实用的低频功率放大器设计.pdf
幻灯片 1低频功率放大器设计低频功率放大器设计第二届全国大学生电子设计竞赛第二届全国大学生电子设计竞赛一、任务一、任务设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。其原理示意图如下：设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。其原理示意图如下：幻灯片 2二、设计要求二、设计要求1.1.基本要求基本要求（1 1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5 5700700）mVmV，等效负载电阻，等效负载电阻RLRL为为8 8 下，放下，放大通道应满足：大通道应满足：额定输出功率额定输出功率PORPOR10W10W；带宽带宽BWBW（50501000010000）HzHz；在在PORPOR下和下和BWBW内的非线性失真系数内的非线性失真系数 3%3%；在在PORPOR下的效率下的效率 55%55%；在前置放大级输入端交流短接到地时，在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8RL=8 上的交流声功率上的交流声功率 10mW10mW。（2 2）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。幻灯片 32 2发挥部分发挥部分（1 1）放大器的时间响应）放大器的时间响应 方波产生：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波：频率为方波产生：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波：频率为1000Hz1000Hz、上升时间、上升时间 1 1 s s、峰、峰-峰值电压为峰值电压为200mVpp200mVpp。用上述方波激励放大通道时，在用上述方波激励放大通道时，在 RL=8RL=8 下，放大通道应满足：下，放大通道应满足：额定输出功率额定输出功率PORPOR10W10W；带宽；带宽BWBW（50501000010000）HzHz；在在PORPOR下输出波形上升时间和下降时间下输出波形上升时间和下降时间 1212 s s；在在PORPOR下输出波形顶部斜降下输出波形顶部斜降 2%2%；在在PORPOR下输出波形过冲量下输出波形过冲量 5%5%。（2 2）放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展（例如提高效率、减小非线性失真等）放大通道性能指标的提高和实用功能的扩展（例如提高效率、减小非线性失真等）。幻灯片 4三、评分意见三、评分意见基本要求项 目设计与总结报告：方案设计与论证，理论计算与分析，电路图，测试方法与数据，结果分析实际制作完成情况发挥部分完成第一项完成第二项特色与创新得 分5050201020幻灯片 5四、主要技术指标分析四、主要技术指标分析基本要求部分的技术指标分析基本要求部分的技术指标分析功率放大器的输入信号电压功率放大器的输入信号电压 ViVi 由信号源提供由信号源提供 5mV700mV5mV700mV 的正弦波，的正弦波，输出电压信号输出电压信号 VoVo 从从8 8的等效负载电阻上获得。额定输出功率的等效负载电阻上获得。额定输出功率 PoPo10W10W，这项指标说明在输入信号，这项指标说明在输入信号 5mV5mV 700mV700mV的范围内，均以的范围内，均以 PoPo10W10W 的满功率不失真输出，即小信号输入和大信号输入时，都要求满的满功率不失真输出，即小信号输入和大信号输入时，都要求满功率不失真输出，因此，要求放大器的增益是可以调节的。功率不失真输出，因此，要求放大器的增益是可以调节的。幻灯片 6四、主要技术指标分析四、主要技术指标分析(2)(2)功率放大器的带宽功率放大器的带宽BWBW50Hz10KHz50Hz10KHz。该指标指出了功率放大器的工作频率范围，通常。该指标指出了功率放大器的工作频率范围，通常用用3dB3dB带宽表示，带宽表示，是指放大器的电压增益下降是指放大器的电压增益下降 3dB3dB时所对应的频率，时所对应的频率，即最低频率即最低频率fLfL50Hz50Hz，最高频率最高频率fHfH10KHz10KHz。