音频小信号功率放大电路设计实验报告.docx

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1、摘 要本次电路设计课题是音频小信号放大电路，它属于模拟电路课程设计，所以实验中就需要用到大量的模拟电路知识。对于音频小信号放大电路它是由两级放大电路组成，第一部分是运用到了两级负反馈放大电路，旨在放大电压，第二部分OCL 功率放大电路采用复合三极管，目的放大电路电流。两部分放大电路的设计根本目的就是为了将小信号放大为一个大信号而不失真。失真这是设计音频放大电路中的一个难点，电路的巧妙设计可以有效的避免失真，电容的运用是解决失真的关键。目 录1 选题背景21.1 指导思想21.2 方案论证21.3 基本设计任务21.4 发挥设计任务21.5 电路特点32 电路设计32.1 总体方框图错误!未定义

2、书签。2.2 工作原理33 各主要电路及部件工作原理33.1 第一级输入信号放大电路43.2 NE5532 简要说明错误!未定义书签。3.3 第二级功率放大电路错误!未定义书签。3.4 直流信号过滤电路64 原理总图75 元器件清单76 调试过程及测试数据（或者仿真结果）76.1 仿真检查86.1.1 第一级仿真检查86.1.2 第二级仿真检查96.2 通前电检查106.3 通电检查106.3.1 第一级电路检查106.3.2 第二级电路检查106.3.3 完整电路检查106.4 结果分析107 小结108 设计体会及今后的改进意见118.1 体会118.2 本方案特点及存在的问题118.3

3、改进意见11参考文献1241 选题背景在科技发达的现代社会随声听、收音机、mp3、mp4、电视机、手机、电脑极大丰富了我们的日常生活，这些产品在使用时时常会有音频的播放，而这些产品本身配带的音频播放装置往往功率较小，难以带给人们想要的音乐效果与震撼。因此音频小信号功率放大器就有着广泛的运用空间，能够让人们尽情享受音乐激情与活力。正因为如此我对音频小信号放大电路产生了浓厚的兴趣，希望通过自己的知识和能力亲自动手设计和制作这样一款产品。1.1 指导思想利用运算放大器构成第一级放大电路对输入信号进行放大；把放大后的信号接入第二级功率放大电路进行功率放大。1.2 方案论证方案一：可使用NE5532 配

4、合集成功放 TDA2030 进行功率放大。这样实现电路简单方便且电路的实现效果会很好，但由于题目要求不允许使用集成音频功放所以此方案不符合，故舍弃此方案。方案二：用 NE5532 运算放大器对输入信号进行放大，然后用 2N3904/2N3906 和TIP41/42 配合设计成的功率放大电路对放大后的信号的进行功率放大，在输出端加上扬声器实现对音频小信号的功率放大。经论证采取方案二。1.3 基本设计任务（1） 放大倍数 Av1000；（2） 通频带 100Hz10KHz；（3） 放大电路的输入电阻 Ri1M W ;（4） 在负载电阻为 8 W 的情况下，输出功率2W；（5） 功率放大电路效率大于

5、 50%；（6） 输出信号无明显失真。1.4 发挥设计任务在 OCL 电路中运用一个可调电位器对电路进行调节消除元器件本身误差。可由手动调节使功率互补放大电路完全对称。1.5 电路特点（1） 放大倍数大，可以达到 1000 倍以上；（2） 通频带宽，适用于多种音频小信号的放大；（3） 输出信号质量好，无明显失真；（4） 输出功率较大；（5） 放大电路效率高，在 60%以上；2 电路设计2.1 总体方框图输入信号负反馈放大负反馈放大输出到负载 OCL 功率放大图 2-1 总体方框图2.2 工作原理信号接入电路后，通过用电容过滤掉输入信号中的直流部分首先经第一个 NE5532 与电阻 33k 和

6、1k 组成放大倍数为 34 倍的负反馈电路，再进入第二个放大倍数为 36 倍的负反馈电路。输入信号经两个负反馈电路放大已经达到 1224 倍，在流经电路会造成一定衰减但放大倍数依然能够达到 1000 倍以上。信号经第一级放大放大后经过电容过滤掉直流信号后流进第二级功率放大电路，通过两个复合管构成的OCL 互补放大电路对电路进行功率放大。整个电路实现对输入信号的功率放大。3 各主要电路及部件工作原理3.1 第一级-输入信号放大电路C410FC5 0.1 FV1 12 VC1C310FR11MNE5532AINE5532AI10FR333kR41MR51kR635kR21kC6 10FC2 10F

