杨宏本科学年论文.doc

PAGE  PAGE 20 本科学年论文 题目：音频放大器设计 学院：电子信息工程学院 专业：自动化 年级：2008级 姓名：郭旺 学号指导教师：周润景 一、直流电源设计 （一）、设计要求： （1）在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～10）mV，等效负载电阻RL为8Ω下，放大通道应满足： ① 额定输出功率POR≥2W； ② 带宽BW≥（50～10000）Hz； ③ 在POR下和BW内的非线性失真系数≤3%； ④ 在POR下的效率≥55%； ⑤ 在前置放大级输入端交流短接到地时，RL=8Ω上的交流噪声功率≤10mW。 （2）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。 （二）、设计分析： （1）由于220v电源有很多谐波存在，可能会干扰到电源的稳定工作，故应在整流后加入电解电容，以起到滤波作用。 （2）为减小输出端的电压波纹，应该在滤波电路后加电解电容。 （3）为了抑制瞬态响应，防止或消除高频干扰，还应加入相应的电容。 （4） 输出端放入电路前应加一个二极管，防止输出电压过高而烧毁电路，即起到保护作用。综上所述，可设计电路如下所示： 对上述电路进行优化，电路如下图所示： 分析得-15V~+15V的情况如下图所示： 二、滤波电路设计 （一）、设计要求 1.基本要求 （1）具有产生正弦波的功能。 （4）输出波形的频率范围为1kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）。 （5）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值）。 2．发挥部分 （1）输出波形频率范围扩展至10Hz～200kHz。 （2）增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3%（负载电阻变化范围：100Ω～∞）。 （二）、关于滤波器类型的选择 一阶滤波电路最简单，但带外传输系数衰减慢，一般在对带外衰减特性要求不高的场合下选用。无限增益多环反馈型滤波器的特性对参数变化比较敏感，在这一点上它不如压控电压源型二阶滤波器。 当要求带通滤波器的通带较宽时，可用低通滤波器和高通滤波器合成，这比单纯用带通滤波器要好。 级数选择： 滤波器的级数主要根据对带外衰减特性的要求来确定。每一阶低通或高通电路可获得-6dB每倍频程（-20dB每十倍频程）的衰减，每二阶低通或高通电路可获得-12 dB 每倍频程（-40dB每十倍频程）的衰减。多级滤波器串接时传输函数的总特性阶数等于各级阶数之和。当要求的 带外衰减特性为-mdB每十倍频程（或mdB每十倍频程）时，则所取级数n应满足n≥m/6(或n≥m/20)。 （三）、运放的要求 在无特殊要求的情况下，可选用通用型运算放大器。为了获得足够的反馈以保证所需滤波特性，运放得开环增益应在80dB以上。对运放频率特性的要求，由其工作频率的上限确定，设工作频率的上限为fH，则运放的单位增益带宽应满足下式:BWG≥（3~5）AFfH,式中AF为滤波通带的传输系数。 如果滤波器的输入信号较小，例如在10mV以下，则选低漂移运放。如果滤波器工作于超低频，以至使R C网络中电阻元件的值超过100K，则应选低漂移高输入阻抗的运放。 元件的选择： 一般设计滤波器时都要给定截止频率fc （或ωc）带内增益AV，以及品质因数Q(二阶低通或高通一般为0.707)。在设计时经常出现待定其值的元件数目多于限制元件取值的参数之数目。因此有许多元件组均可满足给定的要求，这就需要设计者自行选定元件值。一般从选定电容器入手，因为电容标称值的分挡较少，电容难配，而电阻易配，可根据工作频率范围按照下表初选电容值： 滤波器工作频与电容取值的对应关系表 f(Hz)1~1010~102102~103103~104104~105105~106C(20~10) uF(10~0.1) uF(0.1~0.01) uF(104~103) pF(103~102) pF(102~10) pF 注：表中所示的频率，对低通滤波器是上限频率，对高通滤波器是下限频率，对带通和带阻滤波器是中心频率。其电容值表示的数为数量级范围。 对于本设计的音频放大器输入为50 Hz的信号，为了减小对电路的干扰，应设计一个能够滤除干扰频率的信号的滤波器。 （四）、任务分析 1.对低通滤波器进行分析 对低通滤波器采用OP1P进行放大，其中R4=R5，则知道增益为1.根据公式：传递函数G(w)=截止频率： 已知来求期截止频率. 若要求截止频率为20k，R4=R5，只要设定一个变量，便可以知道另外一个变量，设C4=1nF.根据公式可求得R4=R5=8k。有理论分析，对理论图分析。在数入有效值为1，频率为1，如下图所示。 由上图可以清晰的看到：低通滤波器采用OP1P进行放大，因为最大值始终在0附近，则知道增益近似为1.且在20k附近