(3)(3)功率放大器在额定输出功率功率放大器在额定输出功率 PoPo和和BWBW内，非线性失真系数内，非线性失真系数 3%3%。这项技术指标指出经。这项技术指标指出经过功率放大器放大后的正弦波的非线性失真所容许的范围，只要信号是经过线性放大，一过功率放大器放大后的正弦波的非线性失真所容许的范围，只要信号是经过线性放大，一般都能够满足般都能够满足 3%3%的要求，否则，要对信号的非线性失真进行改善。的要求，否则，要对信号的非线性失真进行改善。幻灯片 7四、主要技术指标分析四、主要技术指标分析（4 4）在在 PoPo 下的效率下的效率55%55%。这项指标说明功率放大器输出功率的转换效率，通常用输出。这项指标说明功率放大器输出功率的转换效率，通常用输出功率与电源消耗的总功率之比值来表示，即：功率与电源消耗的总功率之比值来表示，即：=Po/PDC=Po/PDC。55%55%说明功率放大器的功率说明功率放大器的功率输出级只能工作在甲乙类或者乙类，不能工作在甲类，因为甲类功率放大器的效率最高也输出级只能工作在甲乙类或者乙类，不能工作在甲类，因为甲类功率放大器的效率最高也不能超过不能超过 50%50%。（5 5）当前置放大级的输入端交流短接到地时，）当前置放大级的输入端交流短接到地时，RL=8RL=8上的交流声功率上的交流声功率10mW10mW。这项指标是。这项指标是指在没有信号输入时，放大器输出的噪声功率，即要求前置放大级的输入端引入的噪声越指在没有信号输入时，放大器输出的噪声功率，即要求前置放大级的输入端引入的噪声越小越好。小越好。幻灯片 82.2.发挥部分的技术指标分析发挥部分的技术指标分析（1 1）设计制作满足本设计要求的稳压电源。这需要根据所设计的具体电路来决定稳压电设计制作满足本设计要求的稳压电源。这需要根据所设计的具体电路来决定稳压电源的输出电压和输出功率。源的输出电压和输出功率。（2 2）放大器的时间响应：因为方波的上升和下降时间可以反映放大器的时间响应。故要放大器的时间响应：因为方波的上升和下降时间可以反映放大器的时间响应。故要求方波产生电路能将正弦波变换成正负极性对称的方波，且方波的输出端还要进行限幅，求方波产生电路能将正弦波变换成正负极性对称的方波，且方波的输出端还要进行限幅，使其电压峰峰值为使其电压峰峰值为 200mV200mV。幻灯片 9五、电路设计五、电路设计设计思路：逐步分析已知条件和未知因素之间的关系。如在本课题中，输入信号的设计思路：逐步分析已知条件和未知因素之间的关系。如在本课题中，输入信号的大小和输出功率是已知的，但它们之间传输通道信号的大小是未知的，需要逐一求出。可大小和输出功率是已知的，但它们之间传输通道信号的大小是未知的，需要逐一求出。可以按照从前置放大级到功率放大级的顺序逐一设计计算，也可以从功率放大级到前置放大以按照从前置放大级到功率放大级的顺序逐一设计计算，也可以从功率放大级到前置放大级的顺序设计计算。下面以后者为例进行设计。级的顺序设计计算。下面以后者为例进行设计。功率放大级电路设计功率放大级电路设计当功率放大器以当功率放大器以 PoPo10W10W 的满功率不失真输出时，输出电压的幅度为的满功率不失真输出时，输出电压的幅度为为留有充分余地，取为留有充分余地，取 VOP=14VVOP=14V。由此可以计算功率放大器的总电压增益。由此可以计算功率放大器的总电压增益 AV AV，即，即 AV =VOP/VIP=14V/5mV=2800 AV =VOP/VIP=14V/5mV=2800用分贝表示，用分贝表示，AV =20lg AV =20lg（VOP/VIPVOP/VIP）=68.9dB=68.9dBVOP2PR 2108V 12.6V幻灯片 10如何将这如何将这 28002800 倍的总电压增益比较合理地分配给前置放大级和功率放大级，这是倍的总电压增益比较合理地分配给前置放大级和功率放大级，这是设计中很关键的一步，这与所选用的器件、电路类型以及实际经验都有关系。通常功率放设计中很关键的一步，这与所选用的器件、电路类型以及实际经验都有关系。通常功率放大级的电压增益不能太大，因为这一级的信号比其它级的信号要大很多，增益太大容易引大级的电压增益不能太大，因为这一级的信号比其它级的信号要大很多，增益太大容易引起自激，一般取十几倍。可以暂取起自激，一般取十几倍。可以暂取 1010 倍进行计算，以后再通过实验电路进行调整。这样，倍进行计算，以后再通过实验电路进行调整。这样，前置放大级的电压增益就为前置放大级的电压增益就为 280280 倍。电压增益分配如图所示。