7、C8C910F0.1 FV212 VNE5532AIR333kR21kNE5532AIR51kR635k图 3-1NE5532 负反馈放大电路工作原理：Au1=（R2+R3）/R2=(33k+1k)/1k=34 倍Au2= (R5+R6) /R5=(35k+1k)/1k=36 倍Au=Au1*Au2=34*36=1224 倍所以由第一级连续两个负反馈放大电路理论放大倍数能达到 1224 倍，虽然在电路中会发生衰减，但是衰减后依然能够大于 1000 倍。对信号的放大倍数能够达到 1000 倍以上。3.2 NE5532 简要说明图 32 NE5532 实物图NE5532 是高性能低噪声 双运算放大

8、器 （双运放）集成电路。与很多标准运放相似， 但它具有更好的噪声性能， 优良的输出 驱动能力 及相当高的小信号带宽， 电源电压范围大等特点。因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。用作音频放大时音色温暖，保真度高，在上世纪九十年代初的音响界被发烧友们誉为 “运放之皇 ”，至今仍是很多音响发烧友手中必备的运放之一。图 33NE5532 封装图53.3 第二级-功率放大电路20k50%Key=AR71002N3904D11N4001TIP41AD21N4001R81002N3906R910kTIP41A图 3-4OCL 互补功率放大电路工作原理：由 2N3904 和

9、TIP41 构成一个 NPN 型的复合管，2N3906 和 TIP41 构成一个 PNP型的复合管。用复合管增大对电流的放大系数极管和电阻配合消除电路的交越失真问题。，以此实现对功率的放大。使用了二3.4 直流信号过滤电路C410FC50.1F图 3-5直流信号过滤电路工作原理：使用电容形成交流通路将电源中产生的交流信号引入接地，避免其对电路产生影响。在输入信号后接电容阻挡输入中附带的直流信号，使信号中的直流信号不能流入从而避免直流信号对放大电路的影响。7XFG1C410FC5V1 12 V20k50%Key=A0.1FR71002N3904C1C3D1 1N4001TIP41A10FR11M

10、NE5532AI C7NE5532AI10F47FR334kR41MR51kR635kD2 1N4001R108R21kR8100C6 10F2N3906C2 10FR910kC8C9V2TIP41A10F0.1F12 V4 原理总图5 元器件清单图 4-1 原理总图表 5-1 元器件清单标号NE5532AI名称NE5532参数数量1C1、C2、C3 、C4、C6、C8电解电容10uF6C7电解电容47uF1C5、C9陶瓷电容0.1uF2R1、R4电阻1M2R2、R5电阻1k2R3电阻34k1R6电阻36k1R7R8电阻1002R9电阻10k1R10扬声器5w 81R11电位器20k11N40

11、01二极管22N3904三极管12N3906三极管1TIP41A三极管26 调试过程及测试数据（或者仿真结果）为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。6.1 仿真检查在仿真软件上画好电路图后放上信号发生器和示波器，调整好输入信号。6.1.1 第一级仿真检查。1. 断开第二级，将信号发生器接入电路输入信号。将示波器连接到第一级的第一个负反馈输出上，调整输入信号的频率，仿真查看波形。波形如下：图 6-1 第一个负反馈的输出波形2. 将示波器连接到第二个负反馈输出上观察波形如下：图 6-2 第二个负反馈的输出波形经过仿真，观察波形可知电路第一级放大电路完好，输出波形未发生失真；86.1.2 第二级仿

12、真检查l, ,! ， .I输入信号调整到 20V 的 Vp-p 连接到第二级的输入上，观察输出波形如下图：101”比由3 思冗!-l1心眠X 位苍1 O U亢杠刃 h 叫 正O丫泣否0王 示 凇 ;c1辽书 w.总B叩了位云i 仁Ll妇巨迳二二L心产图 6-3 第二级输出波形（1）尹 X5Cl辽一，书 - -书- - -.- -于，可- -r-： - 气r - -乏T L e日五”，：可一主阮王 时目阳丑诅。比例叹 九斗 正比8l, O UF 七X 位责T 隘贵日总B5 知T 位笠：0姆 立 刁巨 耳 玉 工IL 桥 E _j r 时IC吾二工互、屯 平 n 仁远二 皿 I 巫二，二I 匕互二

