下限頻率值。 由于本設(shè)計(jì)電路所用的晶體管均為理想三極管，所以頻帶寬為無(wú)窮。 為了測(cè)出上限頻率，將T4的Zero-bias B-C junction capacitance(CC)參數(shù),把原來(lái)的0改為pF

13、級(jí)的電容值（如9e－12）?；蚩稍赥3、T4晶體管的集級(jí)附近加幾個(gè)數(shù)量極為pF的電容，減小其下限頻率及頻帶寬。得到的實(shí)際應(yīng)為下圖： 當(dāng)輸出電壓幅度下降為原來(lái)的0.707倍時(shí)，下限頻率為9.746Hz，上限頻率為9.3150KHz。 七：小結(jié) 1. 遇到的問(wèn)題及解決方法 第一次接觸這么復(fù)雜的設(shè)計(jì)，遇到了很多的問(wèn)題。首先就是預(yù)設(shè)計(jì)感覺(jué)無(wú)從下手，通過(guò)老師給的資料以及PPT，我慢慢梳理出來(lái)預(yù)設(shè)計(jì)的思路，并且耐心的一步步做了出來(lái)。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，資料上也有我看不懂的地方，遇到這些問(wèn)題的時(shí)候，我會(huì)去翻翻模電書(shū)，上網(wǎng)查更多的資料，再不會(huì)就會(huì)去詢(xún)問(wèn)學(xué)長(zhǎng)，最后總能把問(wèn)題解決掉。另一個(gè)很大的

14、問(wèn)題就是仿真，仿真的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，最開(kāi)始我就遇到了萬(wàn)用表沒(méi)有示數(shù)，后面經(jīng)過(guò)仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)是電路圖中有一個(gè)連接點(diǎn)忘記畫(huà)。做動(dòng)態(tài)調(diào)試時(shí)也遇到了很多的問(wèn)題，每次都要認(rèn)真仔細(xì)的檢查，調(diào)試，最后才得出正確的調(diào)試結(jié)果。 2. 收獲與感想 一開(kāi)始我拿到題目感覺(jué)無(wú)從下手，非常的盲目，然后通過(guò)老師給的參考資料以及課堂PPT，漸漸的開(kāi)始能夠梳理出來(lái)思路，從搞清楚原理；到明白設(shè)計(jì)過(guò)程，明確設(shè)計(jì)步驟；再到能夠?qū)懗鲱A(yù)設(shè)計(jì)，畫(huà)出電路圖；最后驗(yàn)證，做仿真實(shí)驗(yàn)。這樣一步步下來(lái)，自己也大體學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)一個(gè)電路要怎么做，做完也非常的有成就感。 在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)電路一定要細(xì)心，每一個(gè)點(diǎn)都不能漏

15、掉，電路圖中任何一個(gè)連接點(diǎn)都至關(guān)重要，不細(xì)心認(rèn)真就會(huì)容易出現(xiàn)差錯(cuò)。這次的設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，讓我學(xué)會(huì)了自己遇到很難又不會(huì)的問(wèn)題如何一步步去解決，自己認(rèn)為不可能做到的事情，其實(shí)從開(kāi)頭認(rèn)真研究學(xué)習(xí)，總可以慢慢進(jìn)行下去，最后能夠得到一個(gè)還算滿(mǎn)意的結(jié)果。 課程設(shè)計(jì)讓我把課堂上學(xué)到的或者是書(shū)上出現(xiàn)但原來(lái)并不太在意的知識(shí)，應(yīng)用到實(shí)際中去，不僅可以鞏固所學(xué)到的知識(shí)，而且加強(qiáng)了自己的探索能力，以及對(duì)知識(shí)的靈活應(yīng)用。通過(guò)本次的設(shè)計(jì)，我受益匪淺。 3. 建議與展望 希望這個(gè)課程能夠多一點(diǎn)答疑，或者是網(wǎng)上的在線答疑，有的問(wèn)題實(shí)在是資料也找不到，同學(xué)也不會(huì)，容易在一些問(wèn)題上造成一知半解。也希望以后這樣的設(shè)計(jì)多一些。