倍。电压增益分配如图所示。1.4VVOP=14V功率放大级增益=10 倍VIP=5mV前置放大级增益=280 倍幻灯片 11功率放大级电路可直接选用集成功率放大器，如功率放大级电路可直接选用集成功率放大器，如TDA2030ATDA2030A，TDA1521TDA1521，STK4191STK4191 等芯片，完等芯片，完全满足本课题要求；也可以选用分离元件来组成。二者各有其特点：集成功率放大电路的全满足本课题要求；也可以选用分离元件来组成。二者各有其特点：集成功率放大电路的调节比较简单，但进行级联时，如果要对整机的性能进行改善，靠集成功率放大级的调节调节比较简单，但进行级联时，如果要对整机的性能进行改善，靠集成功率放大级的调节往往达不到目的；而由分离元件组成的功率放大器，虽然电路的调节比较繁琐，但可以通往往达不到目的；而由分离元件组成的功率放大器，虽然电路的调节比较繁琐，但可以通过功率放大级的调节改善整体的性能。因此我们选用了由分离元件晶体管组成的功率放大过功率放大级的调节改善整体的性能。因此我们选用了由分离元件晶体管组成的功率放大电路，如图所示。电路，如图所示。幻灯片 12VCCVCC18VQ62N3055R327kR42.2kR52.7kR8180Q32N5401C210pFR16390kQ42SD667D21N4001R120.5FUViR1100C11.0uFR227kQ1Q22N2222 2N2222R71.0kR612kD11N4001D514VR155K _LIN50%Key=AC310pFR1027kR1750%D31N4001R11200R130.5D41N4001RL8.R1410K _LINKey=A50%Q7MJ29551K _LINKey=AR94.7kQ52SB647VEEVEE-18V幻灯片 13电路中，电路中，Q1,Q2Q1,Q2 组成差分放大器，组成差分放大器，如果电路的参数完全对称，如果电路的参数完全对称，则电路具有很高的共模抑制比，则电路具有很高的共模抑制比，可以克服由温度变化引起的静态工作点的漂移。晶体管可以克服由温度变化引起的静态工作点的漂移。晶体管Q3Q3 组成电压放大器，为末级功率放组成电压放大器，为末级功率放大电路提供驱动电压。晶体管大电路提供驱动电压。晶体管 Q4,Q5,Q6,Q7Q4,Q5,Q6,Q7 组成末级功率放大电路，输出端为互补对称的组成末级功率放大电路，输出端为互补对称的OCLOCL 电路。这三级之间采用直接耦合，并引入直流负反馈，电压增益由反馈电阻决定，即：电路。这三级之间采用直接耦合，并引入直流负反馈，电压增益由反馈电阻决定，即：AV=R10/R7 AV=R10/R7反馈支路并联电容反馈支路并联电容 C3C3 可以减小高频自激。可以减小高频自激。幻灯片 14(1)(1)末级功率放大电路末级功率放大电路课题的技术要求：在额定功率下，输出的正弦波信号的非线性失真系数课题的技术要求：在额定功率下，输出的正弦波信号的非线性失真系数3%3%，效率，效率 55%55%，所以末级功率放大电路工作在甲乙类比较好。因为工作在甲类状态，虽然非线性失真系数所以末级功率放大电路工作在甲乙类比较好。因为工作在甲类状态，虽然非线性失真系数比较小，但效率较低，一般小于比较小，但效率较低，一般小于50%50%，如果工作在乙类状态，虽然效率较高，但输出波形容，如果工作在乙类状态，虽然效率较高，但输出波形容易产生交越失真，达不到非线性失真系数易产生交越失真，达不到非线性失真系数3%3%的要求。图中的要求。图中3 3 只二极管只二极管 D2,D3,D4D2,D3,D4 和电位器和电位器R17R17是用来调整电路的工作状态的。是用来调整电路的工作状态的。静态时，静态时，调节电位器调节电位器R17R17，使使Q4,Q5Q4,Q5基极间的电压为基极间的电压为2.8V,2.8V,即近似等于晶体管即近似等于晶体管 Q4,Q5,Q6,Q7Q4,Q5,Q6,Q7 的的 bebe 结电压之和。结电压之和。晶体管晶体管 Q4,Q5,Q6,Q7Q4,Q5,Q6,Q7 静态时处于微导通静态时处于微导通状态，输出端对地电压应为状态，输出端对地电压应为 0V0V，从而可克服交越失真。，从而可克服交越失真。幻灯片 15采用双电源供电，因为输出电压幅度为采用双电源供电，因为输出电压幅度为 14V14V，则，则 VCC14V,VCC14V,为留有余地，选为留有余地，选+VCC=+18V,-VEE=-18V.+VCC=+18V,-VEE=-18V.