13、|匕互二仁至二l 。 尸 l了 1roc织 ! I 压 E图 6-4 第二级输出波形（2）经过仿真，观察波形可知第二级功率放大电路可以完美的实现功率放大且不发生失真。6.2 通电前检查电路安装完毕后，经检查电路后确认各部分电路接线正确，电源、元器件之间无短路， 器件无接错。6.3 通电检查6.3.1 第一级电路检查断开第二级后通电接上输入信号。在第一级的第一个负反馈输出上连接示波器观察波形，示波器上出现了杂乱无章的波形。经检查发现接地处理没有连接，连接后波形不出现失真，与仿真所示图结果一样。第一个负反馈电路经验证无误。在第一级的第二个负反馈输出上连接示波器观察波形，波形不出现失真，与仿真所示图

14、结果一样。第二个负反馈电路经验证无误。综上所述，第一级放大电路功能完好实现。6.3.2 第二级电路检查将输入信号调整到 20V 的峰峰值连接到第二级的输入上，将输出接到示波器上观察发现波形不出现失真，即第二级电路功能玩好。6.3.3 完整电路检查直接将第一级电路和第二级电路相连，将输出接到示波器上观察发现波形不出现失真，测量负载上的电压计算功率可以达到 2w 以上。所以完整电路功能玩好。6.4 结果分析本设计方案在电路中采用了 OCL 互补功率放大电路。有效防止了交越失真，且在互h=p（V -V ）4V补功率放大电路中其效率CCCESCC。经计算其效率能满足达到 60%以上。所以不论在放大倍数

15、、功率放大、还是效率上都能够满足要求。7 小结本次设计电路运用了两级放大，在第一级进行输入信号的放大，第二级进行功率的放大，有效改善了电路的失真现象。在第二级采用 OCL 互补功率放大电路有效消除了输出信号的交越失真；同时，OCL 电路中还使用了可调电位器，可调节电阻使 OCL 电路对称更加准确，严格控制了失真问题。理论设计完成后使用了 Multisim 电路仿真软件对理论电路进行验证检查。确认电路原理无误后，购买了元器件，进行焊接，连接电路和调试。调试过程中采取了分级逐步调试的方法，避免了两级之间相互可能会发生影响，同时这样检查电路也可以较容易找到电路的问题出现在哪一块，其次这样检查还有效减

16、小电路损坏的损失。经过上述步骤后终于完整的完成了整个实物作品。经通电检验作品确定功能实现完好：放大倍数，放大功率、效率以及作品的通频带均满足设计要求，整个实物作品完成。8 设计体会及今后的改进意见8.1 体会通过这次的数电实践体验，让我受益匪浅，在整个设计过程中运用到了很多我们学过的模拟电路知识，既是对知识结合实践的运用，也对知识有了更深一层次的理解。对以后学习知识，运用知识有很大的帮助。在设计实践中也遇到了很多问题，从收集积累资料、画理论图到仿真焊接电路以及调试。都是经过一次次的尝试、修正与更改才最终完成。当然付出了辛勤与汗水后，还是有很多收获的。理论总是偏理想化的，在实际中会遇上各种不同的

17、实际困难。在处理了这些问题后我不仅熟悉了仿真软件Multisim 的使用与操作，还学会了多种调试电路的方法和电路中一些细节处理的方法。调试中又多次使用了信号发生器和示波器等常用电路调试仪器，对很多操作和知识加深了巩固。8.2 本方案特点及存在的问题特点：（1） 放大倍数大，超过 1000 倍，达到放大目标；（2） 放大效果好，输出信号不失真；（3） 通频带宽，可对多种音频小信号进行放大；（4） 自激很小；（5） 电路简单易做，成本较低。问题：（1） 带负载能力存在不足，需要进行调试；（2） 波形可能会出现上下不对称的现象。8.3 改进意见1 使用集成音频功放，放大的效果会更突出。2 选用品质优良的电子元器件保证电路的良好运行；3 在电路连接中连接线使用粗导线或使用集成电路板进行焊接；1参考文献（1） 童诗白、华成英.模拟电子技术基础（第四版).高等教育出版社.2006 年（2） 党宏社.电路、电子技术试验与电子实训.电子工业出版社.2008 年（3） 邱关源、罗先觉.电路.高等教育出版社.2006 年（4） 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社，1997 年（5） 孙梅生.电子技术基础课程设计M.北京：高等教育出版社，1998 年12