功率输出晶体管功率输出晶体管 Q6,Q7Q6,Q7 选用大功率互补对称的晶体管选用大功率互补对称的晶体管 2N30552N3055 和和 MJ2955.MJ2955.其特征频率其特征频率fTfT 10MHz,10MHz,耗散功率耗散功率 PcPc 20W,20W,选选 b50.b50.驱动管驱动管 Q4,Q5Q4,Q5 也是一对互补对称的晶体管，也是一对互补对称的晶体管，其特征频率其特征频率 fTfT 100MHz,100MHz,耗散功率耗散功率 PcPc 500mW,500mW,选选 b80.b80.幻灯片 16（2 2）电压放大电路）电压放大电路电压放大电路给末级功放提供驱动电压，由晶体管电压放大电路给末级功放提供驱动电压，由晶体管 Q3Q3 构成；静态工作点由电阻构成；静态工作点由电阻 R4,R8,R9R4,R8,R9决定，取集电极电流决定，取集电极电流 IC3IC3 为为 6mA6mA 左右。电容左右。电容 C2C2 是高频电压负反馈支路，防止高频自激。是高频电压负反馈支路，防止高频自激。（3 3）差分放大器电路）差分放大器电路差分放大器电路由晶体管差分放大器电路由晶体管 Q1,Q2Q1,Q2 构成。选择差分放大器电路作为功率放大级的前级，主要构成。选择差分放大器电路作为功率放大级的前级，主要是为了提高电路的抗干扰能力是为了提高电路的抗干扰能力。电路的静态工作点由电阻电路的静态工作点由电阻 R2,R6,R2,R6,电位器电位器 R14,R15R14,R15 等决定，等决定，差分对管的集电极电流通常取差分对管的集电极电流通常取 1mA1mA 左右。左右。幻灯片 172.2.前置放大电路的设计前置放大电路的设计前置放大电路的主要功能是将前置放大电路的主要功能是将 5mV700mV5mV700mV 的输入信号不失真地放大到功率放大级所需的的输入信号不失真地放大到功率放大级所需的1.4V1.4V 输入信号，因此，需要解决两个问题：一是本级输入信号，因此，需要解决两个问题：一是本级 280280 倍的电压放大倍数和带宽倍的电压放大倍数和带宽 BWBW 50Hz10KHz50Hz10KHz 的矛盾；二是对的矛盾；二是对 5mV700mV5mV700mV 范围内的信号，都只能放大到范围内的信号，都只能放大到 1.4V,1.4V,以满足额定输以满足额定输出功率出功率 PoPo 10W10W 的要求。对于前者，可以采用两级放大电路，因为放大器的增益带宽积是的要求。对于前者，可以采用两级放大电路，因为放大器的增益带宽积是一个常数，每级的增益减小，带宽就可以提高。对于后者，可以设计一个音量控制电路或一个常数，每级的增益减小，带宽就可以提高。对于后者，可以设计一个音量控制电路或自动增益控制电路，使功放级的输入信号控制在自动增益控制电路，使功放级的输入信号控制在1.4V1.4V 左右。根据以上思路，设计的前置放左右。根据以上思路，设计的前置放大器电路如图所示。大器电路如图所示。幻灯片 18R2J2R1Key=A2R6200kJ1R1050%R524150k4NE 5532PA1110k38NE 5532PA21C110uF-POL10k3R310k0100K _LINKey=CLM339R710k00R410k08R8A3R968k5K _LIN50%Key=B0Vo1幻灯片 19其中其中 NE5532NE5532 是一个双运放集成运算放大器，可以用来构成是一个双运放集成运算放大器，可以用来构成A1,A2A1,A2 两级放大电路，其主要性两级放大电路，其主要性能参数如下：能参数如下：增益带宽积增益带宽积 10MHz,10MHz,转换速率转换速率 9V/uS,9V/uS,共模抑制比共模抑制比 100dB,100dB,输入电阻输入电阻 300K300K设前置放大器设前置放大器 A1A1 的增益为的增益为 AV1=R2/R1=150K/10K=15 AV1=R2/R1=150K/10K=15对于幅度为对于幅度为 5mV700mV5mV700mV 输入信号，输入信号，A1A1 输出幅度为输出幅度为 75mV10.5V.75mV10.5V.选电源电压选电源电压+Vcc=+12V,-VEE=-12V.+Vcc=+12V,-VEE=-12V.第二级放大器第二级放大器 A2A2 的输入信号的大小由音量控制电位器的输入信号的大小由音量控制电位器R10R10 进行控进行控制制.设设 A2A2 的增益为的增益为 AV2=R6/R5=200K/10K=20 AV2=R6/R5=200K/10K=20对于对于 75mV75mV 的信号，的信号，不经过电位器不经过电位器 R10R10 的衰减，的衰减，直接由直接由 A2A2 放大至放大至 1.5V1.5V；对于大于对于大于 75mV75mV 的信的信号，则调节音量控制电位器号，则调节音量控制电位器 R10R10 先进行衰减后再进行放大，使得经先进行衰减后再进行放大，使得经 A2A2 放大后的信号也为放大后的信号也为1.5V1.5V，以满足功率放大级输出额定功率，以满足功率放大级输出额定功率 PoPo10W10W 的要求。的要求。幻灯片 203.3.方波发生器电路的设计方波发生器电路的设计方波发生器电路的功能：方波发生器电路的功能：一是要将信号源输出的一是要将信号源输出的 1000Hz1000Hz 正弦波变为正、正弦波变为正、负极性对称的方波，负极性对称的方波，且且 VP-P=200mV;VP-P=200mV;二是方波信号要经过放大通道进行放大，使输出达到额定功率二是方波信号要经过放大通道进行放大，使输出达到额定功率 PORPOR10W10W。此外，还要满足方波波形参数的要求。此外，还要满足方波波形参数的要求。首先从方波的波形参数考虑，首先从方波的波形参数考虑，选用快速比较器选用快速比较器 LM339LM339 或或 LM139LM139 组成一个过零比较器，组成一个过零比较器，如图中的如图中的 A3A3 所示，其上升沿和下降沿的时间均小于所示，其上升沿和下降沿的时间均小于 0.5uS,A30.5uS,A3 的同相端接的同相端接 A1A1 放大后的正放大后的正弦信号，反相端接地，实现过零比较。弦信号，反相端接地，实现过零比较。A3A3 的输出为的输出为12V12V 的对称方波。经电阻的对称方波。经电阻 R8,R9R8,R9 分压分压后的输出信号后的输出信号 Vo1Vo1 的峰峰值为的峰峰值为 200mV200mV。再将开关。再将开关 J1J1 置于置于 2 2 处，方波信号处，方波信号 Vo1Vo1 经过放大通道经过放大通道进行放大，使输出达到额定功率进行放大，使输出达到额定功率 PORPOR10W10W。幻灯片 214.4.稳压电源设计稳压电源设计根据以上设计的前置放大电路和功率放大电路的要求，需要稳压电源输出两种直流根据以上设计的前置放大电路和功率放大电路的要求，需要稳压电源输出两种直流电压。电压。即前置放大级的即前置放大级的12V12V 电压和功率放大级的电压和功率放大级的18V18V 电压。电压。12V12V 电压可选用三端集成电压可选用三端集成稳压电路稳压电路 LM7812LM7812 和和 LM7912LM7912 芯片直接输出，芯片直接输出，18V18V 电压可以选用可调三端集成稳压电路电压可以选用可调三端集成稳压电路LM317LM317 和和 LM337LM337。其性能参数为：输出电压调节范围。其性能参数为：输出电压调节范围 1.2V37V,1.2V37V,最大输出电流最大输出电流 1.5A,1.5A,最小输最小输入输出压差为入输出压差为 3V3V，最大输入输出压差为，最大输入输出压差为 40V40V。直流稳压电路如图所示。直流稳压电路如图所示。幻灯片 22U1LM317HR32201N40014700uF-POL241+18VU3LM7812CT+12VU5LM7805CT+5V4D2C9330nFC11100nFC13100nFC1C2T1C5100nF4700uF-POLR15K_LINKey=A50%C710uF-POLD133N246C3C44700uF-POL 4700uF-POLC6100nFR25K_LINKey=A50%R4220C810uF-POLD31N4001C12100nFC10330nFU2LM337H-18VU4LM7912CT-12V稳压电源电路图稳压电源电路图幻灯片 23可调三端稳压器的输出电压为：可调三端稳压器的输出电压为：Vo=1.25(1+R1/R3)Vo=1.25(1+R1/R3)一般一般 R3R3 取取 200200左右，若取左右，若取 220220，Vo=18VVo=18V，则，则 R1R1 约为约为 3K3K，取，取 5K5K精密电位器。精密电位器。电源变压器的参数计算如下：电源变压器的参数计算如下：稳压电源消耗的直流功率为稳压电源消耗的直流功率为 PDC=Po/PDC=Po/式中稳压电源的输出功率式中稳压电源的输出功率 PoPo 应大于功率放大器的额定输出功率应大于功率放大器的额定输出功率 10W,10W,取取 Po=15W,Po=15W,效率效率=65%=65%，则电源消耗的直流功率则电源消耗的直流功率 PDC=Po/PDC=Po/=15W/0.65=23W,=15W/0.65=23W,通常电源变压器的功率要大于电源通常电源变压器的功率要大于电源消耗的直流功率，为留有充分余地，电源变压器的功率取消耗的直流功率，为留有充分余地，电源变压器的功率取 40W40W。幻灯片 24变压器副边的电压变压器副边的电压 V2V2 计算如下：计算如下：设设 LM317LM317 的压差为的压差为 3V3V，则，则 LM317LM317 的输入端的电压为的输入端的电压为 21V21V，若取二极管桥式整流器的，若取二极管桥式整流器的系数为系数为 1.11.1，则变压器的副边电压，则变压器的副边电压 V221V/1.1=19 V,V221V/1.1=19 V,取取 20V.20V.由以上分析计算，可选用一个功率为由以上分析计算，可选用一个功率为40W,40W,输入为输入为 220V220V，输出为，输出为2 2 路路 20V20V 的电源变压的电源变压器，也可以自制。器，也可以自制。12V12V 的电压可以由的电压可以由 LM317LM317，LM337LM337 输出的输出的18V18V 电压获得，即将电压获得，即将LM7812LM7812，LM7912LM7912 接接18V18V 的输出，的输出，因数字音量控制和电平指示电路需要因数字音量控制和电平指示电路需要+5V+5V 的电压供电，的电压供电，所以还要将所以还要将+12V+12V 的输的输出接一片出接一片 LM7805LM7805。幻灯片 255.5.数字音量控制和电平指示电路设计数字音量控制和电平指示电路设计为了满足输入信号的幅度在为了满足输入信号的幅度在 5mV700mV5mV700mV 的范围内，功率输出级的输出功率的范围内，功率输出级的输出功率 PORPOR10W10W 的额定功率的要求，在前置放大级的第二级的额定功率的要求，在前置放大级的第二级 A2A2 的输入端采用电位器对放大信号进行衰的输入端采用电位器对放大信号进行衰减。如果电位器不是处在最大的衰减位置，而输入信号又比较大，则这时功率放大器的输减。如果电位器不是处在最大的衰减位置，而输入信号又比较大，则这时功率放大器的输出功率会远大于额定功率，很有可能损坏功率放大器。为了避免这种情况的出现，设计一出功率会远大于额定功率，很有可能损坏功率放大器。为了避免这种情况的出现，设计一个数字音量控制电路，如图所示。个数字音量控制电路，如图所示。幻灯片 26VCCR13100kQVCCIC4R4R1210k3VCCR110kS122uFC3R1122k3274LS009 15103 13125 147IC6A168DISGND555TRIG2ViC1R210kTHR1CVolt5S2C60.1C50.110uFR31kRSTCLKU/DCINPEP3P2P1P0IC6A312IC1 4516COUTQ3Q2Q1Q0R41k74LS00IC6A7214116374LS0021R51kIC5A132R61k274LS0074LS001213IC5AVo1C7IC6A374LS00VCCRP110K10uFIC5AR71kIC21314151215246111097X0X1X2X3X4X5X6X7INHABCVEEX1C810uF3IC31234051VCC4563274LS0012IC5A374LS00D1D215141312111097D3D4D5D6D7D8R141KR81kR91kY0Y1Y2Y374LS138Y4E1Y5E2Y6E3Y7ABCR10500C210uFVCC数字音量控制电路数字音量控制电路幻灯片 27电路中，电路中，CD4051CD4051 是一个是一个 8 8 选选 1 1 的模拟开关，的模拟开关，CD4516CD4516 是一个是一个 4 4 位十六进制异步可逆计数器，位十六进制异步可逆计数器，由由 555555 组成单稳态电路，产生计数脉冲，脉冲宽度组成单稳态电路，产生计数脉冲，脉冲宽度 tp=1.1R13C5=0.1S tp=1.1R13C5=0.1S电路的工作原理是：接通电源，由电路的工作原理是：接通电源，由 C3,R11C3,R11 组成的置数电路给计数器组成的置数电路给计数器 CD4516CD4516 置数，其输出置数，其输出Q2Q1Q0=000,Q2Q1Q0=000,则则8 8选选1 1开关开关CD4051CD4051 接通接通I/O0,I/O0,这时输入信号经过电阻网络最大的衰减后再由这时输入信号经过电阻网络最大的衰减后再由CD4051CD4051 的的 I/OI/O 端输出，从而避免了因输入信号较大而损坏功率放大器的情况。端输出，从而避免了因输入信号较大而损坏功率放大器的情况。CD4051CD4051 的输的输出信号经耦合电容出信号经耦合电容 C4C4 和电位器和电位器 RP1RP1 进一步调节后使输出保持进一步调节后使输出保持 Vo1=75mVVo1=75mV 左右，再送前置放左右，再送前置放大器第二级大器第二级 A2A2 的输入端。的输入端。幻灯片 28输入信号输入信号 ViVi 来自前置放大器第一级来自前置放大器第一级 A1A1 的输出，的输出，ViVi 的范围为的范围为 75mV10.5V.75mV10.5V.当当 ViVi 为为 75mV75mV 时，时，调节计数脉冲，使计数器的输出调节计数脉冲，使计数器的输出 Q2Q1Q0=111,Q2Q1Q0=111,则则 CD4051CD4051 接通接通 I/O7,I/O7,输出输出 Vo1=75mV;Vo1=75mV;当当Vi=10.5V,Vi=10.5V,使计数器的输出使计数器的输出 Q2Q1Q0=000,Q2Q1Q0=000,则则 CD4051CD4051 接通接通 I/O0,I/O0,输出为（输出为（10.5/7.5)10.5/7.5)0.5=700mV,0.5=700mV,再调节再调节 RP1RP1 使使 Vo1=75mV.Vo1=75mV.由此可见，由此可见，对于对于 7mV10.5V7mV10.5V 范围内的输入信号，范围内的输入信号，经过数经过数字音量控制电路后均变为字音量控制电路后均变为 75mV75mV 左右，从而满足了额定输出功率的要求。左右，从而满足了额定输出功率的要求。幻灯片 29电平指示电路是功率放大器的功能扩展电路。在音量控制电路中，只要增加一只电平指示电路是功率放大器的功能扩展电路。在音量控制电路中，只要增加一只74LS13874LS138译码器和译码器和 8 8 只发光二极管就可以实现电平指示功能，如图所示，因为计数器的输出只发光二极管就可以实现电平指示功能，如图所示，因为计数器的输出 Q2Q1Q0Q2Q1Q0的状态与的状态与 CD4051CD4051 的输入信号的输入信号 ViVi 的大小是一一对应的，所以，的大小是一一对应的，所以，74LS13874LS138 译码器的输出也与译码器的输出也与ViVi 的大小相对应，则的大小相对应，则 8 8 只发光二极管可以将只发光二极管可以将 ViVi 分成分成 8 8 级进行显示。级进行显示。R141KD1IC3123Y0Y1Y2Y374L S138Y4E1Y5E2Y6E3Y7ABC15141312111097D3D4D5D6D7D8D2VCC456幻灯片 306.6.电路的安装与调试电路的安装与调试功率放大电路的安装方法是，将整机分成功率放大电路的安装方法是，将整机分成4 4 个电路板，即前置放大电路板、功率放个电路板，即前置放大电路板、功率放大电路板、数字音量控制电路板和稳压电源电路板。各个电路板之间用排线进行连接。每大电路板、数字音量控制电路板和稳压电源电路板。各个电路板之间用排线进行连接。每块电路板都可以制成印刷电路板，也可以采用通用的电路板上进行焊接。需要注意的是，块电路板都可以制成印刷电路板，也可以采用通用的电路板上进行焊接。需要注意的是，功率放大电路板的末级输出晶体管一定要安装特制散热片，三端稳压器上也要安装散热片。功率放大电路板的末级输出晶体管一定要安装特制散热片，三端稳压器上也要安装散热片。幻灯片 31功率放大器的电路调试方法是：先调试各个电路板的静态工作点和性能参数，再功率放大器的电路调试方法是：先调试各个电路板的静态工作点和性能参数，再逐级级联，进行整机联调。逐级级联，进行整机联调。为了给功率放大器提供电压，首先应该调试稳压电源。注意调节电位器为了给功率放大器提供电压，首先应该调试稳压电源。注意调节电位器R1R1、R2R2 使使LM317LM317、LM337LM337 的输出电压为的输出电压为18V.18V.需要注意的是，滤波电容的极性不能接反，电容的耐压需要注意的是，滤波电容的极性不能接反，电容的耐压值要大于电源电压值。只要值要大于电源电压值。只要18V18V 输出正常，输出正常，12V12V，5V5V 是不需要调节的。是不需要调节的。幻灯片 32前置放大器前置放大器 A1A1、A2A2 的放大倍数设计为固定值，的放大倍数设计为固定值，A1=15A1=15 倍，倍，A2=20A2=20 倍，由固定电阻倍，由固定电阻决定。比较器决定。比较器 A3A3 的输出可通过电位器进行调节。信号源输出频率为的输出可通过电位器进行调节。信号源输出频率为1000Hz1000Hz，幅度为，幅度为 100mV100mV的正弦波，则的正弦波，则 A1A1、A2A2 的输出应该满足放大倍数的要求，再调节的输出应该满足放大倍数的要求，再调节R9R9 使使 A3A3 的输出为的输出为 200mV200mV 的的峰峰-峰值。峰值。R2J2R1Key=A2R6200kJ1R1050%R524150k4NE 5532PA1110k38NE 5532PA21C110uF-POL10k3R310k0100K _LINKey=CLM339R710k00R410k08R8A3R968k5K _LIN50%Key=B0Vo1幻灯片 33功率放大级的静态工作点的调整比较繁琐，具体方法如下。功率放大级的静态工作点的调整比较繁琐，具体方法如下。先调节功率放大器的电位器，使先调节功率放大器的电位器，使 A A、B B 两点间的电压为两点间的电压为 2.8V2.8V，O O 点对地电位为点对地电位为 0V0V。晶体管晶体管 Q6Q6、Q7Q7 的集电极电流约的集电极电流约 18mA18mA。这时，末级功放应该工作在甲乙类。再调节差分放大。这时，末级功放应该工作在甲乙类。再调节差分放大级的静态工作点，调节级的静态工作点，调节R14R14、R15R15 使晶体管使晶体管 Q1Q1、Q2Q2 的集电极电流约为的集电极电流约为 1mA1mA，其集电极对地的，其集电极对地的电压约为电压约为 15V15V，Q1 Q1、Q2Q2 的参数尽可能对称。电压放大级晶体管的参数尽可能对称。电压放大级晶体管 Q4Q4 的集电极电流约为的集电极电流约为 6mA6mA。以上参数只能作为参考，因为有时这些调节会相互影响，需要反复调节，取比较合适的值，以上参数只能作为参考，因为有时这些调节会相互影响，需要反复调节，取比较合适的值，静态工作点调好了，说明电路处于正常工作状态。静态工作点调好了，说明电路处于正常工作状态。幻灯片 34下面观测动态波形，下面观测动态波形，将信号源输出频率为将信号源输出频率为 1000Hz1000Hz，幅度为幅度为 1.4V1.4V 的正弦波接到差分的正弦波接到差分放大器的输入端，这时输出信号应该是幅度为放大器的输入端，这时输出信号应该是幅度为 14V14V，频率为，频率为 1000Hz1000Hz 的不失真的正弦波，如的不失真的正弦波，如果出现波形失真，则可调节果出现波形失真，则可调节R17R17。如果出现高频自激，可在负载两端并联电容，以使输出等。如果出现高频自激，可在负载两端并联电容，以使输出等效负载呈纯阻；还可以减小晶体管效负载呈纯阻；还可以减小晶体管 Q3Q3 的并联电容，减小电压增益的方法来减小高频自激。的并联电容，减小电压增益的方法来减小高频自激。数字音量控制电路板主要是调节数字音量控制电路板主要是调节 NE555NE555 的脉冲宽度和的脉冲宽度和 CD4516CD4516 可逆计数器的状态，可逆计数器的状态，S1S1 接地时减法计数，接地时减法计数，S1S1 接接+5V+5V 时为加法计数。时为加法计数。幻灯片 35下面进行级联调整：下面进行级联调整：将前置放大器的输出端与功率放大器的输入端连接，信号源输出将前置放大器的输出端与功率放大器的输入端连接，信号源输出1000Hz1000Hz，幅度为，幅度为100mV100mV 的正弦波，的正弦波，调节前置放大器的电位器调节前置放大器的电位器 R10R10，使功率放大级的输出信号使功率放大级的输出信号 VoVo 的幅度为的幅度为 14V14V，如果达到要求，说明这两级电路级联后能够正常工作。否则对各级的静态参数进行修改。如果达到要求，说明这两级电路级联后能够正常工作。否则对各级的静态参数进行修改。再接入数字音量控制电路板，即将再接入数字音量控制电路板，即将R10R10 移去，放大器移去，放大器A1A1 的输出端接数字音量电路板的输入的输出端接数字音量电路板的输入端，数字音量电路板的输出端接放大器端，数字音量电路板的输出端接放大器 A2A2 的输入端，这时可以调节计数脉冲开关的输入端，这时可以调节计数脉冲开关 S2S2 和音和音量电位器量电位器 RP1RP1 是功率放大级的输出为是功率放大级的输出为 14V14V，通常情况下，
